[Rothman 7th ed] S2 DIAGNOSIS - 13. Spine Imaging

 

Modalities

Radiographs

• Plain radiographs는 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 영상 진단법으로, 척추의 정렬 상태 및 골 구조를 평가하는 데 유용하다.
• Neural elements는 직접적으로 관찰되지 않으며, nerve root나 spinal cord compression에 대한 정보는 제한적이다.
• 일반적으로 anteroposterior 및 lateral views를 시행하며, 필요 시 oblique, flexion-extension views도 활용된다.
• Postoperative assessment에서는 6주, 3개월, 6개월, 12개월 시점에서 촬영하며, hardware failure, pseudarthrosis, fusion 여부 평가에 중요하다.

Computed Tomography (CT)

• CT는 bone anatomy의 정밀한 평가에 매우 유용하며, 특히 helical scanning, multidetector CT는 isotropic voxel 제공으로 고해상도 영상을 가능하게 한다.
• Fracture, canal compromise, foraminal stenosis, facet joint, pedicle, hardware complications 등을 평가할 수 있다.
• CT myelography는 nerve root sleeves, spinal cord, thecal sac의 outline을 확인하는 데 유리하다.
• Infection, tumor, CSF leak, arachnoiditis 의심 시 MRI를 보완하는 역할로 사용된다.

Magnetic Resonance Imaging (MRI)

• MRI는 척추 질환 진단에서 가장 중요한 modality로, soft tissue, disk, ligament, cord, nerve root 평가에 우수하다.
• T1-weighted 이미지는 fat에 민감하고, T2-weighted 이미지는 fluid, edema, CSF에 민감하다.
• STIR, fat-suppressed sequences는 edema, inflammation 확인에 유용하다.
• Gadolinium contrast는 infection, tumor, postoperative scar vs. recurrent disk herniation 감별에 사용된다.

Radionuclide Imaging

• Technetium bone scan은 osteoblastic activity를 반영하여 tumor, infection, fracture, hardware loosening 평가에 사용된다.
• **SPECT (single-photon emission CT)**는 spatial resolution을 향상시켜 보다 국소적인 병변 평가 가능.
• Gallium 또는 Indium-labeled WBC scan은 infection에 특이적으로 사용됨.

Positron Emission Tomography (PET)

• FDG-PET은 glucose metabolism을 반영하며, malignancy, infection, inflammatory processes 평가에 유용.
• PET/CT fusion imaging은 metabolic activity와 anatomic detail을 동시에 제공.

Discography

• Provocative discography는 discogenic pain을 진단하는 invasive technique으로, 통증 재현 여부와 morphologic abnormality를 함께 평가한다.
• MRI에서 구별되지 않는 annular tear 또는 internal disc disruption 확인 가능.
• 단, false-positive 우려가 있으며, 증상이 심한 경우 및 수술 계획 수립 시 보조적으로 사용.

Myelography

• CT myelography는 MRI contraindication 있는 환자에서 사용되며, subarachnoid space의 outline, cord compression, nerve root impingement 평가 가능.
• CSF leak, arachnoiditis 같은 특수한 병변 감별에 효과적.

Ultrasound

• 일반적인 spinal assessment에는 제한적이나, guidance for injections, superficial soft tissue infection, pediatric spine에 사용 가능.

---

Pathology

General Principles of Radiologic Interpretation

• 척추 영상 진단 시 가장 우선적으로 해야 할 일은 병변의 위치가 intramedullary, intradural extramedullary, 또는 extradural인지 구분하는 것이다.
• 병소의 해부학적 위치는 감별진단을 구성하는 데 핵심적이며, 병리적 진단에 도달하기 위한 출발점이 된다.

