Ⅰ서 론
1993년 의료영상의 디지털 표준(Digital Imaging and Communications in Medicine; DICOM)이 제정됨과 더불 어 국내 의료영상 검사장비는 필름 기반의 아날로그에서 디 지털화 되어 일반촬영검사 분야에서 획기적인 변화를 가져 왔다. 영상획득 및 후처리가 용이하고 영상 화질을 오랜 시 간 보존할 수 있으며, 저장과 전송이 자유로울 뿐 아니라 방 사선량을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 국제방사선 방어위원회(International Commission on Radiological Protection; ICRP)에서 2003년 발간된 ICRP 93에 따르면, 디지털 기술은 영상의학 업무를 발전시켰을 뿐만 아니라 X 선을 남용할 위험 또한 내포하고 있다고 경고하고 있다1). 현 재 의료영상 장비가 비약적으로 발전함에 따라 우리 국민의 연간 진단용 방사선 검사 건수는 2007년 1억 6천만 건에서 2011년 2억 2천만 건으로 연평균 35% 씩 가파르게 증가하 고 있으며, 그 중 일반촬영검사는 빠질 수 없는 기초분야로 서 가장 많은 비율을 차지하고 있다. 이에 따른 방사선에 의 한 의료피폭 환경도 변화하고 있어 환자에 대한 피폭관리 개선은 더욱 절실하다. 따라서 임상에서 X선 검사 시 환자 가 받는 피폭선량의 측정 및 평가가 필요하며, 국내 실정에 맞는 의료피폭 저감 목표치를 설정하여 환자들이 안심하고 X선 검사를 받을 수 있도록 선진화된 의료피폭 저감화 개선 대책이 필요하다2).
X선을 이용한 영상의학검사는 행위에 대한 정당성을 확 보하여 의료분야에 사용하고 있고 ICRP에서 권고하는 ALARA(As Low As Reasonably Achievable)개념에 따라 최적의 영상을 얻으면서 환자가 받는 피폭선량을 최소화 하 도록 권고하고 있다3). 피폭선량에 영향을 미치는 인자는 환 자에 따른 영향, 장치에 따른 영향, 검사 조건에 따른 영향 등으로 크게 분리할 수 있다. 환자에 따른 영향인자로는 환 자의 성별, 키, 몸무게, 촬영부위 등이 있으며, 장치에 따른 영향은 장치 고유의 특성 즉 영상획득장치, 관전압 파형, 선량 저감화 기법, 방사선계측기의 효율, 방사선 스펙트럼 등이 있다. 또한 무엇보다 중요한 것은 검사 조건이다. 검사조건 이란 초점필름간 거리, 관전압, 관전류, 시간, 자동노출조정 장치 사용 유무, 필터, 그리드 비율, 조사야 등 다양하다4).
일반촬영검사 시 검사조건 중 조사야 크기 요인은 검사자 의 무관심과 안전 불감증 등의 영향으로 불필요한 피폭선량 에 큰 영항을 미친다. 아날로그 유형의 필름 검사에서 디지 털 방사선촬영(Digital Radiography; DR) 시스템으로 전 환된 이후 일반촬영의 요추 검사인 경우 조사야 크기가 46% 증가되었다5). 또한 일반촬영 검사 시 조사야 조절에 관한 설문에서 333개 의료기관 중 부위별로 적합한 조사야를 조 절하여 사용하고 있는 의료기관이 204곳(61.3%), 부분적으 로 조사야를 조절 사용하는 의료기관 43곳(12.9%), 전혀 조 사야를 조절하지 않는 의료기관이 86곳(25.8%)으로 조사대 상 의료기관의 38.7%에서 부적합한 조사야 크기로 검사를 시행하고 있다고 보고 하였으며, 디지털 방사선촬영 시스템 을 사용하는 의료기관에서 76곳(65.0%)에서 적합한 조사야 를, 41곳(35.0%)에서 부적합한 조사야로 검사하고 있었다6).
조사야 크기는 장기나 조직에 대한 선량에 지대한 영향을 미치게 되므로 조사야 크기를 검사목적 부위만으로 최적화 시켜는 것은 매우 중요하다. 특히 요추는 다른 검사부위보 다 대장, 생식선 등을 포함하고 있어 방사선에 의한 주변 장 기의 위해를 줄이기 위해서 국내 실정에 맞는 조사야 크기 의 가이드라인 제시 및 환자들이 안심하고 영상의학 검사를 받을 수 있도록 환자 중심의 방사선 안전관리를 지속적으로 수행할 수 있는 자료가 필요하다고 여겨진다.
