Ⅰ. 서 론

현대 의학에서 영상의학검사는 질병의 진단과 치료에 중 심적인 역할을 수행하고 있다[1-3]. 그 중 인터벤션은 IVR (Interventional Radiography) 장비의 도입 이래로 실시간 으로 영상을 획득할 수 있다는 장점을 통해 수술을 대체하 는 하나의 대안으로 각광받고 있다[2,3]. 다만 영상의학을 통해 이루어지는 대부분의 검사는 전자를 가속시켜 발생하 는 X선을 이용하기 때문에 피폭선량이 문제가 된다[4-6]. 인터벤션은 장시간 정격으로 연속부하를 허용하고, 실시간 으로 영상을 확인하는 특징을 가지기 때문에 방사선 피폭은 더욱 중요하게 논의되어진다[7,8]. 그에 따라 인터벤션 방 사선 시술 시 발생하는 피폭선량과 관련된 다양한 연구를 진행하고 있으며[7,9], 또한 국제적으로 피폭선량을 줄이기 위한 다양한 권고안이 발표되고 있다[10,11]. 그 중 인터벤 션은 국제적으로 방사선 방호의 관점에서 확률적 영향을 최 소화하는 데에 권고안의 초점이 맞춰지고 있다[5,6,10]. 인 터벤션은 일정 범위의 인체에 흡수된 선량의 총합을 나타내 는 지표인 면적선량(Dose Area Product; DAP)으로 선량을 평가하고 있는데, 면적선량은 확률적 영향의 평가와 관련된 방사선 방호의 지표이기 때문이다[5,6,10,11]. 확률적 영향 에 기인하여, 비교적 낮은 선량임에도 불구하고 병이 발생 할 위험이 있기 때문에[5,6], 인터벤션의 방사선량을 조절 하는 것은 중요하다고 할 수 있다[10].

무조건적인 선량 감소는 영상화질의 질적인 저하를 가져 온다. 영상화질은 보통 방사선 검사조건과 비례하여 좋아지 기 때문에 무조건적으로 선량을 감소시키는 것은 무리이다 [11-13]. 인터벤션 방사선 시술에 있어서 영상화질의 저하 는 정확한 진단과 치료를 방해하는 요소로 작용하기 때문 에 술자는 방사선량과 영상화질을 최적으로 관리해야할 필 요가 있다[10,12]. 최근에 도입된 디지털 방사선(Digital Radiography; DR) 시스템은 자동노출제어장치(Automatic Exposure Controller; AEC)를 이용하여 방사선량과 영상 화질을 최적으로 조절 가능하며[14-16], 인터벤션 또한 DR 시스템 방식인 경우에는 대부분의 검사가 AEC를 통하여 방 사선량과 영상화질을 조절하고 있다[14,17]. 다만 AEC를 사용한다 하더라도 방사선량과 영상화질을 모두 적절하게 보장한다고 보기는 어렵다. AEC는 두께에 따라서 관전류량 을 조절하는 방식을 통해 선량을 조절하는데[14-16], 두께 가 두꺼울수록 많은 관전류량을 발생시키기 때문이다. 그러 므로 인터벤션 환경에서 관전류량이 증가한다는 것은 면적 선량의 증가를 의미하며 이는 보다 많은 방사선량이 발생된 다는 의미이다[12,17].

특히 인터벤션 시술 같은 경우에는 시술종류, 사용된 도 구, 조영제, 개인특성, 두께 등 다양한 변수에 의해 피폭선 량의 변화가 발생하기 때문에 이러한 변수들을 고려해줄 필 요가 있으며[10-12,17], AEC를 사용하는 경우에는 두께에 비례하여 관전류량이 증가하므로 적어도 두께에 대해서는 선량을 제대로 조절할 수 없다는 것을 의미한다. 그렇다고 수동노출을 사용하는 경우에는 AEC와 비교했을 때 어느 정 도의 선량감소효과를 얻을 수는 있어도 매번 흡수선량과 촬 영조건을 전부 고려하여 조건을 설정해서 임상에 적용할 수 없을 뿐만 아니라 제대로 된 검사조건을 설정하지 못하게 되면 영상화질을 보장할 수 없는 경우에 직면하게 된다 [10,12,16]. 기존의 연구들은 면적선량과 영상화질의 관계 를 비교분석하여 선량을 저감화 할 수 있는 방안을 제안하 거나[12,17], 대부분 수동노출과 AEC를 사용하여 선량과 영 상화질을 분석해 최적의 검사조건을 얻으려는 연구로 국한 되었고[12,15-17], 이는 다양한 개인차 중 두께를 고려하여 영상화질과 선량을 평가한 경우는 없었다는 것을 의미한다 [12-18]. 이에 착안하여 본 연구는 동일한 환경에서 AEC와 수동노출을 사용하여 두께 변화에 따른 면적선량과 영상화 질을 비교분석하고, 각 두께 별로 최적의 검사조건을 설정 하여 피폭선량을 줄이기 위한 기반을 마련하고자 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 조사대상 및 실험기기

