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ISSN : 2288-3509(Print)
ISSN : 2384-1168(Online)
Journal of Radiological Science and Technology Vol.38 No.3 pp.245-252
DOI : https://doi.org/10.17946/JRST.2015.38.3.08

A Comparative Study of CTDI and the Effective Dose and the SNR according to the Area in the Abdominal CT

Sung-Jun Choi, Jun-Guk Kang, Su-In Kim, Youn-Ho Kim, Do-Gyeong Lee, Jin-Gyung Jung, Ar-A Cho, Jae-Hyeok Jang, Dae-Cheol Kweon
Department of Radiologic Science, Shinhan University

* 본 논문은 2014년 신한대학교 학술제에서 발표되었음


교신저자: 권대철 (11644) 경기도 의정부시 호암로 95, 신한대학교 방사선학과. Tel: 031-870-3416 / dckweon@shihan.ac.kr
July 8, 2015 August 7, 2015 September 17, 2015

Abstract

To obtain the best SNR (signal to noise ratio) due to changes in CTDI (computed tomography dose index) made for the purpose of setting the optimum image obtained by reducing the dose in abdominal CT. Abdominal CT scans of 59 patients a 400-499 cm2 (n = 12), 500-599 cm2 (n = 21), 600-699 cm2 (n = 17), 700-799 cm2 (n = 9) were separated by four groups and the effective dose was used in the Excel to get the area of the patient using the ImageJ program. Patients of CTDI, DLP, SNR, the effective dose were analyzed. Abdominal CT area was increased to 13 mGy in CTDI is 7.3 mGy, DLP to 732 in 394.4 mGy・cm, also effective dose was 5.9 mSv increase in 11mSv. SNR is 15 dB was maintained at 12.7. CTDI according to the average of the abdominal area of 8.9 mGy, the average of the DLP was 481.5 mGy・cm, the effective dose is calculated to be 7.2 mSV. Effective dose was calculated by multiplying the load factor of DLP in the abdomen showed no statistically significant difference of (p<0.05), there was a significant difference in SNR (p > . 05). To improve image quality of abdominal CT scan image in consideration of the CTDI according to the volume of the patient it should be able to reduce the radiation exposure of the patients.


복부CT에서 면적에 따른 CTDI와 유효선량 및 SNR의 비교 연구*

최 성준, 강 준국, 김 수인, 김 윤호, 이 도경, 정 진경, 조 아라, 장 재혁, 권 대철
신한대학교 방사선학과

초록

복부CT에서 면적을 산출하여 CTDI (computed tomography dose index) 변화에 따른 유효선량 및 SNR (signal to noise ratio)을 비교함으로써 진단적 가치가 높은 영상을 얻는 동시에 환자가 받는 피폭 선량 감소를 목적으로 한 다. 복부CT 검사 환자 60명을 400-499 cm2 (12명), 500-599 cm2 (21명), 600-699 cm2 (17명), 700-799 cm2 (9명) 4그룹으로 나누었다. 복부CT 데이터를 ImageJ 프로그램을 이용하여 환자의 면적을 산출하였고, CTDI, DLP, SNR 및 유효선량을 계산하였다. 복부면적이 증가할수록 CTDI는 7.3 mGy에서 13 mGy로 증가였고, DLP는 394.4 mGy・cm 에서 732로, 유효선량에서도 5.9 mSv가 11mSv로 증가하였다. SNR은 12.7에서 15 dB을 유지하였다. 복부면적에 따 른 CTDI의 평균은 8.9 mGy, DLP의 평균은 481.5 mGy・cm, 유효선량은 7.2 mSV로 산출되었다. 복부하중계수에 DLP를 곱하여 산출한 유효선량은 통계적의로 유의한 차이가 없었고 (p<0.05), SNR에서는 유의한 차이가 있었다(p > .05). 복부CT 영상검사에서 영상의 질 향상을 위해서는 환자의 면적에 따른 CTDI를 고려하여 환자의 피폭선량을 감 소시킬 수 있어야 한다.