따라서 본 연구에서는 디지털 시스템에서 요추검사 시 조 사야 크기에 따른 주변 장기선량과 요추 영상의 분해능을 정량화하여 X선 검사에 따른 의료피폭 저감화를 위한 자료 를 제공하고자 하였다.
Ⅱ실험 대상 및 방법
1실험 장비
본 연구에서 요추검사의 장기선량 및 영상평가를 위하여 디지털 방사선촬영 시스템(XGEO GC80, Samsung, Korea) 을 사용하였으며, 대상은 RANDO 팬텀(ART-200X, Fluke biomedical, USA)을 이용하였다. 장기선량 측정은 저에 너지용 보상필터가 내장되어 있는 유리선량계(GD-352M, Dose Ace, Japan)를 사용하여 유리선량계 리더기(FGD-1000, Dose Ace, Japan)로 측정하였다. 또한 조사야 변화에 따른 요추검사의 영상평가는 Image J(ver. 1.42q) 프로그램을 이용하였다.
2장기선량 측정
요추검사 시 조사야 크기에 따라 장기선량을 측정할 장기 는 ICRP 103 권고의 조직가중치를 참고하여 간, 위, 췌장, 신장, 생식선 등으로 조직가중치가 높은 장기를 선택하였 다. 검사조건은 2014년 식품의약품안전처에서 발행한 ‘영상 의학 검사(일반촬영)에서의 표준 촬영기법’에서 제시한 요 추 검사조건을 참고하여 전-후방향 촬영 시 80 kVp, 32 mAs와 측방향 촬영 시 85 kVp, 45 mAs로 설정하여 사용 하였다. 조사야 크기는 8″×17″, 9″×17″, 10″×17″, 11″×1 7″, 12″×17″, 13″×17″, 14″×17″ 등 7가지의 크기로 변화를 주어 측정하였다. 장기선량 측정 시 RANDO 팬텀에 유리 선량계를 삽입하고 X선을 조사하여 측정한 후 다시 유리선 량계를 교체하여 측정해야하기 때문에 조사야별로 팬텀 위 치의 재현성이 중요하므로 팬텀에 전-후방향 및 측방향의 중심선을 표시하여 각 조사야별로 재현성을 유지하였다 (Fig. 1).
측정에 사용된 RANDO 팬텀은 175 cm의 키에 73.5 kg의 성인 남자를 재현한 것으로 이 조건에 적합한 환자의 CT 영 상을 참고하여 RANDO 팬텀 내부에 유리선량계 위치를 선 정하였으며 간, 위, 췌장, 신장, 생식선 등에 각 1개씩 유리 선량를 삽입하였다. 간의 CT 영상에서 흉추 12번 위치에 가 장 큰 용적을 나타내어 팬텀의 흉추 12번 기준인 21번 슬라 이스 오른쪽 중심, 위는 팬텀의 요추 1번 기준인 21번 슬라 이스 왼쪽 중심, 췌장은 팬텀의 요추 1번 기준인 22번 슬라 이스 왼쪽 중심, 신장은 팬텀의 요추 1번 기준인 23번 슬라 이스 오른쪽 중심, 생식선은 CT 영상에서 천골결합 위치에 가장 큰 용적을 나타내어 팬텀의 천골결합 기준인 31번 슬 라이스 중앙 앞쪽 위치에 삽입하였다(Fig. 2).
또한, 조사야 안팎의 선량을 조사하기 위하여 간, 위 위치 에 해당하는 21번 슬라이스 양쪽 끝과 생식선의 끝에 해당 하는 34번 슬라이스 중앙에 유리선량계를 추가로 삽입하였 으며 장기선량 측정값의 오차를 줄이기 위해 X선을 3회 조 사하여 평균값을 사용하였다(Fig. 3).
X선 검사 시 환자가 받는 인체 내의 장기별 선량을 이론 적으로 계산하기 위해 몬테카를로 프로그램(PC-based Monte Carlo program; PCXMC, STUK, Finland)을 이용하여 동 일한 검사조건 및 조사야 크기에 따라 이론적으로 시뮬레이 션 하였다(Fig. 4).