실험은 2018년 1월 13일부터 23일까지 10 차례에 걸쳐 진 행하였다. 방사선 발생장치는 A병원에서 사용 중인 Philips 사의 ALLURA XPER FD 20/10 Biplane으로 평판형 검출 기(Flat Panel Detector; FPD) 형태이다. 팬텀은 인터벤션 의 정도관리와 영상화질평가에 이용하는 NEMA Standard XR-21 Phantom (National Electric Manufacturers Association, USA)을 사용하였다. 실험은 전후방향으로 위 치한 성인을 기준으로 하였으며 환자 두께에 따른 영상화질 과 면적선량을 비교분석하기 위하여 각각의 번호를 가진 2.5 cm 두께의 슬라이스를 NEMA Phantom의 메뉴얼에 따 라 마른 성인, 보통 성인, 비만 성인으로 조합시켜 실험하였 다. 마른 성인은 위에서 아래로 슬라이스 번호를 4-2-1-3, 보통 성인은 5-5-4-2-1-3-5-6, 비만 성인은 7-7-5- 5-4-1-2-3-5-6-7-7로 조합하였고 검출기에 대각선 방 향으로 배치시켰다. 이때 장비의 오른쪽 전방 사방향(Right Anterior Oblique; RAO), 왼쪽 전방 사방향(Left Anterior Oblique; LAO), 머리쪽 방향(Cranial; CRA), 다리쪽 방향 (Caudal; CAU)은 0∘이었다[Fig. 1].

2. 실험방법

1) 두께 별 면적선량 측정

실험은 모두 Spot 촬영을 기준으로 하였다. 방사선량은 방사선 발생장치에 내장된 면적선량계를 통해 측정하였고, AEC를 이용하여 각각의 두께에 따른 면적선량을 30번씩 측 정하여 얻은 평균과 표준편차로 구하였다. 그 후 AEC에서 발생한 관전류량과 동일한 관전류량을 수동노출에 적용하 여 각 두께 별로 30번씩 측정한 면적선량의 평균과 표준편 차를 측정하였다. 그 외의 검사조건은 관전압은 80 kVp, Field Size는 48 × 48 cm, SID (Source Image Distance) 는 100 cm 으로 고정하였다<Table 1>.

2) 두께 별 공간 분해능과 저 대조도 분해능 측정

AEC와 수동노출을 이용하여 두께 별 영상화질을 평가하 였다. 영상화질평가에 이용한 영상은 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일이며, NEMA Phantom의 1번 슬라이스에 내장되어있는 해상력 차트를 통해 영상의 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 평 가하였다. 공간 분해능과 저 대조도 분해능은 순간촬영을 기준으로 판독용 모니터로 120 cm 거리에서 3인 이상이 관 찰하여 평가하였으며, 면적선량과 마찬가지로 30번씩 검사 한 후 산출된 평균과 표준편차로 평가하였다.