Degenerative Disc Disease

• Degenerative changes는 MRI에서 가장 잘 보이며, disc dehydration, disc space narrowing, Modic changes, annular fissure, osteophyte formation, endplate sclerosis, facet joint hypertrophy 등을 포함한다.
• 정상인에서도 나이와 함께 흔히 관찰되는 소견이며, 증상과 영상 소견 사이의 연관성을 항상 해석에 고려해야 한다.
• Modic changes는 vertebral endplate와 marrow 신호 변화로 유형이 나뉘며, 특히 type 1은 통증과 연관성이 있다.

Infectious Disease

• Osteomyelitis, discitis, epidural abscess, paraspinal phlegmon or abscess 등을 포함한다.
• MRI는 가장 민감한 modality이며, low T1 signal, high T2/STIR signal, contrast enhancement, paraspinal edema, epidural extension 등이 소견으로 나타난다.
• CT는 골파괴 평가에 유리하고, radionuclide imaging은 nonspecific하나 infection 평가에 민감하다.

Neoplasm

• Primary spinal tumors 또는 metastatic disease는 척추 병변의 흔한 원인 중 하나이다.
• MRI는 marrow infiltration, epidural extension, cord compression 평가에 최적이다.
• 병변의 T1 hypointensity, T2 hyperintensity, contrast enhancement, marrow replacement pattern 등이 진단에 활용된다.
• CT는 sclerotic vs. lytic lesion, calcification, cortical breakthrough 확인에 유용하다.

Traumatic Pathology

• Fracture, ligamentous injury, epidural hematoma, cord contusion or transection 등 포함.
• MRI는 cord injury, soft tissue, ligament disruption 평가에 우수하며, CT는 골절에 특화된다.
• STIR, fat-suppressed T2는 출혈, edema, 인대 손상 확인에 효과적이다.

Congenital and Developmental Abnormalities

• Tethered cord, Chiari malformation, syringomyelia, congenital block vertebrae, segmentation anomalies 등 포함.
• MRI는 cord와 CNS 구조 이상을 평가하는 데 필수적이며, CSF flow 변화까지 감지 가능하다.

Inflammatory Disorders

• 대표적 예는 ankylosing spondylitis, rheumatoid arthritis, seronegative spondyloarthropathies.
• Erosions, ankylosis, syndesmophyte, sacroiliitis, facet joint fusion 등의 소견이 CT 또는 MRI에서 확인된다.
• STIR에서 active inflammation 부위를 확인 가능하다.

Vascular Lesions

• Spinal arteriovenous malformations (AVMs), cavernomas, spinal infarction, vascular tumors 포함.
• MRI는 cord 내 abnormal signal, flow voids, enhancement pattern으로 진단 가능.
• MR angiography, conventional angiography는 vascular anatomy 파악에 필수적이다.

Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament (OPLL)

• Posterior longitudinal ligament의 진행성 ossification으로 spinal canal stenosis를 유발할 수 있다.
• 주로 **cervical spine (C3–C5)**에 발생하며 CT가 진단에 더 우수하다.
• Hirabayashi와 Satomi는 OPLL을 4가지 유형으로 분류:
  1. Continuous
  2. Segmental
  3. Mixed
  4. Localized to disc level
     

---

Postoperative Imaging

Timing and Interpretation Considerations

• 수술 후 6주 이내에는 영상학적 소견 해석 시 주의가 필요하다. 이 시기에는 수술로 인한 soft tissue disruption, edema, hemorrhage 등이 영상에서 mass effect처럼 보일 수 있다.
• MRI는 수술 직후에도 사용될 수 있으나, true pathology와 postoperative changes의 감별이 어려울 수 있음.
• CT myelography는 pseudomeningocele, hardware artifact가 심한 경우 유용하며, 수술부위에 metal artifact가 많을 때 MRI보다 유리하다.