3영상분해능 측정
디지털 방사선촬영 시스템을 이용한 요추검사 시 조사야 크기에 따른 영상의 분해능을 확인하기 위하여 장기선량 측 정과 동일한 검사조건으로 영상을 획득하였다. 획득된 영상 을 7″×17″ ROI로 설정된 DICOM 영상을 Image J를 통해 8″×17″ 영상을 레퍼런스 이미지로 설정하고 9″×17″, 10″ ×17″, 11″×17″, 12″×17″, 13″×17″, 14″×17″, 15″×17″, 16″ ×17″, 17″×17″ 영상을 각각 테스트 이미지로 설정하여 SNR(Signal to Noise Ratio), PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)을 측정하여 영상분해능을 평가하였다7)(Fig. 5).
Ⅲ결 과
1장기선량 측정
1)전-후방향 촬영
전-후방향 촬영에서 조사야 크기가 14″×17″에서 8″×17″ 로 작아짐에 따라 유리선량계를 이용한 요추 주변 장기에 대한 장기선량은 감소되었다. 요추 주변 장기선량은 생식 선, 간, 췌장, 위, 신장 순으로 높게 측정되었으며, 각 장기 에 대한 장기선량의 최대치 및 최소치는 간에서 897 μ㏉ 및 694 μ㏉, 위에서 548 μ㏉ 및 353 μ㏉, 췌장에서 575 μ㏉ 및 411 μ㏉, 신장에서 199 μ㏉ 및 118 μ㏉, 생식선에서 1,486 μ㏉ 및 1,144 μ㏉로 각각 측정되었다. PCXMC 프로 그램을 이용한 시뮬레이션에서 요추 주변 장기에 대한 장기 선량은 생식선, 위, 간, 신장, 췌장 순으로 높게 측정되었다. 각 장기에 대한 장기선량의 최대치 및 최소치는 간에서 126 μ㏉ 및 52 μ㏉, 위에서 241 μ㏉ 및 134 μ㏉, 췌장에서 67 μ㏉ 및 44 μ㏉, 신장에서 77 μ㏉ 및 54 μ㏉, 생식선에서 446 μ㏉ 및 408 μ㏉로 측정되었다(Fig, 6).
조사야 크기 변화에 따른 장기선량의 감소율은 조사야의 가로축 길이가 1″ 작아질 때마다 간에서 4.12%, 위에서 7.02%, 췌장에서 5.14%, 신장에서 7.87%, 생식선에서 3.83%로 각각 감소하였다. PCXMC 프로그램을 이용한 시 뮬레이션에서 장기선량의 감소율이 조사야의 가로축 길이 가 1″ 작아질 때마다 간에서 13.59%, 위에서 9.04%, 췌장에 서 6.4%, 신장에서 5.48%, 생식선에서 1.32%로 각각 감소 하였다(Table 1).
2)측방향 촬영
측방향 촬영에서 조사야 크기가 14″×17″에서 8″×17″로 작아짐에 따라 유리선량계를 이용한 요추 주변 장기선량은 신장, 간, 췌장, 생식선, 위 순으로 높게 측정되었으며, 각 장기에 대한 장기선량의 최대치 및 최소치는 간에서 1,759 μ㏉ 및 1,451 μ㏉, 위에서 138 μ㏉ 및 97 μ㏉, 췌장에서 931 μ㏉ 및 827 μ㏉, 신장에서 1,850 μ㏉ 및 1,576 μ㏉, 생식선 에서 377 μ㏉ 및 64 μ㏉로 측정되었다. PCXMC 프로그램을 이용한 시뮬레이션에서 요추 주변 장기에 대한 장기선량은 간, 신장, 생식선, 췌장, 위 순으로 높게 측정되었으며, 최 대치 및 최소치는 간에서 135 μ㏉ 및 105 μ㏉, 위에서 18 μ ㏉ 및 12 μ㏉, 췌장에서 22 μ㏉ 및 16 μ㏉, 신장에서 124 μ㏉ 및 106 μ㏉, 생식선에서 72 μ㏉ 및 19 μ㏉로 측정되었 다(Fig .7).
조사야 크기 변화에 따른 장기선량의 감소율은 조사야의 가로축 길이가 1″ 작아질 때마다 평균 간에서 3.03%, 위에 서 5.54%, 췌장에서 1.41%, 신장에서 2.02%, 생식선에서 24.34%로 각각 감소하였다. PCXMC 프로그램을 이용한 시 뮬레이션에서 장기선량의 감소율이 조사야의 가로축 길이 가 1″ 작아질 때마다 간에서 3.83%, 위에서 3.0%, 췌장에서 1.22%, 신장에서 2.49%, 생식선에서 10.97%로 각각 감소 하였다(Table 2).
