Ⅰ서 론
1990년대 후반 다중채널 전산화단층장치(Multi Detector Row Computed Tomography; MDCT)가 발전되면서 검사 시간의 단축과 고해상능의 얇은 단면을 제공함으로써 임상 영역에서 적용범위가 다양해지고 있다1-2). MDCT의 기술적 인 발전과 요오드화 조영제의 사용으로 인해 CT영상검사의 정확성이 높아지고 진단검출효율도 뛰어나서 매우 빠른 속 도로 그 사용률이 증가하고 있다3). 더불어 환자가 받는 피 폭선량도 증가하기 때문에 환자의 선량관리를 위해 영상의 진단적 가치를 저하시키지 않고 관전압, 관전류를 제어하는 연구와 임상적용이 활발히 이루어지고 있다4-5). 그러나 요 오드 조영제의 사용이 증가함에 따라 조영제 부작용에 대한 관심도 증가하고 있다. 과거에는 높은 삼투압의 조영제의 사용으로 혈관장애, 피부손상, 과민증, 심부전, 신증 등 부 작용이 많았으나 그 이후 저삼투압성, 비이온성 조영제의 개발로 부작용의 빈도는 많이 감소하여 진단적 가치를 향상 시키는데 적극적으로 사용하게 되었다6-8). 하지만 혈액에 비해 높은 삼투압은 적혈구 변형과 혈관이완, 혈류를 증가 시켜 혈압변화로 인한 심장에 부담을 가중시키고 신세뇨관 에 영향을 주어 신기능장애를 초래하기도 한다9-11).
조영제에 의한 부작용은 일반약물 부작용과 같이 화학적 인 독성반응 등 예측할 수 있는 반응과 예측 불가능한 반응 으로 나눌 수 있으며, 조영제를 사용한 대부분의 환자에서 는 부작용 없이 지나가지만 조영제 부작용 발생 시에는 환 자를 예측할 수가 없다. 그러므로 조영제 주입이 필요한 환 자에 대해 위험군 선별이 중요하며 부작용을 예방하기 위 해서는 조영제 농도, 투여용량, 속도에 주의를 기울여야 한 다12). 조영제 부작용을 줄이기 위해서는 가능한 한 적은 양 으로 최대의 조영증강을 얻는 것이 필요하며, 고농도보다는 저농도의 조영제를 사용하여 같은 수준의 영상을 얻기 위한 기술적인 연구가 활발히 이루어져야 한다. 하지만 제조사별 로 조영제의 농도가 다양하고 조영제에 따른 부작용 또한, 환자의 상태에 따라 차이가 있으므로 임상적으로 활용하기 에는 큰 어려움이 있다.
본 연구에서는 128-MDCT를 이용하여 조영제 농도와 검 사프로토콜의 관계를 분석하여 저농도 조영제와 저관전압 을 사용하여 선량평가와 화질개선을 평가해 보고자 한다.
Ⅱ재료 및 방법
1재료
1)실험 장비
관전압과 관전류 설정에 의한 선량변화를 관찰하고 조영 증강 된 관심부위에서의 최적의 영상을 위한 CT value를 분 석하였다. CT 장비는 gantry 일회전에 128-슬라이스 획득이 가능한 128 MDCT(Definition AS+, Siemens, Germany) 장비를 이용하였다. 혈관 영상평가를 위한 아크릴 팬텀 (76-710 DSA Phantom, Fluke Biomedical, USA)에 직경 5 mm인 희석된 조영제가 충만 된 주사기를 삽입하여 128x0.6, beam collimation beam pitch 0.5, slice thickness 1mm, rotation time 0.5 sec로 나선형촬영 (spiral scan)을 하였다.
조영제 농도와 팬텀의 깊이에 따른 선량평가와 영상분석 을 위해 관전압은 100, 120 kV와 관전류 200, 300, 400, 500 mA를 단계적으로 적용하여 분석하였다.
