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ISSN : 2288-3509(Print)
ISSN : 2384-1168(Online)
Journal of Radiological Science and Technology Vol.38 No.1 pp.1-6
DOI : https://doi.org/10.17946/JRST.2015.38.1.01

Patient Radiation Exposure Dose Evaluation of Whole Spine Scanography due to Exposure Direction

Jung-Su Kim1),2), Deok-Nam Seo1), Soon-Mu Kwon3), Jung-Min Kim4)
1)Department of Bio-convergence Engineering, Graduate School of Korea University
2)Department of Radio-technology, Wonkwang Health Science University
3)Department of Radiologic Technology, Daegu Health College
4)Department of Radiological Science, Korea University
교신저자: 김정민 (136-713) 서울특별시 성북구 안암동5가 고려대학교 안암캠퍼스 하나과학과 656호 고려대학교 보건과학대학 방사선학과 방사선보건안전 연구실. Tel: 02-940-2824 / minbogun@korea.ac.kr
January 29, 2015 February 11, 2015 March 16, 2015

Abstract

Whole spine scanography (WSS) is a radiological examination that exposes the whole body of the individual being examined to x-ray radiation. WSS is often repeated during the treatment period, which results in a much greater radiation exposure than that in routine x-ray examinations. The aims of the current study were to evaluate the patient dose of WSS using computer simulation, image magnification and angulation of phantom image using different patient position. We evaluated the effective dose(ED) of 23 consecutive patients (M : F = 13:10) who underwent WSS, based on the automatic image pasting method for multiple exposure digital radiography. The Anterior-Posterior position(AP) and Posterior-Anterior position( PA) projection EDs were evaluated based on the PC based Monte Carlo simulation. We measured spine transverse process distance and angulation using DICOM measurement. For all patient, the average ED was 0.069 mSv for AP position and 0.0361 mSv for PA position. AP position calculated double exposure then PA position. For male patient, the average ED was 0.089 mSv(AP) and 0.050 mSv(PA). For female patient, the average ED was 0.0431 mSv(AP) and 0.026 mSv(PA). The transverse process of PA spine image measured 5% higher than AP but angulation of transverse process was no significant differences. In clinical practice, just by change the patient position was conformed to reduce the ED of patient. Therefor we need to redefine of protocol for digital radiography such as WSS. whole spine scanography, effective dose, patient exposure dose, exposure direction. protocol optimization


Whole Spine Scanography의 검사방향에 따른 환자 선량 평가

김 정수1),2), 서 덕남1), 권 순무3), 김 정민4)
1)고려대학교 대학원 바이오융합공학과
2)원광보건대학교 방사선학과
3)대구보건대학교 방사선학과
4)고려대학교 보건과학대학 방사선학과

초록

Whole spine scanography(WSS)는 전신에 X선을 조사하는 검사로 치료기간 동안 빈번한 X선 조사가 이루어지 는 검사이다. 일반촬영 분야에서는 많은 X선이 전신에 조사되는 검사이다. 따라서 논문에서는 Auto image pasta 기법의 디지털 WSS 검사에서 환자의 검사방향에 따른 유효선량과 장기선량을 전산모사를 통하여 평가하였고, 영 상에서 척추의 확대도와 각도의 변화를 평가하였다. 전후면 자세에서의 평균 유효선량은 0.069 mSv였고, 후전면 자세에서 평균 유효선량은 0.0361 mSv로 약 2배의 차이를 보였다. 전후면 자세에서 남성의 평균 유효선량은 0.089 mSv, 여성에 대한 평균 유효선량은 0.431 mSv로 나타났고, 후전면 자세에서 남성의 평균 유효선량은 0.050 mSv, 여성에서는 0.026 mSv로 나타났다. 확대율에서는 후전면 자세에서 전후면 자세에 비해 5%정도 확대 되었으 나 각도에는 큰 변화를 보이지 않았다. 따라서 임상 환경에서 동일한 검사조건에서 환자의 자세를 변화시키는 것 만으로도 환자의 피폭선량을 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 특히 WSS와 같이 치료기간 동안 반복되는 검사에서 환자의 피폭선량 최적화를 위하여 검사 프로토콜의 재정립이 필요함을 확인하였다.