3) 두께 별 신호 대 잡음비와 대조도 대 잡음비 측정

AEC와 수동노출을 이용하여 두께 별로 30회씩 얻은 영 상에 대한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)와 대조도 대 잡음비(Contras to Noise Ratio; CNR)를 평가 하였다. 저 대조도 분해능의 신호 대 잡음비와 대조도 대 잡음비를 평가하기 위해 직사각형의 관심영역(Region of Interest; ROI)을 25, 100 mg/cc는 0.7 × 0.6 ㎠ 로 50, 200 mg/cc는 0.6 × 0.7 ㎠ 으로 각각 설정하였으며, 백그 라운드 표준편차는 우측 아래에 지정하였다. 식 (1)과 식 (2) 를 통하여 화질을 평가하였고, pixel size는 264 μm, 25와 100 mg/cc의 pixel number는 26 × 23, 50과 200 mg/cc 의 pixel number는 23 × 26이었다[Fig. 2].

또한 AEC와 수동노출을 이용하여 얻은 신호 대 잡음비와 대조도 대 잡음비는 SPSS 18.0 (Statistical Package for the Social Science, USA) 통계 프로그램으로 paired t-test를 시행하였고 p<0.05로 통계적 유의성을 분석하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 두께 별 면적선량의 평가

관전압을 80 kVp로 고정한 후 장비에 내장된 면적선량계로 두께에 따른 면적선량을 30번씩 얻은 결과, AEC는 마른 성인일 때 4 mAs의 관전류량을 나타냈으며, 면적선량의 평균(표준편 차)은 478(±3.7) mGycm²이었다. 보통 성인은 40 mAs에 4,160(±45) mGycm², 비만 성인은 80 mAs에 7,486(±287) mGycm²이었다.

동일한 관전압과 관전류량으로 고정한 후 수동노출을 이 용하여 면적선량을 얻은 결과, 마른 성인은 4 mAs일 때 면 적선량의 평균(표준편차)은 215(±2.5) mGycm²이었다. 보 통 성인은 40 mAs일 때 2,148(±55) mGycm², 비만 성인은 80 mAs일 때 6,783(±73) mGycm2이었다<Table 2>.

2. 두께 별 공간 분해능과 저 대조도 분해능 평가

두께에 따른 공간 분해능과 저 대조도 분해능의 화질을 평가 한 결과, AEC는 마른 성인일 때, 공간 분해능과 저 대조도 분해능의 평균(표준편차)은 1.6(±0.01) lp/mm, 97.8(±21.8) mg/cc이었다. 보통 성인은 1.70(±0.02) lp/mm, 100(±14.4) mg/cc, 비만 성인은 1.72(±0.02) lp/mm, 85(±5.59) mg/cc 이었다.

수동노출은 마른 성인일 때, 공간 분해능과 저 대조도 분해능 의 평균(표준편차)은 1.7(±0.01) lp/mm, 97.8(±9.99) mg/cc 이었다. 보통 성인은 1.71(±0.02) lp/mm, 127.5(±24.2) mg/cc, 비만 성인은 0.8(±0.01) lp/mm, 192.9(±66.1) mg/cc 로 나타났다<Table 3>, [Fig. 3].

3. 두께 별 신호 대 잡음비와 대조도 대 잡음비의 평가

AEC와 수동노출을 이용하여 두께 별로 30회 측정한 SNR과 CNR의 평균(표준편차)은 AEC의 경우, 마른 성인은 25, 50, 100, 200 mg/cc가 각각 25.44(±3.31)과 22.16(±4.01), 25.41(±2.03)과 23.17(±1.83), 26.97(±3.54)와 25.26(±2.01), 24.58(±3.27)과 24.44(±4.19)이었다. 보통 성인은 75.41 (±4.41)과 71.31(±3.94), 73.29(±2.61)과 73.47(±3.09), 76.77 (±2.84)와 73.38(±4.93), 73.38(±3.33)과 74.34(±4.06), 비만 성인은 78.33(±5.09)와 79.87(±3.06), 77.73(±4.43)과 76.97(±4.41), 79.95(±3.05)와 76.78(±3.51), 80.01(±5.53) 과 77.13(±1.49)이었다.