    I.서 론

    CT (computed tomography)는 검사는 방사선 피폭을 유 발하더라도 신뢰할 수 있어 진단 및 치료 계획 영역에서 정 확도가 높아 임상 의료현장에서 CT검사의 많은 증가를 가 져왔다1-2). CT는 환자의 진단에서 임상적인 유용성으로 검 사빈도가 증가 확대 추세에 있으나 임상의학에서 방사선 피 폭 중 가장 큰 비중을 차지할 정도로 다른 영상의학적 검사 방법에 비해 높은 방사선 피폭 선량을 수반한다3,4).

    최근의 CT 검사는 의료기술의 발달과 함께 환자들의 질 병 진단과 치료에 더 이상 없어서는 안될 만큼 중요한 역할 을 하고 있다. 인체 골조직과 연부 조직 위주의 횡단면 영상 화에서 벗어나 심장 및 혈관 계통의 검사가 많은 부분을 차 지하게 되었으며, 직접스캔에 의해 얻어진 영상을 이용한 다방면의 영상 재구성화와 각종 3차원적인 입체 영상화가 활발히 응용되고 있을 뿐만 아니라 더 나아가 형태 위주의 해부학 영상에서 벗어나 기능을 겸비한 영상, 가상현실에서 의 영상 그리고 영상유도하에서 행해지는 여러 가지의 시술 등 의료분야 전반에 걸쳐 폭넓게 적용되고 있다.

    여러 가지 장점을 지닌 CT 검사에도 검사에서 발생하는 피폭 선량이라는 문제점이 있는데 관련 학회에 따르면 CT 검사에 의한 방사선 피폭은 환자에게서 일어날 수 있는 암의 위험성을 무시할 수 없다고 보고한 바 있어서 많은 연구자들이 최소화하려 노력하고 있다5-7). CT 영상은 피사체를 투과한 후 감약된 엑스선 정보를 이용하여 gray-scale의 영상을 획득하고, CT의 피폭 선량을 감소시킬 수 있는 여러 인자 중에 CT의 선량 지표는 CTDI (computed tomography dose index) 및 DLP (dose length product)가 있다8). 선량 피폭 지표를 참고하여 영상의 진단적 가치를 떨어트리지 않고 환자의 피폭 선량을 감소시킬 수 있는 방법을 위해 본 연구를 진행하였다. 영상의 SNR (signal to noise ratio)은 CTDI에 큰 영향을 받으며 CTDI는 장비에 설정된 noise index에 따라 관전류가 조정되어서 결정된다.

    본 연구의 목적은 복부CT의 면적을 산출하여 CTDI변화 에 따른 유효선량 및 SNR을 비교함으로써 진단적 가치가 높은 영상을 얻는 동시에 환자가 받는 피폭 선량 감소를 도 모하고자 연구를 시행하였다.

    II.대상 및 방법

    1.연구대상

    복부CT 검사를 위해 내원한 환자의 CTDI와 DLP, 엉덩뼈 능선 (iliac crest ) 기준의 axial 영상을 획득하여 분석하였 다. 스캔길이는 스카우트에서 스캔을 53 cm인 환자들을 대 상으로 하였고, Y축-센터의 높이는 환자의 정중앙으로 하 였다. 연구목적에 부합하는 환자 59명이었으며 남성 환자가 21명, 여성 환자가 38명이다. 연령대는 60대 10명, 50대 21 명 40대 14명, 30대 6명, 20대 8명으로 주로 40~50대 환자 가 주를 이루었다. 다음으로 성별에 상관없이 본 논문의 기 준이 되는 면적을 나누었다.