2)조영제의 사용
조영제 농도에 따라 팬텀의 깊이와 선량 변화에 따른 영 상분석을 위해 비이온성 저삼투압성 조영제(Iobrix, Accuzen, Korea)를 사용하여 조영제 농도를 300, 350 mgI/mL으로 분류하여 실험하였다. 인체 혈관 내에서의 희석을 고려하여 조영제 주입 후 인체 내에서의 높은 조영증강 농도 값을 얻 기 위해 조영제와 생리식염수(NaCl 9g/1,000 ml, 중외, Korea)를 1:10, 1:20으로 희석하여 사용하였다.
2방법
1)선량 평가
선량은 각 촬영조건별로 팬텀 촬영 후 관전압과 관전류 변화에 따른 선량변화를 장비 monitor에 표시된 CTDIvol 으로 평가하였다.
2)영상평가
저농도 조영제 사용으로 조영제 부작용을 예방하고, 선량 을 감소시켜 질환에 대한 잠재적인 위험요소를 줄이기 위해 조영제 농도와 선량조건 변화에 따라 촬영된 영상에서 CT value(HU; hounsfield unit)와 노이즈(SD; standard deviation)를 각각 측정하여 비교하였다. 희석된 조영제를 팬텀의 center, 4.5 cm, 2.25cm 깊이에 위치시켜 촬영 후 영상평가하였다. 영상에서 조영제 중심에 9mm2의 관심영 역(ROI; region of interest)을 설정하여 CT value(SI1)와 노이즈(SD1)를 측정하고, 조영제의 인접한 아크릴 부분을 같은 크기의 ROI로 설정하여 CT value(SI2)와 노이즈(SD2) 를 측정하였다. 측정은 3회 반복으로 평균값으로 계산하여 신호 대 잡음비(SNR; signal to noise ratio), 조영증강 대 잡음비(CNR; contrast to noise ratio)를 비교하여 평가하 였다.
SNR =SI1/SD1
CNR =(SI1 - SI2)/SD2
데이터 처리 및 분석은 SPSS version 21.0(SPSS Inc, Chicago, IL)을 이용하여 통계분석하였다. 조영제 농도와 선량조건에 따른 HU의 측정은 평균과 표준편차를 이용한 t-test로 분석하였다. 선량조건변화와 팬텀의 깊이에 따른 영상평가는 대응표본 T검정과 one way ANOVA를 사용하여 비교하였다. p-value 0.05이하일 때 유의하다고 판단하였다. Figure. 1
Ⅲ결 과
1선량평가
관전압과 관전류 변화에 따른 선량변화를 CTDIvol값으로 측정하여 비교하였다. 관전압과 관전류가 클수록 선량이 증 가하였고, 관전류가 클수록 관전압에 따른 선량변화 차이가 증가하였다. 120 kV에 비해 100 kV에서 평균 10.7 mGy 감 소하였다. 100 kV, 300 mA의 선량(26.1 mGy)은 120 kV, 200 mA(28.7 mGy)보다 2.6 mGy 적고, 100 kV, 400 mA 의 선량(34.6 mGy)은 120 kV, 300 mA(42.8 mGy)보다 8.2 mGy 적고, 100 kV, 500 mA의 선량(43.4 mGy)은 120 kV, 400 mA(57.1 mGy)보다 13.7 mGy 적었다(Figure. 2). kV를 낮추고 mA를 높이더라도 선량이 더 적음을 확인할 수 있었다.
