Ⅰ.서 론
영상의학검사에서 디지털 방사선검사(Digital Radiography; DR), 인터벤션 방사선검사(Interventional Radiography; IVR)와 같은 방사선 발생장치의 도입은 진단방사선영역에서 일반촬영, 인터벤션 등에 넓게 적용되어 다양한 질병의 진단과 치료에 기여하고 있다. 그에 따른 활용도를 높이기 위해 장비를 이용한 임상적, 공학적 특성에 초점을 맞춘 연구가 진행되고 있으며 공학적 특성에 대한 연구는 정도관리와 방사선량, 영상 화질 등에 관련된 연구가 대표적이다[1-8]. 그 중 인터벤션에 사용되는 방사선 발생장치의 경우 일반촬영과는 다르게 장시간 정격으로 연속허용부하를 사용해서 다른 장비에 비해 노후화가 빠르게 진행되기 때문에 정도관리를 통한 선량평가와 영상화질 평가가 특히 중요하다고 할 수 있다[9-12].
방사선 방호의 관점에서 볼 때 인터벤션의 선량평가는 면적 선량계(Dose Area Product; DAP meter)를 통해 장기 전체의 선량의 합을 측정하여 확률적 영향의 평가에 이용하고 있으며 [11,13], 방사선 영역에서 영상화질 평가는 공간 분해능(Spatial resolution), 저 대조도 분해능(Low contrast resolution), 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR), 대조도 대 잡음비(Contrast to Noise Ratio; CNR)를 이용해 평가하고 있다[10,13,14].
인터벤션의 경우에는 NEMA Phantom을 이용하여 정도관 리와 영상화질을 평가하고 있으며 NEMA Phantom은 각각의 번호를 가진 2.5 cm 두께의 슬라이스가 분리된 형태로써 슬라이 스조합을 통해 인체기준의 두께로 다양한 조합이 가능하고 팬텀에 삽입된 MTF (Modulated Transfer Function) 차트로 공간 분해능, 25, 50, 100, 200 mg/cc 네 곳으로 저 대조도 분해능을 간단하게 측정가능하다는 특징을 가지고 있다 [11,12]. 이를 통해 국내에서는 면적선량계와 NEMA Phantom 을 이용하여 인터벤션에 사용되는 방사선 발생장치의 정도관리 및 성능평가 기준을 마련하고[11, 13], 다양한 시술과 질병형태 에 따른 면적선량을 분석하고 수치화하여 환자의 선량을 줄이려 는 다양한 연구를 진행하고 있다[13, 15, 16]. 그럼에도 불구하 고 기존 연구들은 다양한 시술들의 면적선량 값을 제시하고 영상화질평가 대한 사항을 권고하는 수준으로 끝나는 것이 대부분이었으며, 피폭선량과 영상화질의 상관관계를 객관화 된 수치로 나타내어 선량을 감소하는 방안을 연구한 것은 미흡 한 실정이라 할 수 있다[12,13,15,16].
이에 착안하여 본 연구는 인터벤션 시술 시 NEMA Phantom을 이용하여 촬영조건의 증가에 따른 면적선량의 변화와 그에 따른 공간 분해능, 저 대조도 분해능, SNR, CNR의 비교분석을 기준으로 하여 선량과 영상화질의 관계 를 객관화된 수치로 제시하고 선량 저감화를 위한 기반을 마련하고자 하였다.
Ⅱ.대상 및 방법
1.조사대상 및 실험기기
실험은 2017년 7월 1일부터 19일까지 진행하였고, A병원 에서 사용 중인 Philips 사의 Single plane 형태의 방사선 발생장치 ALLURA XPER FD 20을 사용하였으며, 검출기는 평판형 검출기(Flat Panel Detector; FPD)였다. 실험대상은 복부를 기준으로 30회 영상을 획득하여 실험하였다. 선량계 는 다목적 선량계 Unfors Xi meter (Unfors, Sweden)를 이용 하여 기본적인 선질과 관련된 항목인 관전압, 반가층을 측정 하였고 팬텀은 인터벤션의 정도관리와 영상화질평가에 이용 하는 NEMA Standard XR-21 Phantom (National Electric Manufacturers Association, USA)을 사용하였다. 또한 장 시간 정격에 따른 입사표면선량률을 측정하기 위한 용도로 Ion chamber인 Radcal 9015 (Radcal, USA)를 사용하였다 [Fig. 1].