    2.연구방법

    복부CT의 면적은 환자의 axial 영상을 면적이 200-1000 cm2에서 100 cm2 단위를 기준으로 하여 나눴다. 면적이 200-299 cm2, 300-399 cm2, 800 cm2 이상의 그룹들은 표 본 수의 부족으로 대상에서 제외하였고, 400-499 cm2 (12 명), 500-599 cm2 (21명), 600-699 cm2 (17명), 700-799 cm2 (9명)으로 총 59명을 대상으로 진행하였다. CT검사 환 자의 데이터 분석은 환자의 동의하여 동의서를 받고 후향적 으로 데이터 분석을 실시하였다.

    3.측정 및 영상 분석

    검사 기기 (VCT 64CH, GE Health Care System, WI, USA) 이고, 복부CT 검사 protocol은 관전압 (120 kVp), 관 전류는 AutomA를 사용하였고 noise index (11.57) 이며 pitch (1.375:1), 절편 두께 (5 mm), 절편 간격 (5 mm)를 사용하였다. 검사순서는 scout AP, lateral 촬영 후 SFOV 를 설정하여 준비 스캔을 시행하고 조영제 주입 후 동일한 SFOV로 post-enhancement 스캔을 시행하였다. 모든 환 자에서 동일한 검사 조건을 적용하였다.

    복부CT검사에서 환자의 DICOM 파일을 획득 한 다음 영 상분석 프로그램 (ImageJ, NIH, Bethesda, MD, USA)을 사용해 영상의 가로와 세로 길이를 곱하여 면적 (cm2)을 측 정하였다 (Figure 1a, b). 환자의 dose report에서 CTDI와 DLP를 획득하였다 (Figure 1c). 유효선량은 유럽의 CT 가 이드라인 (EUR 16262EN)에서 제시하는 복부하중계수 (0.015 mSv·mGy-1·cm-1)에 DLP를 곱하여 유효선량 (mSv)을 산출하였다9). 분석은 Y-축 센터의 높이, 스캔길 이, 환자의 체지방 량과 근육량, 골밀도, 척추 골절로 인한 핀 융합술, 성형술로 인한 인공물 등의 변수가 있지만 그 중 에서 큰 변수로 꼽히는 스캔의 길이는 모두 동일한 환자들 로 구성을 하였으며 Y-축 센터의 높이는 환자의 정중앙으 로 하여 최대한 변수를 줄이고자 하였다.

    SNR 또한 마찬가지로 위 프로그램을 사용 구했으며 방법 으로는 전체 면적의 표준편차를 구해 면적의 중간 값을 가 진 환자의 이미지를 reference 영상을 정해 나머지 환자들 의 SNR을 구하였다(Figure 2).

    통계분석은 프로그램 (SPSS version 22.0; SPSS IBM, New York, NU, USA)을 이용하였다. 면적에 따른 CTDI, DLP, 유효선량 및SNR의 Q-Q plot, 분산분석 (ANOVA test)을 이용 하여 검정 분석을 하였다. 데이터의 p 값이 0.05 미만일 때 통계적 유의성이 있는 것으로 하였다.

    III.결 과

    복부CT의 면적을 4그룹을 구분하여 CTDI (mGy)에 따른 SNR (dB)과 유효선량 (mSv)을 산출하였고, 복부면적 CT에 따른 CTDI, DLP, 유효선량, SNR의 값에 대한 결과를 비교 하였다(Table 1).

    CT의 복부면적이 증가할수록 CTDI는 7.3 mGy에서 13 mGy로 증가하였고, DLP는 304.4에서 732 mGy.cm로 증 가하였다 유효선량에서도 5.9 mSv가 11 mSv로 면적이 증 가할수록 유효선량이 증가하였다. SNR은 12.7에서 15 dB 을 유지하였다(Table 2).

    복부면적에 따른 CTDI의 평균은 8.9 mGy, DLP의 평균 은 481.5 mGy·cm, 유효선량은 7.2 mSV로 산출되었다. 복 부하중계수에 DLP를 곱하여 산출한 유효선량은 통계적의 로 유의한 차이가 없었고 (p < .05), SNR에서는 유의한 차 이가 있었다 (p > .05) (Table 3).