2영상평가
1)HU 측정
300 mgI/ml 농도의 조영제와 생리식염수를 1:10으로 희석한 CT value는 관전압 100 kV의 팬텀의 깊이 Center, 4.5cm, 2.5cm에서 각각 평균 648.6±14.5, 650.5±11.4, 643.5±10.2이고, 120 kV에서는 각각 524.7±14.4, 523.6±8.2, 519.0±8.4로 120 kV보다 100 kV에서 팬텀의 깊이에 따라 HU의 평균이 각각 123.9, 126.9, 124.5 증가를 보였다(p<0.05). Background 영역인 아크릴에서의 HU는 120 kV보다 100 kV에서 팬텀의 깊이에 따라 평균 8.3, 8.7, 8.1 감소를 보였다(p<0.05). 조영제 농도 350 mgI/ml에서 는 관전압 100 kV의 팬텀의 깊이 Center, 4.5cm, 2.5cm에 서 각각 평균 771.6±18.4, 687.5±18.7, 687.7±19.5이고, 120 kV에서는 각각 630.2±14.1, 562.6±11.9, 558.3±11.8 로 120 kV보다 100 kV에서 팬텀의 깊이에 따라 HU의 평 균이 각각 141.4, 125.3, 129.4 증가를 보였다(p<0.05). Background 영역인 아크릴에서의 HU는 120 kV보다 100 kV에서 팬텀의 깊이에 따라 평균 8.4, 8.3, 9.5 감소를 보 였다(p<0.05). 조영제 농도 350 mgI/ml의 120 kV보다 300 mgI/ml의 100 kV에서의 HU가 팬텀의 깊이에 따라 각각 18.4, 88.3, 85.2 증가하였다(p<0.05)(Table 1).
300 mgI/ml 농도의 조영제와 생리식염수를 1:20으로 희 석한 HU는 관전압 100 kV의 팬텀의 깊이 Center, 4.5cm, 2.5cm에서 각각 평균 452.3±11.3, 449.8±11.7, 450.7±10.7 이고, 120 kV에서는 각각 368.5±9.1, 363.3±6.9, 363.2±10.0 으로 120 kV보다 100 kV에서 팬텀의 깊이에 따라 HU의 평균이 각각 83.8, 86.5, 87.5 증가를 보였다(p<0.05). Background 영역인 아크릴에서의 HU는 120 kV보다 100 kV에서 팬텀의 깊이에 따라 평균 7.9, 8.7, 9.1 감소를 보였 다(p<0.05). 조영제 농도 350 mgI/ml에서는 관전압 100 kV의 팬텀의 깊이 Center, 4.5cm, 2.5cm에서 각각 평균 507.7±12.9, 505.4±10.9, 507.7±9.7이고, 120 kV에서는 각각 412.4±10.8, 412.0±11.6, 406.9±11.0로 120 kV보다 100 kV에서 팬텀의 깊이에 따라 HU의 평균이 각각 95.3, 93.4, 100.8 증가를 보였다(p<0.05). Background 영역인 아크릴에서의 HU는 120 kV보다 100 kV에서 팬텀의 깊이 에 따라 평균 8.4, 8.6, 7.9 감소를 보였다(p<0.05). 조영제 농도 350 mgI/ml의 120 kV보다 300 mgI/ml의 100 kV에 서의 HU값이 팬텀의 깊이에 따라 각각 39.9, 37.8, 43.8 증 가하였다(p<0.05)(Table 2).
2)SNR, CNR 분석
조영제 농도와 관전압, 관전류의 관계에서의 SNR과 CNR 분석은 저농도에서의 저관전압, 고관전류 조건과 고농 도에서의 고관전압, 저관전류에서의 영상을 비교하기 위해 서 100 kV의 300~500 mA 범위와 120 kV의 200~400 mA 범위의 값으로 영상을 평가 하였다.
조영제 농도와 생리식염수 1:10으로 희석한 SNR은 조영 제 농도 300 mgI/ml의 100 kV에서 팬텀의 깊이 center, 4.5cm, 2.5cm에서 각각 평균 53.7, 57.7, 64.3이고, 350 mgI/ml의 120 kV에서는 각각 44.0, 48.2, 47.0로 모든 깊이에서 300 mgI/ml, 100 kV 조건이 높게 나타났다 (p<0.05). CNR은 300 mgI/ml, 100 kV에서 각각 43.8, 47.0, 55.2이고, 350 mgI/ml, 120 kV에서는 각각 35.1, 37.1, 36.2로 모든 깊이에서 300 mgI/ml, 100 kV에서 높 게 나타났다(p<0.05)(Figure. 3).