    I.서 론

    Whole spine scanography(WSS)는 관상면과 시상면에 서 척추의 전후방향과 측면방향 굴곡을 진단하는 검사이다. 19세기에는 척추측만증의 진단을 위해 scoliosismeter를 주 로 활용했다1). 이후 임상에서는 X선을 이용한 whole spine scenography를 이용하여 척추측만증의 진단과 추적 관찰 을 시행해 왔다. WSS X선 검사는 척추측만증의 진단과 치 료에 있어 사전 진단에서부터 추적 관찰에 이르기까지 여러 단계에서 사용되고 있다. 환자는 척추측만증를 치료하는 과 정에서 수차례에 걸쳐 WSS를 검사하게 된다. 치료 경과에 따라 3년간 척추측만증의 진단과 치료를 하는 과정에서 순 차적으로 22회의 방사선 검사가 이루어지기도 한다2). WSS 는 전신에 X선을 조사하는 검사로 치료기간 동안 자주 반복 되는 검사로 다른 일반촬영 X선검사 보다 환자에 대한 방사 선 피폭이 많은 검사이다3). 뿐만 아니라 척추측만증의 진단 을 받기 위해 WSS검사를 시행하는 환자의 상당수는 방사선 의 민감도가 높은 소아나 청년층의 환자이다4,5).

    임상에서 이루어지고 있는 WSS의 검사는 환자가 image receptor(IR) 앞에 위치한 전후면 자세(AP position)에서 검사를 시행하여 척추 굴곡의 형태를 검사한다. 본 연구에 서는 임상에서 사용하는 WSS의 검사에서 환자의 검사자세 에 대한 유효선량과 장기선량을 평가하여 환자의 피폭선량 을 최소화하기 위한 검사방법을 제안하고자 한다.

    II.실험방법

    1.척추측만증 검사

    2012년 11월부터 2013년 1월 사이 서울 소재 C병원을 내 원한 23명의 digital WSS환자의 영상을 분석하여 환자에 조사된 유효선량과 장기선량을 분석 하였다. 환자의 구성은 남자가 13명, 여자가 10명으로 평균 52.96세이고 대상으로 하였다. 환자에 대한 자료는 표 1과 같다.

    모든 척추측만증 환자의 영상은 Definium 6000 digital radiography system (GE Medical Systems, Milwaukee, US)를 사용하여 획득 하였다. WSS 검사는 환자의 1번 경추 에서 꼬리뼈까지 모든 척추가 포함되도록 검사를 시행하였 다. 이 장치는 41 cm × 41 cm의 amorphous nontiled silicon photodiode와 thin film transistor array (2048× 2048 pixels and 0.2-mm pixel pitch)로 구성된 cesium iodide scinillator를 사용하였다6). 전후면 자세에서는 80kVp 관전압에 auto exposure control 모드를 사용하였 다. 사용된 X선 타겟의 각도는 12.5도이고 양극의 회전속도 는 10800 rpm, 유효초점의 크기는 0.6 mm/ 1.25 mm이다. 고유여과 필터는 부가여과 0.8 mm Al equivalent, 고유여 과 0.3 mm Al equivalent이다. 검사는 경추의 1번 높이에 서부터 골반 아래가 모두 포함되도록 하였고 환자의 신장에 따라 IR을 이동하며 5장에서 7장의 검사가 이루어진 후 자동 으로 영상을 합성하는 Auto image pasta 기법을 사용하여 AP position에서 검사를 시행 하였다. 영상을 모든 검사에 서 Auto Image Paste를 시행하기 전에 촬영된 각 부분의 영 상에서 DICOM(digital imaging and communication in medicine)의 tag 정보를 확인하여 각 영상의 면적선량(Dose Area Product, DAP)을 표시하는 DICOM tag 정보와 촬영 조사야 크기, 관전압, AEC 사용 여부, 디텍터와 X선관 사이 의 거리에 관한 정보를 수집하였다. DICOM tag 정보의 확인 은 Centricity CA1000 workstation(GE Medical Systems, Milwaukee, US)에서 각 영상의 DICOM 정보를 확인하였 다. Tag 정보 0018,115E에서는 DAP 정보를 확인할 수 있고 관전압, 관전류, 조사시간, 초점-디텍터 사이거리 등 촬영과 관련되는 정보의 확인이 가능하다7). Centricity CA1000 workstation에서 DICOM tag 정보 뷰어는 Figure 1 과 같다.