2.실험방법
1)다목적 선량계 및 NEMA Phantom을 이용한 장비 의 정도관리 평가
실험에 앞서 장비의 백분율 평균오차(Percentage Average Error; PAE)를 통한 관전압의 재현성, 반가층으로 기본적인 방사선질을 평가하였다. 그리고 중심선속일치, 공간 분해능, 저 대조도 분해능, 입사표면선량률, 와이어 분해능을 평가하 였다. 인터벤션의 정도관리는 일반적인 항목과 함께 중심선속 일치, 공간 분해능, 저 대조도 분해능, 입사표면선량률, 와이어 분해능과 같은 항목도 평가되어야하기 때문이다. 방사선 측면 에서 촬영조건은 SCA&I (The Society for Cardiovascular Angiography and Intervention)에서 설정한 기준인 80 kVp, 20 mAs를 사용하였다. 검사조건은 SID (Source Image Distance)를 100 cm, Field Size는 48 cm2으로 고정하였다 <Table 1>.
이때의 RAO (Right Anterior Oblique), LAO (Left Anterior Oblique), CRA (Cranial), CAU (Caudal)는 0∘이 었다. 팬텀은 복부두께를 기준으로 각각의 슬라이스를 위에 서 아래로 5-5-4-2-1-3-5-6 순으로 조합한 후 검출기에 대각선 방향으로 배치시켰다[Fig. 2].
관전압의 재현성과 반가층은 다목적 선량계를 팬텀 하단 부와 튜브 사이에 위치시킨 후 순간촬영을 통해 30회 측정 한 평균치로 평가하였다. NEMA Phantom으로 인터벤션의 정도관리 항목도 평가하였으며, 와이어분해능은 1번 슬라 이스를 와이어 분해능 측정 장비로 교체한 후 평가하였다 [Fig. 3].
2)면적선량계를 통한 선량측정
선량측정은 장비에 내장된 면적선량계를 통해 측정하였 다. 순간촬영으로 관전압은 80 kVp로 고정하고 관전류는 20, 30, 40, 50 mAs로 변화시켜 실험하였다. 변화된 조건 별로 30회씩 실시하여 나온 결과의 평균과 표준편차로 선량 을 구하였다.
3)조건 변화에 따른 공간 분해능과 저 대조도 분해능 의 화질 평가
조건 변화에 따른 공간 분해능, 저 대조도 분해능을 평가 하였다. 공간분해능과 저 대조도 분해능은 변화된 조건에서 의 육안평가를 순간촬영을 기준으로 판독용 모니터로 120 cm 거리에서 3인 이상이 관찰하여 나온 평균과 표준편차로 평가하였다.
4)조건 변화에 따른 SNR과 CNR의 평가
SNR과 CNR의 평가에 이용한 영상은 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)파일을 전송한 것을 사용하였다. 영상화질은 조건 변화에 따라 30회씩 촬영 한 영상을 Image J (Wayne rasband National institute of health, USA)를 통한 평균치과 표준편차로 평가하였다. 조 건 변화에 따른 SNR과 CNR을 평가하기 위해 직사각형의 관 심영역(region of interest)을 25, 100 mg/cc는 0.7 × 0.6 cm2로 50, 200 mg/cc는 0.6 × 0.7 cm2으로 저 대조도 분해 능의 측정이 가능한 25, 50, 100, 200 mg/cc 부분에 각각 설정하였으며, 백그라운드 표준편차는 영상우측의 하단에 설정하였다. 식 (1)과 (2)를 사용하여 화질을 평가하였으며, 이때의 pixel size는 264 um이고 25, 100 mg/cc의 pixel number는 26 × 23, 50과 200 mg/cc의 pixel number는 23 × 26이었다[Fig. 4].
산출한 데이터는 SPSS (Statistical Package for the Social Science, USA) program을 통하여 paired t-test 시행하였고 p<0.05로 통계적 유의성을 분석하였다.