조영제 농도와 생리식염수 1:20으로 희석한 SNR은 조영 제 농도 300 mgI/ml의 100 kV에서 팬텀의 깊이 center, 4.5cm, 2.5cm에서 각각 평균 42.5, 41.7, 42.1이고, 350 mgI/ml의 120 kV에서는 각각 37.1, 34.0, 36.5로 모든 깊이에서 300 mgI/ml, 100 kV조건이 높게 나타났다 (p<0.05). CNR은 300 mgI/ml, 100 kV에서 각각 31.2, 30.4, 30.8이고, 350 mgI/ml, 120 kV에서는 각각 25.5, 23.3, 24.8로 모든 깊이에서 300 mgI/ml, 100 kV조건이 높게 나타났다(p<0.05)(Figure. 4).
SNR은 300 mgI/ml, 100 kV조건이 조영제와 생리식염수 희석비율 1:10, 1:20에서 팬텀의 모든 위치에서 측정한 평 균값이 각각 12.2(26%), 6.2(17%) 증가하였고 CNR은 각각 11.5(32%), 6.3(26%) 증가하였다.
Ⅳ고 찰
조영제는 방사선 검사에서 조직이나 혈관을 잘 볼 수 있 도록 각 목적 장기의 X-선 흡수차를 인위적으로 크게 함으 로써 영상의 대조도를 크게 해주는 역할을 한다. 1920년 처음으로 조영제를 임상적으로 사용하기 시작하여 1950년 도에는 독성이 적은 sodium과 meglumine salts of triiodinated benzoic acid가 개발되어 사용이 늘게 되었 다. 이후 1970년도에 amide기를 carboxylic acid radical 로 대체한 저삼투압성, 비이온성 조영제가 등장하면서 사용 이 활발해지게 되었다13). CT의 하드웨어 및 소프트웨어의 급속적인 발전으로 임상에서 사용되는 검사의 범위도 더불 어 넓어지고 있으며, 조영제를 사용함으로써 질환검출에서 도 다양한 영역으로 확대되어 가고 있다14). 또한, 조영제를 사용하는 CT의 기술은 저침습적인 방법으로 인체의 모든 부위를 2차원 및 3차원 입체영상(3-dimensional image)을 매우 정확하고 효과적으로 정밀 진단함으로써 종양의 진단 과 병기 결정, 외과적 수술계획, 외상으로 인한 내부적손상 이나 출혈의 식별 등 광범위한 임상적용에 있어 검사의 절 대적인 기준 역할을 하고 있다15).
그러나 조영제 사용건수가 증가함에 따라 부작용도 증가 하고 있으며 특히, 조영제로 유도된 급성신장질환 관리가 임상에서 중요한 요소로 작용하고 있다16-19). 조영제부작용 을 줄이기 위해 국내외적으로 다양한 연구활동 하고 있다. 특히, 조영제의 화학적 독성에 대한 인체부작용을 줄이기 위해 검사에 필요하지 않는 조영제의 주입부분을 생리식염 수로 대체하여 목적부위에서의 주입된 조영증강을 극대화 시키고 필요치 않는 부분에서의 조영증강을 감소하여 영상 의 질 향상에도 중요하게 작용된다20-21). 조영제의 분자구조 (크기, 사슬구조)는 점도를 결정하는 요소 중 하나이며, 같 은 분자구조의 저농도 조영제는 조영제량과 점도를 감소시 켜 화학적 독성을 감소시킬 수 있는 잠재적인 영향으로 작 용된다22). 혈관조영검사에서는 농도가 낮은 조영제를 사용 하여 조영제 부작용을 줄이고, 관전압을 줄여줌으로써 흡수 계수를 높여 피폭선량도 줄고 영상의 고대조도분해능도 높 아지게 된다23). 동맥의 조영증강은 조영제의 농도와 주입속 도(ml/s), 주입시
간(s)에 비례하여 영향을 주지만 개개인의 생리학적 이유 로 일정속도 이상에서는 더 이상 조영증강이 비례적으로 증 가하지 않고 상대정맥으로 들어온 조영제가 하대정맥으로 역류할 수 도 있다. 그러므로 환자의 심박출량과 체중, 나이 에 따라 조영제 주입량과 주입속도가 조절되어 사용된다면 조영증강의 개인적인 변화를 줄여준다고 하였다24). 또한, 정맥으로 주입된 조영제가 두경부로 순환하여 상대정맥을 통해 심장으로 유입되어 이차적인 조영증강이 되므로 대동 맥에서의 조영증강을 위해 스캔동안 지속적인 높은 조영제 주입 유지가 필요가 없다25).