    Q-Q plot에서 CTDI, DLP, 유효선량은 복부 면적이 증가함 에 따라 증가하였으나, SNR은 증가하지 않았다(Figure 3).

    IV.고 찰

    CT검사의 피폭에 대한 유해성에도 불구하고 영상의학에 서 많은 비중을 차지하고 있고, 정확한 진단을 위해 CT환자 의 증가하고 있고7), 선량감소를 위한 방법으로는 임상적으 로 영상의 질을 유지하면서 전략적인 방법이 요구되고, 선 량감소를 위한 적극적인 방법이 요구된다9-11). CT 영상 변 수와 선량과는 스캐너 구조 (geometry), 관전압, 관전류, 갠트리 회전 시간, 콜리메이션, 피치, 스캔 모드, 스캔 길이, 검출기 효율, 필터, 차폐 등이 관련이 있다. 또한 체중 및 관 전압, CNR 등이 중요한 관련이 있다12-13).

    복부의 면적은 CT 검사에서 영상의 질에 영향을 미치는 인자로 알려져 있다. 특히 CT 혈관조영술을 시행할 때에는 면적이 높을 때 산란 선이 증가하여 혈관 조영 증강의 감소와 영상 잡음의 증가로 인해 영상의 질이 저하됨이 보고되었다 14-16). 이에 근거해 면적이 큰 그룹이 면적이 작은 그룹 보다 SNR이 낮을 거라 예상했지만 면적이 증가하면 CTDI 또한 상대적으로 증가해 SNR은 낮아지지 않고 적정 상태를 유지했 다. 이를 통해 면적이 증가할수록 좋은 영상의 질을 얻기 위해 상대적으로 높은 CTDI가 사용되어 환자의 건강에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다는 점과 면적이 영상의 질에 미치는 영향이 크다는 점을 시사한다. 일반적으로 면적이 증가할수록 산란선 과 노이즈가 증가하는 결과를 보였는데 이는 노이즈를 보정하 기 위해 CTDI 또한 증가하기 때문이다(Table 2).

    성별로는 남성 환자가 여성 환자보다 안 좋은 수치를 가 진 환자들이 많았다. CTDI 대비 SNR의 표준편차를 이용한 중간 값을 기준으로 평균 이하 그룹과 평균 이상 그룹을 나 눈 후 성별을 조사한 결과. 평균 이하 그룹은 남성 15명 여 성 15명으로 같았으나 평균 이상 그룹은 남성 6명 여성 23 명으로 확연한 차이가 나타났다. 이 결과로 남성 환자는 평 균 이상 그룹은 평균 이하 그룹보다 2배 많았고, 여성 환자 는 평균 이상 그룹보다 평균 이하 그룹이 1.5배 적었음을 알 수 있다. 그 이유는 평균적으로 여성에 비해 남성의 골밀도 및 근육 량의 차이 때문인 것으로 보인다. 이어서 표준편차 를 이용한 중간 값으로 촬영한 환자와 최적의 CTDI로 촬영 한 환자의 데이터 수치를 비교하였다.