Ⅲ.결 과
1.다목적 선량계 및 NEMA Phantom을 이용한 장비의 정도관리
관전압은 80 kVp로 고정하고, 다목적 선량계를 이용하여 조건변화에 따라 각각 30회 측정한 관전압의 백분율 평균오 차와 반가층은 20 mAs일 때 –1.25%, 3.4 mmAl, 30 mAs일 때 –1.87%, 3.5 mmAl, 40 mAs일 때 –1.25%, 3.6 mmAl, 50 mAs일 때–2.5%, 3.6 mmAl이었다<Table 2>.
그리고 촬영조건 80 kVp, 20 mAs에서 방사선 발생장치의 중심선속일치, 공간 분해능, 저 대조도 분해능, 입사표면선량 률, 와이어 분해능을 평가하였다. 선속일치는 Acceptable, 공간 분해능과 저 대조도 분해능은 3인 이상이 120 cm 거리에 서 모니터 판독을 한 결과 1.6 lp/mm, 100 mg/cc, 입사표면 선량률은 10 R/min 이하였고, 와이어 분해능은 정지 시 0.009 inch, 회전 시 0.012 inch가 관찰되었다<Table 3>, [Fig. 5].
2.면적선량계를 통한 선량측정
관전압은 80 kVp로 고정하고, 장비에 내장된 면적선량계 로 30회 면적선량을 측정한 결과의 평균과 표준편차는 20 mAs일 때 1 , 066 mGycm2와 46.1, 30 mAs일 때 2 ,311 mGycm2와 72.7, 40 mAs일 때 3,784 mGycm2와 62.5, 50 mAs일 때 6,160 mGycm2와 87.1로 나타났다<Table 4>.
3.조건 변화에 따른 공간 분해능과 저 대조도 분해능의 화질
조건 변화에 따른 공간 분해능과 저 대조도 분해능과 각 각의 표준편차를 측정한 결과 20 mAs에서 1.6 lp/mm, 100 mg/cc, 0.1, 38.7, 30 mAs에서 1.6 lp/mm, 100 mg/cc, 0.1, 33.1, 40 mAs에서 0.6 lp/mm, 200 mg/cc, 0.11, 0로 나타났고, 50 mAs에서는 공간 분해능과 저 대조도 분해능 은 관찰되지 않았다<Table 5>.
4.조건 변화에 따른 SNR과 CNR
관전압을 80 kVp로 고정하고, 관전류량을 변화시켜 30 회 측정한 SNR과 CNR의 평균과 표준편차는 20 mAs에서 25 mg/cc는 45.23, 39.92, 2.17, 2.21, 50 mg/cc는 44.71, 41.31, 2.66, 1.34, 100 mg/cc는 42.56, 3 8.81, 2 .85, 3.12, 200 mg/cc는 45.57, 40.03, 4.41, 2.30, 30 mAs에 서 25 mg/cc는 80.14, 76.03, 3.84, 3.13, 50 mg/cc는 81.96, 73.03, 4.01, 5.89, 100 mg/cc는 80.09, 77.17, 2.92, 2.35, 200 mg/cc는 80.25, 75.05, 3.31, 2.13, 40 mAs에서 25 mg/cc는 80.11, 77.34, 2.11, 4.21, 50 mg/cc 는 81.37, 76.81, 3.71, 4.44, 100 mg/cc는 79.15, 74.73, 5.16, 2.74, 200 mg/cc는 80.43, 77.74, 2.98, 8.09, 50 mAs에서 25 mg/cc는 70.01, 65.51, 4.09, 4.19, 50 mg/cc 는 67.74, 65.98, 3.19, 6.14, 100 mg/cc는 68.51, 67.77, 6.04, 7.99, 200 mg/cc는 69.4, 68.22, 3.01, 5.41로 나타 났다. 또한 각 항목에서 SNR과 CNR은 p<0.05로 유의한 차 이가 있었다<Table 6>.