3)조사야 내, 외부의 선량 비교
전-후방향 촬영에서 조사야 크기가 작아짐에 따라 조사 야 내, 외부의 장기선량 차이는 간과 위에서 증가하였으나, 생식선에서는 감소하였다. 내부의 최대치와 최소치는 간에 서 897 μ㏉ 및 694 μ㏉, 위에서 548 μ㏉ 및 353 μ㏉, 생식 선에서 1,486 μ㏉ 및 1,144 μ㏉로 측정되었다. 외부의 최대 치와 최소치는 간에서 489 μ㏉ 및 61 μ㏉, 위에서 492 μ㏉ 및 48 μ㏉, 생식선에서 90 μ㏉ 및 55 μ㏉로 측정되었다 (Fig. 8).
조사야 내부와 외부의 장기선량 차이는 간에서 549.8 μ ㏉, 위에서 264.6 μ㏉, 생식선에서 1,135.1 μ㏉로 측정되었 으며 장기선량의 최대치 및 최소치에 해당하는 조사야 크기 는 간에서 12″×17″ 및 9″×17″, 위에서 14″×17″ 및 10″×1 7″, 생식선에서 14″×17″ 및 12″×17″로 나타났다(Table 3).
2영상분해능 측정
전-후방향 촬영에서 획득된 영상은 조사야 크기가 작아 짐에 따라 SNR, PSNR은 증가하였다. 9″×17″에서 31.19 dB로 측정되었으며, 10″×17″에서 27.15 dB, 11″×17″에서 19.16 dB, 12″×17″에서 15.24 dB, 13″×17″에서 8.63 dB, 14″×17″에서 7.70 dB, 15″×17″에서 8.45 dB, 16″×17″에서 8.12 dB, 17″×17″에서 8.26 dB로 30 dB 이하로 나타났다 (Fig. 9).
측방향 촬영에서 획득된 영상 또한 전-후방향 촬영과 같 이 조사야 크기가 작아짐에 따라 SNR, PSNR은 증가하였 다. 9″×17″에서 33.61 dB, 10″×17″에서 32.64 dB로 30 dB 이상 측정되었으며, 11″×17″에서 28.97 dB, 12″×17″에서 26.73 dB, 13″×17″에서 23.85 dB, 14″×17″에서 23.14 dB, 15″×17″에서 22.74 dB, 16″×17″에서 22.07 dB, 17″×17″ 에서 22.82 dB로 30 dB 이하로 나타났다(Fig. 10).
Ⅴ고 찰
디지털 방사선촬영 시스템을 이용한 요추검사는 진단 및 치료방법을 결정하기 위해 필수적이나 요추는 주위에 장기 와 생식선 등을 포함하고 있어 다른 장기에 대한 방사선 피 폭을 고려하지 않을 수 없다. 그러나 요추검사 시 조사야 크 기 설정에서 검사자의 무관심과 안전 불감증의 영향으로 주 변 장기에 대한 불필요한 방사선 피폭에 큰 영항을 미치고 있어 X선 피폭 관리는 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서 는 디지털 방사선촬영 시스템의 요추 검사 시 선량에 영향 을 주는 관전압, 관전류, 시간은 변경하지 않고 조사야 크기 에 따른 요추 주변 장기에 대한 장기선량 및 영상의 변화를 정량화하여 의료피폭 방어의 저감화를 위한 자료를 제공하 고자 하였다.