수동노출의 마른 성인은 30.03(±2.08)과 29.91(±1.87), 33.31(±3.65)와 30.09(±4.31), 31.44(±4.06)과 32.09(±2.98), 29.87(±3.42)와 29.81(±4.01)이었다. 보통 성인은 80.37(±4.12) 와 83.22(±3.08), 81.18(±3.22)와 82.29(±4.09), 80.11(±3.28) 과 82.29(±3.86), 79.38(±3.33)과 82.01(±4.21), 비만 성인은 53.78(±5.54)와 50.09(±3.48), 55.42(±4.41)과 51.23(±3.09), 51.11(±2.97)과 53.21(±3.09), 49.89(±4.59)와 52.19(±4.09) 이었다. 또한 각 항목의 SNR과 CNR은 수동노출의 비만 성인을 제외하고 p<0.05로 유의한 차이가 있었다<Table 4>.

Ⅳ. 고 찰

방사선 피폭에 대한 관심은 점차 증가하는 추세이며, 국제적 으로 방사선 피폭을 줄이기 위한 다각적인 노력을 보이고 있다 [10,11]. 국제방사선방어위원회(International Commission on Radiological Protection; ICRP)에서는 2000년에 ICRP Report 85를 출판하면서 인터벤션의 선량 저감화 방안을 권고 하고 있으며[10], 최근 2017년에는 ICRP Report 135를 출판함 으로써 무분별한 방사선 피폭을 줄이기 위한 노력의 일환으로 의료방사선의 진단참조준위(Diagnostic Reference Level; DRL)를 발표한 바 있다[11]. 특히 ICRP Report 135는 상대 적으로 많은 선량으로 검사가 이루어지는 전산화단층촬영 (Computed Tomography; CT)와 인터벤션의 진단참조준위에 대하여 중요하게 명시했다는 점이다[11]. 그만큼 의료방사선에 의해 발생하는 피폭은 중요하게 인식되고 있다[10,11].

의료방사선에서 발생하는 방사선량을 조절하기 위해서 는 검사조건이나 방법을 변화시켜야 하는데, 이러한 방법 을 적용하면 필연적으로 영상화질이 함께 변화하게 된다 [12,16]. 그렇기 때문에 방사선량과 영상화질을 최적으로 유지하기 위한 일환으로 X선의 조사와 직접적으로 관련된 연구와 최종적으로 영상을 받아내는 검출기에 관련된 연구 를 진행하고 있다[16,19,20]. X선 조사는 관전압과 관전류 와 같은 특성에 관한 연구[21,22], 검출부는 검출기 양자 효 율(Detective Quantum Efficiency; DQE), AEC 등과 관련 된 연구가 활발하게 진행되고 있다[16,19,20]. 인터벤션 또 한 방사선 발생장치를 이용하기 때문에 X선 조사와 검출기 와 관련된 연구를 통하여 방사선량과 영상화질을 유지하려 는 연구가 이루어지고 있다[10,12].

다만 이를 통해 선량과 영상화질을 조절한다 하더라도 인 터벤션의 경우 선량이 인체에 면적으로 흡수되고 또한 검사 소요시간, 사용된 도구, 조영제, 두께 등의 여러 가지 변수 에 의해 방사선량의 변화가 발생하기 때문에[10,16,17], 다 른 검사에 비해 선량을 조절할 때 각별한 주의가 필요하다 [6,7,10]. 특히 현재 임상에서 자주 사용하는 방식인 AEC 같 은 경우에는 두께에 따라 선량과 영상화질을 조절하는 방식 이기 때문에 두께가 두꺼우면 많은 선량이 발생하게 되며 [14-16], 그렇다고 수동노출을 사용하는 경우에는 선량을 감소시킴에 따라 영상화질 또한 함께 감소할 우려가 있기 때 문에 두께에 따른 선량과 영상화질을 보장할 수 없게 된다 [12]. 따라서 본 연구는 인터벤션 환경에서 영상화질을 유지 하면서도 두께에 따른 면적선량을 최소한으로 조절하는 것 이 중요하다는 점에 착안하여 AEC와 수동노출을 사용해서 두께 별 면적선량과 영상화질을 비교분석하고 선량감소와 최적의 영상화질을 얻을 수 있는 방법을 마련하고자 하였다.