Ⅳ.고 찰
인공방사선에 의한 환자의 피폭선량은 지속적으로 증가 하고 있으며 그에 따른 선량과 관련된 다양한 연구가 진행되 고 있다[3-5]. 특히 인터벤션에 이용하는 방사선 발생장치 의 경우 장시간 부하를 사용하기 때문에 방사선량은 인체 체 적에 대하여 면적으로 피폭된다. 방사선이 장기 전체에 면적 으로 피폭된다는 것은 각 장기의 조직가중치를 고려해야 한 다는 의미이다. 이 경우 방사선에 의한 유해도가 확률적 영 향의 평가에 따른 발병 위험도로까지 확대되어 이어질 수 있 음에도 불구하고 검사의 필요성을 기반으로 방사선 피폭의 정당성을 인정받고 있다[11,13,17]. 그러나 촬영조건을 감소 시키면 영상을 형성하는 pixel의 intensity가 같이 낮아지게 되면서 영상의 화질은 저하되기 때문에 술자는 선량을 줄임 과 동시에 영상의 화질도 고려해야한다는 이중적인 과제를 가지게 된다[10,18]. 보통 임상에서 영상의 화질을 유지하기 위해 환자의 두께를 고려하여 촬영조건을 증가시키는 것은 일반적이다. 기존의 연구들 역시 일반적으로 검사조건과 기 타사항 변화에 따른 영상화질의 평가를 제안한 연구들이 있 는데[10,11,14], 인터벤션의 경우에는 시술과 관련된 선량의 변화와[5,15,16], 장비의 정도관리 및 선량측정방법, 영상의 화질평가에 대한 권고사항을 제시한 경우에서 끝나는 것이 대부분이었다[5,8,11,12]. 이에 착안하여 본 연구에서는 방 사선에 의한 위험도를 최소화하고 동시에 최적화된 영상을 제시하는 것을 목적으로 하였다. 촬영조건을 변화시켜 나타 나는 면적선량의 반응성과 그에 따른 영상화질에 대한 정량 적인 비교분석을 기준으로 연구를 진행하였다.
관전류량의 증가에 따라 면적선량은 표준기준보다 50 mAs에서 약 6배 이상의 증가를 보였다. 이를 토대로 공간 분해능, 저 대조도 분해능, SNR, CNR을 분석한 결과는 관 전류량 증가에 비례하지 않고 오히려 감소되는 경향을 보였 다. 일반적으로 영상화질은 관전류량에 비례하여 증가하게 된다. 이때 중요한 것은 검출기가 방사선을 받아들이는 감 도와 동적범위이다[18]. 관전류량이 증가하게 되면 검출기 가 받아들이는 신호량 또한 비례하여 증가하게 되므로 영상 의 화질을 좋게 유지할 수 있지만, 검사조건이 과도하게 설 정되는 경우에는 광자량이 검출기가 받아들일 수 있는 범위 를 넘어서게 되어 잡음이 증가하게 되고 받아들이는 신호량 은 검출기의 동적범위 이상으로 증가하지 않게 되므로 영상 화질은 저하된다[18, 19]. 즉 피폭선량과 영상화질의 비교 분석을 통해 인터벤션에서 적정조건의 설정은 기존의 연구 와 마찬가지로 영상의 화질을 좋게 유지할 수 있었나 필요 이상으로 과잉노출이 되는 경우에는 관전류량에 비례하여 면적선량이 증가하게 되고 또한 검출기의 잡음이 증가하여 감도가 떨어지게 되며 동시에 영상화질도 함께 저하된다는 것을 알 수 있었다[18,19].
V.결 론
본 연구는 임상에서 주로 사용하는 자동노출이 아닌 수동 노출을 사용하였고 한 대의 장비로 실험을 했다는 제한점이 있다. 그럼에도 불구하고 인터벤션에서 조건증가에 따른 면 적선량을 기준으로 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 비교 분석하여 객관적인 정도를 제시하였고 무엇보다도 인터벤 션 영역에서 일반촬영분야의 화질평가항목인 SNR과 CNR 까지 영역을 확대하여 인터벤션의 영상화질 또한 검사조건 증가에 비례하지 않는다는 것을 객관적으로 수치로 입증했 다는 것은 큰 의의가 있다. 이를 통해 임상적용 시 객관적인 영상화질을 고려하여 적정한 검사조건을 설정해서 최적화 된 검사표준을 제시한다면 환자의 피폭선량을 감소에 기여 할 것이라고 여겨진다.