    복부면적 400-499 cm2에서 SNR을 CTDI로 나눈 (SNR/ CTD)의 값 (3.5)이 가장 높은 환자는 CTDI (4.8 mGy), 유효 선량 (3.9 mSv), SNR (17.2 dB)이었고, 두 번째 환자는 CTDI (4.0 mGy), 유효선량 (3.2 mSv), SNR (14.1 dB)로 첫 번째와 비슷한 수치였다. 그에 반해 SNR을 CTDI로 나눈 (SNR/CTDI) 의 값이 제일 낮은 값 (1.59)을 보인 환자는 CTDI 10.0 mGy, 유효선량 8.1 mSv, SNR 15.9 dB로 산출되었다. 면적 500-599 cm2에서 SNR을 CTDI로 나눈 (SNR/CTDI)의 값 (3.19) 제일 높은 환자는 CTDI (4.8 mGy), 유효선량 (3.9 mSv), SNR (15.3dB), 두 번째 환자는 CTDI (6.0 mGy), 유효 선량 (4.8 mSv), SNR (16.7 dB)로 첫 번째 환자와 CTDI (1.2 mGy), 유효선량 (2.1 mSv), SNR (1.4 dB)의 차이를 보였다. CTDI 대비 SNR이 제일 낮은 값을 보인 환자는 CTDI 12.6 mGy, 유효선량 7.6 mSv, SNR 17.2 dB로 SNR을 CTDI로 나눈 (SNR/CTDI)의 값이 가장 높은 환자와 CTDI (7.8 mGy), 유효선량 (6.4 mSv), SNR (0.5dB)의 차이를 보였다. 면적 600-699 cm2에서 SNR을 CTDI로 나눈 (SNR/CTD)의 값 (2.26)이 제일 높은 환자는 CTDI (8.4 mGy), 유효선량 (6.8 mSv), SNR (18.9 dB)이었고, CTDI 대비 SNR은 가장 높았지 만 중간 값보다 높은 CTDI 사용과 그로 인한 유효선량이 낮은 수치는 아니었다. 두 번째 환자는 CTDI (7.7mGy), 유효선량 (6.2 mSv), SNR (16.7dB)였고, SNR을 CTDI로 나눈 (SNR/ CTDI)의 값이 제일 낮은 값을 보인 환자는 CTDI (13.3 mGy), 유효선량 (10.9 mSv), SNR (13.7dB)로 두 번째 환자와의 차 이는 CTDI (5.7 mGy), 유효선량 (4.7 mSv), SNR (3.1dB)로 큰 차이를 보였다. 복부면적 700-799 cm2에서 SNR을 CTDI 로 나눈 (SNR/CTDI)의 값 (1.69)로 제일 높은 환자는 CTDI (10.5 mGy), 유효선량 (8.6 mSv), SNR (17.8 dB) 이었고, 두 번째 환자는 CTDI (10.6 mGy), 유효선량 (8.7 mSv), SNR (17.1dB)로 첫 번째와는 큰 차이가 없었으며 SNR을 CTDI로 나눈 (SNR/CTDI)의 값이 제일 낮은 값을 보인 환자인 CTDI (15.2 mGy), 유효선량 (12.2 mSv), SNR (14.3 dB)로 SNR을 CTDI로 나눈 (SNR/CTDI)의 값 이 제일 높은 환자와 CTDI (4.7 mGy), 유효선량 3.6 (mSv), SNR (3.5 dB)의 차이를 보였다(Figure 4).

    환자는 500-599 cm2 면적 그룹에서 표준편차를 이용한 중간 값이고 두 번째 환자는 같은 그룹에서 CTDI 대비 SNR 이 제일 높은 환자다. 표에서 CTDI를 23% 감소하였더니 유 효선량 24% 감소, SNR 4% 감소했다. 이를 보면 SNR이 다 소 낮아지는 걸 감수하면 유효선량은 큰 폭으로 줄일 수 있 다(Table 4). 면적 500-599 cm2에서 CTDI와 나머지 수치 가 차이가 나는 두 환자의 데이터이다(Table 5). 첫 번째 환 자는 500-599 cm2 면적 그룹에서 CTDI 대비 SNR이 가장 높은 환자이고, 두 번째 환자는 CTDI 대비 SNR이 제일 낮 은 수치의 환자이다. 여기서 두 번째 환자와 첫 번째 환자 데이터를 비교하면 CTDI를 54% 감소 SNR은 13% 감소하였 고, 유효선량은 54% 감소하였다. 획득한 영상은 모두 진단 이 가능한 영상으로 두 번째 환자는 CTDI가 높게 산출되어 불필요한 피폭에 노출될 수 있다. 분석 결과를 토대로 추후 각 임상에서는 이러한 점을 염두 해 환자의 면적을 비중 있게 고려하여 적절한 CTDI를 사용해야 한다. 또한 각 면적에 따 른 CTDI를 기초한 CT 검사뿐 만 아니라 환자의 횡단면 치수 에 기초한 CT 검사17-18), 빔콜리메이션 (beam collimation) 의 크기에 기초한 CT 검사19) 등 여러 연구를 참고로 하여 검 사를 진행해야 한다.