    2.선량 평가

    유효선량과 장기선량의 평가는 수학적 전산모사시스템인 PCXMC V2.0(STUK, Finland)를 사용하여 모든 환자에서 AP projection의 유효선량과 장기선량을 평가한 후 동일한 촬영조건으로 후전면 자세(PA position)에서의 유효선량과 장기선량을 다시 평가하였다. 선량평가에 사용된 인자는 DICOM tag 정보에 획득한 DAP 정보를 사용하였다. 전산 모사를 위해서는 환자의 키, 몸무게, 성별, X선 타겟의 각 도, filter 정보, 디텍터 사이즈, 디텍터와 X선관 사이의 거 리, 관전압, DAP 정보를 사용하였다8).

    3.확대율 및 각도 평가

    CT/X-RAY Phantoms 3D Spine Phantom Model 025 (CIRS, Virginia US)을 사용하여 초점 IR 간 거리를 180 cm에 서 전후면 자세와 후전면 자세로 각각 촬영하여 척추의 확대도 를 평가하기 위해 5번 요추 양쪽 횡돌기의 길이를 측정하였다.

    AP position과 PA position에서 각도의 평가를 위해 요 추 3, 4, 5번의 왼쪽 횡돌기가 이루는 각도를 각각 5회 측정 하여 평가하였다. 요추 경계면의 정확한 구분을 위해 연부 조직 부위에 식염수를 채우지 않은 상태에서 촬영하였다. 3D spine phantom의 높이는 23.6 cm, 두께는 21 cm, 폭 은 20.2 cm의 원통 모양이다(Figure 2).

    4.통계 분석

    통계분석은 SPSS V20(IBM Corp, US)을 사용하여 빈도분석 과 집단별 평균분석, 경향성 분석, 상관관계 분석을 시행하였다.

    III.결 과

    1.선량의 평가

    26명의 WSS의 영상을 분석한 결과 WSS 전후면 자세 영 상을 만들기 위한 Auto image pasta 기법에 사용된 영상은 최소 5장에서 최대 7장으로 평균 6.35 장이 사용 되었다. 전 체 샘플에 대한 평균 DAP값은 432.3464 mGy/cm2으로 최 대값은 1296.0759 mGy/cm2, 최소값은 154.2639 mCy/cm2 으로 나타났다.

    촬영자세에 따른 통계결과에서 평균 유효선량은 전후면 자세와 후전면 자세에서 각각 0.069 mSv, 0.0361 mSv를 나타냈고 각 장기에 따른 장기선량은 Figure 3과 같다.