Causes of Surgical Failure

Early Failure (Box 13.1)

• 주요 원인:
  • Hematoma
  • Infection
  • Inadequate decompression
  • Incomplete herniation removal
  • Neural trauma
  • Unrecognized free disc fragment
  • Wrong level surgery

Delayed Recurrence (Box 13.2)

• 주요 원인:
  • Arachnoiditis
  • Epidural fibrosis
  • Facet arthropathy
  • Instability
  • Recurrent herniation
  • Pseudomeningocele
  • Canal stenosis
  • Infection

MRI Characteristics in Postoperative Setting

• MRI 상 fluid collections은 흔히 수술부위에 존재하며, CSF-like, serosanguineous, 또는 hemorrhagic일 수 있음.
• T1, T2, fat suppression sequences는 혈종과 감염을 감별하는 데 제한이 있으나 도움을 줄 수 있음.
• Epidural fibrosis는 contrast-enhanced T1에서 지속적인 enhancement 보이며, disc material은 contrast uptake가 없음.
• Fat-suppressed post-contrast MRI는 fibrosis와 recurrent disc herniation 간의 감별에 유용하다.

Imaging Findings of Epidural Fibrosis vs. Recurrent Disc Herniation

• Epidural fibrosis:
  • Early and consistent enhancement on postcontrast MRI
  • Contrast uptake regardless of surgery timing
• Disc herniation:
  • Non-enhancing on early postcontrast MRI (due to avascular nature)
  • Peripheral enhancement only when large and chronic
• 병변이 혼합된 경우, fibrosis는 enhance되고 disc는 enhance되지 않음.

Pseudomeningocele and Hemorrhage

• Pseudomeningocele는 CT myelography에서 contrast pooling으로 진단 가능.
• Acute epidural hematoma는 T1에서 iso- 또는 hyperintense, T2에서 hypointense로 나타남.
• MRI만으로 infected fluid vs. non-infected seroma 감별은 어렵다.

Arachnoiditis (Adhesive Arachnoiditis)

• MRI 또는 CT myelography에서 다음 3가지 패턴으로 분류:
  1. Central clumping of nerve roots (central soft tissue mass)
  2. Empty thecal sac sign (roots peripherally adherent)
  3. Diffuse soft tissue mass obliterating CSF (advanced stage)
• Arachnoiditis는 수술 실패, chronic inflammation과 관련 있을 수 있으며, MRI에서 pathognomonic sign으로 진단.

Spinal Stenosis After Surgery

• Surgery 후 bony regrowth, facet overgrowth, interspace collapse, postoperative listhesis 등으로 인한 secondary stenosis 가능.
• 환자 증상과 직접 연관되지 않을 수도 있으므로 임상적 correlation 필수.

Influence of Bone Morphogenic Protein (BMP)

• BMP 사용 시 영상에서 prevertebral soft tissue swelling, endplate resorption 등이 감염처럼 보일 수 있으며, 이는 일반적으로 6개월 이내 해소된다.
• CT나 MRI 판독 시 BMP로 인한 artifact 또는 비정상적 소견 가능성 고려 필요.

---

Intradural Extramedullary Lesions

• Intradural extramedullary tumors는 척추 원발 종양의 약 55%를 차지하는 가장 흔한 종양 그룹이며, 대부분은 양성이다.
• 대표적 병변:
  • Nerve sheath tumors (schwannomas, neurofibromas)
    • Schwannomas: 단일성, 경계가 명확하며, cystic degeneration, hemorrhage 동반 가능
    • Neurofibromas: 거의 항상 neurofibromatosis type 1과 연관
    • MRI: T1에서 soft tissue intensity, T2에서 heterogeneous, 주변 CSF로 둘러싸인 양상
    • Foraminal widening, bony remodeling 흔함
  • Meningiomas
    • 주로 thoracic spine에 위치하며, 여성, 고령에서 호발
    • MRI에서 T1/T2에서 등강도, gadolinium contrast에 강한 조영 증강을 보이며, broad dural base 특징
  • Leptomeningeal lesions
    • Leptomeningeal metastasis, inflammation, granulomatous disease (sarcoid, tuberculosis) 포함
    • 조영 T1에서 linear 또는 nodular enhancement 보이며, cranial/spinal seeding 확인 가능
    • 대표적 CSF 전이 종양: ependymoma, glioblastoma, medulloblastoma, lung/breast carcinoma, lymphoma, leukemia, melanoma