    복부CT 검사에서 DLP는 직렬스캐닝에서 절편 수나 나선 형 CT에서 획득시간에 의해 결정되는 조사체적과 그 검사 에서 행해지는 스캔 과정의 수를 고려하고 있다 [13]. DLP는 유효선량을 계산하는데 중요한 선량요소이다. 본 연구에서의 유효선량을 평가하기 위해 DLP에 상수를 곱하여 분석하였 고, 복부의 DLP가 337-732 mGy·cm 로 유럽의 diagnostic reference level (DRL)에 대한 비교에서 DLP가 기준치 이 하로 측정되었다9).

    피폭 선량을 줄이기 위해 환자에 관련된 인자와 상관관계 를 연구하여 CT 검사에 적용하면 환자가 CT 검사에서 방사 선 피폭에 대한 걱정을 줄일 수 있고 실제로 CT 검사로 인 한 피폭으로 2차 피해를 관리하는데 도움이 될 수 있다.

    본 연구를 통해 진단적 가치가 높은 최적의 영상과 환자 의 피폭 선량 감소의 목적에는 성공하였지만 실제 임상에서 적용하기에는 아직 여러 가지 제한점이 있다. 우선적으로 환자 성별과 나이 및 개개인의 골밀도와 근육량을 고려하지 않은 면적 값을 절대적으로 신뢰하기 힘들다는 점이다. 또 한 환자의 단면적 영상을 얻기 위해서는 준비 스캔을 먼저 시행하지 않고선 얻을 수 없다는 단점과, 인체조직 등가 물질 로 구현된 팬텀으로 참고영상 (reference image)를 구하지 못한 점이고, Y축-센터의 높이에 대해 세세하게 본 연구를 진행하지 못하였다. 또한, 면적에 따른 대상자를 53명으로 대집단의 코호트연구가 필요하다. 선량에 대한 manualmA, AutomA, SmartmA의 AEC 시스템을 적용하여 비교하는 연구와 고찰이 이루어져야 할 것으로 생각된다.

    VI.결 론

    복부 CT검사 환자의 CTDI와 SNR의 관계를 파악하였고, 유효선량 감소 및 최대의 CT 영상 구현을 할 수 있는 최적의 복부 면적과 CT 영상 관계를 알 수 있었다. 따라서 CT 영상 검사에서 면적에 따른 CTDI를 고려하여 영상의 질 저하 없 이 환자의 피폭선량을 감소시킬 수 있도록 하여야 한다.

    Figure

    JRST-38-245_F1.gif

    Abdominal CT area (a, b) calculated of ImageJ program and dose report (c)

    JRST-38-245_F2.gif

    ImageJ program measured of the SNR in reference image and test image

    JRST-38-245_F3.gif

    Results Q-Q plot of CTDI, DLP, effective dose, and SNR for the abdominal CT. Group was composed of 4. a: 400-499 cm2, b: 500-599 cm2, c: 600-699 cm2, d: 400-499 cm2

    JRST-38-245_F4.gif

    Axial CT image with the best CTDI volume of the abdominal CT area of 400 (a), 500 (b), 600 (c), 700 cm2 (d)

    Table

    Abdominal CT area calculation

    CTDI, DLP, effective dose and SNR of image and rate and rate of change of each abdominal volume class

    Difference of CTDI, effective dose, DLP and SNR by abdominal area CT (n=59)

    Comparative of CTDI, effective dose and SNR in the middle abdominal area CT

    Comparative of CTDI, effective dose and SNR in the abdominal area CT

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