    전후면 자세와 후전면 자세 전체 샘플에 대한 유효선량의 최대값은 0.159 mSv, 최소값은 0.016 mSv며 평균 유효선 량은 0.052 mSv로 나타났다. 성별에 따른 유효선량 평가에 서 남성의 경우 최대 0.169 mSv에서 최소 0.268 mSv로 평 균 0.071 mSv를 나타냈고 여성의 경우 최대 0.069 mSv에 서 최소 0.017 mSv로 평균 0.35 mSv를 나타냈다. 전후면 자세에서 남성의 평균 유효선량은 0.089 mSv, 여성에 대한 평균 유효선량은 0.431 mSv로 나타났고, 후전면 자세에서 남성의 평균 유효선량은 0.050 mSv, 여성에서는 0.026 mSv로 나타났다. 여성에서 전후면 자세와 후전면 자세에서 유방에 대한 평균선량과 최대선량, 최소선량은 각각 0.0876 mSv, 0.1655 mSv, 0.0291 mSv와 0.0097 mSv, 0.0176 mSv, 0.0044 mSv로 전후면 자세가 후전면 자세에 비해 평 균 9.02배의 높은 흡수선량을 나타냈고 갑상선에 대한 전후 면 자세와 후전면 자세에 대한 평가에서 전후면 자세의 평 균 흡수선량은 0.4261 mSv, 후전면 자세의 평균 유효선량 은 0.0067 mSV로 6.3배의 차이를 보였고 흉선의 경우 전후 면 자세와 후전면 자세에서 각각 0.0568 mSv, 0.0055 mSv 로 11.6배의 차이를 나타냈다. 생식선에서는 평가에서 여성 의 난소에서는 평균 흡수선량이 전후면 자세와 후전면 자세 에서 0.0636 mSv와 0.0477 mSv로 1.3배의 차이를 보였으 나 남성의 정소에서는 전후면 자세와 후전면 자세에서 각각 0.1008 mSv와 0.0086mSv로 11.6배의 차이를 나타냈다.

    2.확대율 및 각도 평가

    전후면 자세에서 요추 5번 횡돌기 사이의 거리를 5회 측 정한 평균값은 10.34 cm이었고 후전면 자세에서 5회 측정 한 평균값은 10.96 cm로 측정되었다. 요추 3번 횡돌기의 왼 쪽 끝과 요추 4번 횡돌기 왼쪽 끝, 요추 5번 횡돌기의 왼쪽 끝이 이루는 각도를 5회 측정한 평균값은 전후면 자세 영상 에서 156.5∘였고, 후전면 자세 영상에서 156.6∘로 근소한 차이를 보였다. 전후면 자세의 팬텀 영상에서 횡돌기 사이 거리와 각도의 측정은 Figure 4와 같이 시행하였다.

    IV.결론 및 고찰

    일반 X선 촬영에서 1회 조사로 피폭되는 선량은 흉부 후 전면 자세 촬영은 0.013 mSv, 요추 전후면 자세 촬영은 0.44 mSv에 해당한다9). 본 조사에서 측정된 WSS의 최대 유효선량은 Linet 등이 제시한 흉부 1회 촬영의 8.2배에 해 당한다. 전체 치료기간동안 22회의 WSS를 촬영하는 것으 로 계산하면 흉부 촬영 180회에 해당한다. 척추측만증 검사 의 경우 방사선에 민감한 소아에서부터 청소년기에 주로 진 단이 이루어지고 치료과정 또한 동일한 시기에 이루어진다5). 본 연구의 결과에서 방사선에 민감한 장기에 조사되는 선량 이 환자에게 조사되는 X선의 방향에 따라 현저한 차이가 있 음을 확인할 수 있다. 특히 여성의 유방과 갑상선, 생식선에 서 두드러지는 차이를 나타냈고 남성의 생식선에서도 동일 한 결과를 보였다. 촬영거리 100 cm에서 시행되는 X선 검 사에서 전후면 자세를 주로 사용하는 이유는 피사체 장기의 확대를 방지하기 위함이다. 하지만 WSS의 검사의 경우 확 대의 영향을 작게 받는 180 cm에서 검사가 이루어지고, 진 단과 치료의 목적이 동일한 자세에서 측정된 cobb angle10) 의 변화 관찰이 주된 목적이다. 본 연구의 확대율의 평가에 서는 전후면 자세 영상에서 보다 후전면 자세 영상에서 5% 정도의 확대를 보이고 있으나 각도의 측정에서 유의한 차이 를 나타 내지 않았다. WSS 검사는 척추의 굴곡 정도를 평가 하는 cobb’s angle10)의 측정에는 영향을 미치지 않는다. 그 러므로 전후면 자세와 후전면 자세 영상에서 측정 각도의 차이가 없는 경우 환자의 피폭선량을 줄여주는 후전면 자세 에서 검사를 시행하는 것이 유리하다. 척추측만증의 진단을 위한 초기 검사에서부터 후전면 자세로 검사를 시행하고 추 적 검사에서도 동일한 자세로 검사를 시행하는 것이 환자의 피폭선량을 저감하는데 도움이 된다.