---

Extradural Lesions

• Extradural space를 침범하는 병변은 다양하며, 다음을 포함한다:
  • Degenerative disc disease
  • Epidural hematoma
  • Epidural abscess
  • Bone-origin neoplasm의 전이 또는 직접 확장
• 영상 소견:
  • MRI: bone marrow, soft tissue, epidural space 병변 평가에 우수
    • T1 hypointensity, T2/STIR hyperintensity → 병적 marrow signal
    • Diffuse marrow replacement는 metastatic disease나 red marrow hyperplasia 가능성
  • CT: bone matrix 평가에 유리
    • Osteogenic lesion: high attenuation
    • Fibrous lesion: ground-glass appearance
    • Cartilaginous lesion: punctate calcification
    • Sclerotic margin: less aggressive lesion
    • Ill-defined border: more aggressive lesion 가능성
• Primary/Secondary tumors
  • 가장 흔한 extradural tumor는 metastatic disease
  • MRI는 marrow와 tumor 간 대조도 우수하지만, 조영 사용 시 normal fat signal 감소로 lesion 감별 어려울 수 있음
  • T1 hypointense homogeneous signal은 diffuse osseous metastases에서 흔히 나타남

---

 

Spinal Cysts

• Spinal meningeal cysts는 대부분 선천성 기형으로, dural sac, root sheath, arachnoid의 diverticula에서 기원하며 세 가지 주요 분류로 나뉜다.
  • Type I: Extradural cysts without nerve roots
    • Narrow ostium으로 thecal sac과 연결
    • 흔히 occult intrasacral meningocele로 표현
    • 성인의 sacral region에서 관찰되며, caudal thecal sac 말단과 pedicle로 연결됨
  • Type II: Extradural cysts with nerve roots (e.g., Tarlov cysts, perineural cysts)
    • 다발성이고 우연히 발견되는 경우가 많으나, 간혹 radiculopathy 또는 incontinence 유발
  • Type III: Intradural cysts (e.g., arachnoid cysts)
    • 보통 posterior subarachnoid space에 위치
    • CSF로 채워져 있고, arachnoid cell 한 층으로 내벽이 형성됨

---

Trauma

• Spinal trauma 평가 시 CT는 posterior element fracture, retropulsed fragments 확인에 우수하며, helical CT는 기존 영상으로 spine을 2차 가공해 불필요한 radiation 노출 없이 평가 가능
• Chance fracture는 seatbelt injury로 인해 lumbar spine에서 발생하며, anterior/posterior element에 수평성 골절 형성
• CT는 골 구조 평가에 우수하고, MRI는 ligamentous injury, cord injury, hematoma, disc herniation 등의 연부조직 손상 평가에 우수
• T1-weighted에서 ligament signal의 소실과 T2-weighted의 고신호 증가는 인대 손상 지표
• T2-weighted MRI에서 hemorrhage는 hypointense, contusion은 hyperintense로 나타남
• Thoracolumbar junction은 척추 운동의 중심점으로, burst fracture, cord compression이 흔함

---

Hemorrhage

• Epidural spinal hematoma
  • 모든 연령에서 발생할 수 있으며, 특히 고령자에서 흔함
  • Spontaneous vs. Nonspontaneous로 구분
    • 원인: spinal tap, anesthesia, trauma, anticoagulant, vascular malformation, hypertension 등
  • 대개 posterolateral accumulation 형성
  • MRI에서 혈종은 위치와 연령에 따라 다양한 신호를 보임
• Subdural hemorrhage
  • 급성 신경학적 악화를 유발할 수 있으며, 수술적 개입이 필요할 수 있음
  • 혈종은 thecal sac 내부에 위치하며 epidural fat과 명확히 구분됨
  • Axial MRI에서 "Mercedes-Benz sign" 또는 trefoil 형태로 보이는 loculated hematoma가 전형적
  • 전후방 모두에서 loculation 가능