X선관과 가까울수록 장기의 피폭선량이 증가하며 조사야 를 완전히 열었을 때 피폭선량이 증가고 피사체와 거리가 가까울수록 산란선이 증가되고8) X선 촬영 시 조사야 크기 를 필요한 만큼만으로 최대한 줄여주어 최적화시켰을 때에 최대화시켰을 때보다 피사체 주변의 X선 산란선 발생량은 약 6~7배 정도 감소하였다고 보고 된 바 있다9). 본 연구에 서는 전-후방향 촬영 시 요추 주변 장기의 장기선량은 조사 야 크기가 작아짐에 따라 감소하며 유리선량계를 이용한 장 기선량 측정과 PCXMC 프로그램을 이용한 시뮬레이션 모두 유사하게 감소하는 경향을 보이고 있다. 그러나 생식선에서 조사야의 가로축 길이가 1″ 작아질 때마다 유리선량계에서 3.83%, 시뮬레이션에서 1.32%의 감소율로 선량차이는 크 게 변화가 없었다. 이는 요추 중심축에 위치한 장기는 조사 야 크기에 대한 영향이 거의 없는 것으로 사료된다. 또한 측 방향 촬영에서 요추의 주변 장기선량은 간, 신장과 같이 X 선이 조사되는 표면에 가까운 장기에서 높은 선량 값이 나 타났으며, 조사야의 가로축 길이가 1″ 작아질 때마다 5% 이 내의 감소율로 큰 의미가 없는 것으로 나타났다. 그러나 생 식선에서 조사야의 가로축 길이가 1″ 작아질 때마다 유리선 량계를 이용한 측정에서 24.34%, PCXMC 프로그램을 이용 한 시뮬레이션에서는 10.97%의 감소율이 각각 나타났다. 이는 생식선이 신체의 앞쪽에 위치하여 조사야 크기가 작아 짐에 따라 조사야 밖으로 벗어나므로 감소율이 크게 나타난 것으로 사료된다. 조사야 내, 외부에 대한 장기선량은 간에 서 11″×17″ 및 12″×17″ 사이, 위에서 12″×17″ 및 13″×17″ 사이에서 큰 폭으로 감소하였으며, 특히 생식선에서 내, 외 부 선량차이가 최소 1,018 μ㏉, 최대 1,396 μ㏉로 조사야 내, 외부 선량차이는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다.
영상의 화질평가에서 PSNR이 30 dB 이상일 경우 사람의 눈으로는 영상의 질적 차이를 구분할 수 없다고 보고 된 바 있다10). 본 연구에서 Image J로 영상평가를 한 결과 전-후 방향 촬영에서 9″×17″ 이하, 측방향 촬영에서 10″×17″ 이 하의 크기에서 30 dB 이상으로 나타나 영상의 질적 차이를 구분할 수 없는 것으로 사료된다. 전신척추 검사 시 조사야 를 줄이면 유효선량을 44%까지 감소한다고 보고 된 바 있으 며11), 조사야 및 조사조건인 17″×17″ 조사야 크기, 90 kVp, 40 mAs 사용 시 측정된 중심선속은 입사표면선량의 국내 권고량인 4.08 mGy 보다 0.42 mGy 높으나 그 이하 조사야 및 조사조건 변경에 다른 측정치는 모두 국내 권고량 4.08 mGy 미만으로 측정되었다고 보고 된 바 있다12). 본 연구에 서는 검사부위 중 요추만을 고려하여 주변 장기선량 및 영 상의 화질을 평가 하였으나, 추후 다른 검사부위에 대한 연 구의 진행이 필요하다고 사료된다. 또한 유리선량계로 장기 선량 측정 시 장기의 용적이 유리선량계에 비해 너무 크기 때문에 위치에 따라 선량에 대한 편차는 있었으나, PCXMC 프로그램을 이용한 시뮬레이션한 장기선량과 유사하게 감 소하는 경향이 보였으며, 조사야의 가로축 길이가 1″ 작아 질 때마다 장기선량의 감소율을 정량화 할 수 있었다.
Ⅵ결 론
요추검사 시 조사야 크기가 작아짐에 따라 주변 장기에 대한 장기선량은 줄어들었으며, 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 결과 또한 유리선량계를 이용한 측정과 유사하게 감소 하였다. 요추의 중심축에 위치한 장기에 대한 장기선량은 조사야 크기 에 따라 큰 변화가 없었으며, 조직가중치가 높 은 장기일수록, X선에 조사되는 표면에서 가까운 장기일수 록 장기선량은 높게 나타내었다. 조사야 내, 외부에 대한 장 기 선량의 차이는 명확히 나타났으나 생식선에서는 큰 차이 가 없는 것으로 나타났다. 또한 영상의 화질은 조사야 크기 가 작아짐에 따라 SNR, PSNR이 높게 나타났으며, 전-후방 향 촬영에서 9″×17″ 이하, 측방향 촬영에서 10″×17″ 이하 의 크기에서 영상의 화질 차이는 구분할 수 없는 것으로 나 타났다.
따라서 요추는 다른 검사 부위보다 주변장기들이 많이 포 함하고 있기 때문에 조사야 크기 설정은 의료피폭 저감화를 위해서 검사자의 노력이 필요하다고 사료되며, 불필요한 환 자의 피폭선량을 줄이고 양질의 영상을 얻기 위한 디지털 방사선촬영 시스템의 조사야 권고 기준안이 필요할 것으로 사료된다.