    WSS 검사는 치료기간 동안 동일한 검사를 여러 번 시행 하는 검사이며 일회 검사에서 전신에 X선을 조사하기 때문 에 모든 장기가 일시에 피폭된다. 따라서 환자의 자세 변화 에 따라 현저하게 다른 피폭선량이 부가되는 경우에는 적절 한 촬영법을 선택하여 검사에 진행하여야 한다. 하지만 국 내 의료기관에서 이루어지는 대부분의 WSS 검사는 특별한 이유 없이 전후면 자세에서 이루어지고 있다. 모든 방사선 검사의 기본 원칙은 최소의 선량으로 최적의 정보를 얻는 영상을 만드는 것이다. 따라서 임상에서 환자의 자세 변화 만으로도 피폭 선량을 현저하게 감소시킬 수 있다면 검사 프로토콜의 최적화를 시행하여 적절한 검사법을 선택해야 할 것이다.

    Figure

    JRST-38-1_F1.gif

    DICOM tag viewer by Centricity workstation (GE Medical Systems, Milwaukee, US). Each image DICOM tag information showed image area product by DICOM tag number 0018.115E.

    JRST-38-1_F2.gif

    CT/X-RAY Phantoms 3D Spine Phantom Model 025(CIRS). This phantom included L-spine

    JRST-38-1_F3.gif

    This figure showed each organ dose and effective dose of AP position(A) and PA position(B).

    JRST-38-1_F4.gif

    This phantom images showed AP image of L5 transverse process distance and L3,4,5 Lt transverse process angle.

    Table

    Patient height, weight, age, and body mass index.

    Reference

    1. Young LW , Oestreich AE , Goldstein LA (1970) Roentgenology in scoliosis: contribution to evaluation and management , American Journal of Roentgenology, Vol.108 (4) ; pp.778-795
    2. Nash CL , Gregg EC , Brown RH , Pilai K (1979) Risks of exposure to X-rays in patients undergoing longterm treatment for scoliosis , J Bone Joint Surg Am, Vol.61 (3) ; pp.371-374
    3. Geijer H , Verdonck B , Beckman KW , Andersson T , Persliden J (2003) Digital radiography of scoliosis with a scanning method: radiation dose optimization , Eur Radiol, Vol.13; pp.543-551
    4. Report No 80 : National Council on Radiation Protection and Measurements (1985) Induction of thyroid cancer by ionizing radiation : National Council on Radiation Protection and Measurements,
    5. ICRP Publication 60 (1991) 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection , ICRP. Elsevier Health Sciences,
    6. HEATH R , ENGLAND A , WARD A , CHARNOCK P , WARD M , EVANS P , HARDING L (2011) Digital Pelvic Radiography: Increasing Distance to Reduce Dose , RADIOLOGIC TECHNOLOGY, Vol.83 (1) ; pp.20-28
    7. General Electric Co: Technical Publications (2005) Definium 8000 DICOM Conformance Statement, pp.4-15
    8. Markku Tapiovaara , Teemu Siiskonen (2008) PCXMC 2.0 User's Guide ,
    9. Linet M S , Kim K P , Rajaraman P (2009) Children’s exposure to diagnostic medical radiation and cancer risk: epidemiologic and dosimetric considerations , Pediatr Radiol, Vol.39; pp.S4-S26
    10. Mogaadi M , Ben Omrane L , Hammou A (2012) EFFECTIVE DOSE FOR SCOLIOSIS PATIENTS UNDERGOING FULL SPINE RADIOGRAPHY , Radiation Protection Dosimetry, Vol.149 (3) ; pp.297-303