AEC와 수동노출을 사용하여 마른 성인, 보통 성인, 비만 성인의 면적선량을 얻은 결과, 면적선량은 노출방식 모두 두께에 비례하여 증가하였다. 이는 AEC의 특성 상 두께가 두꺼울수록 관전류량을 증가시켜 영상화질을 조절하기 때 문에 나타난 결과이며[14-16], 수동노출 또한 두께가 두꺼 울수록 관전류량을 증가시켜준 결과이다[10,12]. 다만 AEC 를 사용하여 검사했을 때는 수동노출을 사용하여 검사했을 때 보다 모든 두께에서 면적선량이 2배가량 높게 나타났다. 이는 AEC를 사용하면 검출기의 감도가 설정되어서 검출기 가 방사선량을 보다 민감하게 인식하기 때문이다[15,16]. 즉 면적선량은 모든 두께에서 AEC보다 수동노출을 사용 시 감 소시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.

이를 토대로 영상화질을 평가한 결과는 다양한 양상을 보 였다. NEMA Phantom 사용 시 방사선 발생장치의 공간 분 해능 합격기준은 평판형 검출기에 Field size가 45 cm 이상 일 때 0.8 lp/mm 이상, 저 대조도 분해능은 최소 200 mg/cc인데[23,24], AEC와 수동노출을 이용하여 검사한 두 께 별 공간 분해능과 저 대조도 분해능은 모두 합격기준 안 에 들었다. 특히 AEC 같은 경우에는 모든 두께에서 합격기 준 이상의 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 보였으며 각 두께 별로 비교했을 때에도 공간 분해능과 저 대조도 분해 능의 수치 차이가 크게 나지 않아 안정된 영상화질을 얻을 수 있었다. 이는 AEC의 특성 상 선량과 영상화질을 비례성 을 안정적으로 유지하기 때문에 나타난 결과이다[14-16]. 다만 수동노출 같은 경우에는 마른 성인과 보통 성인은 합 격기준 이상의 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 보였으나 비만 성인은 비교적 얇은 두께들과 비교했을 때 상대적으로 많은 잡음이 관찰됨에 따라 공간 분해능과 저 대조도 분해 능의 저하를 나타냈다. 특히 AEC의 비만 성인과 비교했을 때 공간 분해능과 저 대조도 분해능이 약 2배 이상 낮게 관 찰되었다. 마찬가지로 AEC 사용 시 두께 별 SNR과 CNR은 모두 검사조건이 높게 설정될수록 검출기에서 받는 방사선 량이 증가함에 따라 높게 나타났다[19]. 다만 비만 성인은 필요 이상으로 방사선이 과잉 노출된 경우에는 잡음 또한 함께 증가하기 때문에 선량과 영상화질의 증가비율이 선형 성을 잃는 전형적인 특징을 보였다[12,19]. 즉 마른 성인과 보통 성인에서 SNR과 CNR이 크게 증가한 점과 비교했을 때 비만 성인은 영상화질의 증가폭이 크지 않음을 알 수 있 었다[12,19]. 이러한 특성은 수동노출을 사용했을 때 더욱 두드러지게 나타났다. 특히 수동노출의 마른 성인과 보통 성인은 AEC와 마찬가지로 방사선량에 비례하여 SNR과 CNR이 크게 증가하였으나, 비만 성인 같은 경우에는 잡음 이 크게 증가함에 따라 오히려 SNR과 CNR은 감소함을 알 수 있었다[19]. 통계적으로도 수동노출의 paired t-test의 p>0.05인 것을 감안한다면, 수동노출을 이용하여 비만 성 인을 검사한 결과는 필요 이상으로 방사선이 과잉 노출 됐 다는 것을 의미한다.

V. 결 론

본 연구는 다양한 인터벤션 장비를 대상으로 실험하지 못 한 제한점을 가진다. 그럼에도 불구하고 AEC와 수동노출을 사용하여 두께 변화에 따른 면적선량과 영상화질을 비교분 석하고 선량감소와 최적의 영상화질을 얻을 수 있는 방법을 마련하고자 하였다. 두꺼운 두께에서는 수동노출 사용 시 같은 조건이라 할지라도 영상화질이 저하되기 때문에 AEC 를 사용하는 것을 권장한다. 임상에서 검사 시 비교적 얇은 두께에서는 AEC와 수동노출을 사용하여 적정의 영상화질 을 유지해야하며, 또한 방사선량을 감소시킬 목적이라면 수 동노출을 사용하여 검사하는 것이 방법이 될 수 있다.