본 연구에서는 조영제 부작용을 줄이기 위하여 저농도 조 영제와 관전압 100 kV를 사용해서 높은 SNR과 CNR을 획 득할 수 있었고 선량도 감소되었다. 그러나 많은 문헌에서 는 저관전압 촬영은 투과되는 광자의 감소로 이어지므로 영 상의 노이즈 증가와 인체조직의 묘사에 불리하게 작용할 수 있어서 진단을 위한 영상의 가치에 영향을 줄 수 있다고 한 다26). 그러나 조영제를 사용한 혈관조영검사에서는 같은 조 건의 관전류에서 저관전압이 현저히 노이즈가 증가하지만 최적의 관전류를 적용하면 더 향상된 영상을 획득할 수 있 다27-28).
Casper Mihl 등에 의하면 저농도 조영제를 사용하여 주 입속도를 조절하고 저관전압 촬영으로 혈관 내 감약계수를 증가하여 SNR을 향상시킬 수 있다고 하였고29), 혈관순환팬 텀실험에서도 서로다른 조영제 농도를 사용하여 초당 주입 되는 요오드용량을 동일하게 적용했을때 혈관내 감약계수 의 유의한 차이가 없다고 하였다30). 저농도 조영제를 사용 하더라도 주입속도를 조절한다면 동등한 영상의 질을 나타 낼 수 있을 것이며, 저관전압를 사용하여 감약계수까지 증 가함으로써 선량감소와 SNR 증가로 인해 임상검사에서 많 은 이점이 있을 것으로사료된다.
MDCT에서 중요시되는 피폭선량과 조영제 부작용에 대 한 연구활동들이 많지만 관여되는 변수들이 많아서 체계적 인 검사 프로토콜을 위해 앞으로도 많은 연구들이 필요하 다. 본 연구의 제한점으로는 팬텀연구로 인해 임상적용이 어려워 인체에 대한 다양한 연구가 필요하고, 조영제 농도 별로 온도를 정량적으로 평가하지 못하였다.
Ⅴ결 론
본 연구는 저농도 조영제와 저관전압 적용을 통해 감약 계수를 분석하였다. 350 mgI/ml, 120 kV 조건보다 300 mgI/ml, 100 kV 조건에서 높은 감약계수로 인하여 SNR, CNR이 현저한 증가함을 보였다. 낮은 농도를 사용함으로써 환자에 대한 조영제 부작용을 줄일 수 있고, 저관전압 사용 으로 선량도 감소되었다.
조영제를 사용한 CT검사의 질환검출이 높아짐에 따라 검 사건수 증가와 조영제 사용량이 늘어남에 따라 방사선 피폭 도 많아지고 조영제 독성에 의한 부작용도 늘어나고 있다. 국내외적으로 피폭선량을 줄이는 방법과 조영제 부작용을 줄이는 연구가 계속되고 있지만, 임상에서는 선량과 조영제 사용조건에 대한 연구가 부족하다. 방사선 피폭과 조영제 사용에서의 부작용은 환자의 안전을 위해 많은 연구를 통해 지속적으로 발전되어야 한다.
