Ⅰ. 서 론

흉부에는 폐(lung)와 심장(heart) 그리고 대동맥(aorta) 등과 같이 인간의 생명에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 장 기들이 있다. 늑골(rib)은 흉부에 가해지는 외부의 충격으로 부터 생명에 직접적인 영향을 줄 수 있는 장기들을 보호하 고 있다. 흉부 손상의 가장 흔한 형태는 몸의 가속과 충돌에 의한 감속으로 인한 손상으로 자동차 사고가 가장 흔한 예 이다[1]. 대부분의 흉부 손상은 70%가 외부충격에 의해 발 생된다. 늑골골절(rib fracture)은 흉부외상의 10~15%를 차지하고, 가장 흔한 손상이며, 사망률은 25%로 매우 높은 편이다[2,3]. 외부충격에 의한 늑골골절은 단독으로 발생 하기 보다는 다른 장기의 손상과 동반하는 경우가 많기 때 문에 손상의 중증을 나타내는 지표가 된다. 골절 빈도가 가 장 높은 위치는 4~9번 늑골이다. 1~2번 늑골골절은 대동 맥과 같은 큰 혈관에 손상을 초래할 수 있고, 10~12번 늑골 골절은 간(liver)과 비장(spleen)에 위험한 영향을 미칠 수 있다[4].

늑골 방사선검사(rib series; RS)는 흉부 외상 및 늑골골 절 의심 시 시행하는 기본적인 영상의학과적 검사이다. RS 는 환자통증 부위를 영상수용체(image receptor; IR)에 밀착 시킨 후 검사한다. 대부분의 검사방법 관련 서적에서는 환 자의 통증 호소 부위에 따라 상부와 하부 늑골로 구별하여 검사 할 것을 권고하고 있다[5-7]. 검사 자세는 흉부 전면 을 또는 후면을 밀착시키고 검사하는 자세와 사위(oblique) 로 검사하는 방법이 있고, X선관 초점과 영상수용체간 거리 (source to image receptor distance; SID)는 100 ㎝이다 [5,7]. 현재 이용되고 있는 검사 방법은 짧은 SID로 인해 흉 곽(thorax)전체가 포함되지 못하는 경우가 있다. 그로 인해 환자는 여러 번 방사선에 노출되어야 한다. 흉부외상에 의 한 늑골골절은 다발성으로 발생한다는 특성을 고려해 보았 을 때, 흉곽(thorax)전체를 한번의 방사선 조사로 검사하는 것이 환자의 피폭선량 감소와 의료영상 정보량 확대를 위해 유리한 선택이라 생각된다.

임상에서는 일반적으로 화질 평가 방법으로 신호 대 잡음 비(signal to noise, SNR)과 대조도 대 노이즈(contrast to noise ratio; CNR)를 이용하고 있다. 하지만 SNR과 CNR 은 서로 상호 반대성을 지니는 특성을 가지고 있어 한가지 가 옳다고 말할 수 없다. 또한 의료 영상은 참값 영상(true image)를 정확히 알 수 없기 때문에 참값을 추정하는 방식 으로 진행되어 왔다.

이에 본 연구에서는 RS 검사 시 SID 변화에 따른 환자선 량을 비교 분석하였고, 객관적이고 정량적인 기법을 통해 평가할 수 있는 방법을 새롭게 도입하였다. 공간영역에서의 비참조 영상 화질 평가 기법(no-reference image quality assessment in the spatial domain)을 적용하여 가상의 노 이즈를 첨가했을 때와, 그러하지 않는 경우의 영상을 비교 분석하여 그 유효성에 대해서 고찰하였고, 실제 임상데이터 에 적용하여 SID 100 cm와 180 cm 화질의 정량적 평가를 진행하였다. 이를 통해 RS 검사 시 적은 선량과 양질의 화 질을 제공할 수 있는 SID를 제시하고자 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 연구대상

본 연구는 흉부팬텀(76-083, Victoreen)을 대상으로 하 였다. XGO 80(Samsung electronics, Korea) X선 발생장 치를 사용하였으며, 선량 측정을 위해 Unfos Xi(RaySafe, Sweden)를 이용하였다.

2. 연구방법

자세는 IR에 팬텀의 전면을 밀착시킨 후전방향 자세 (postero-anterior position, PA)와 IR에 팬텀의 우측전면 이 밀착되도록 회전시킨 우전사방향 자세(right anteroposterior oblique position, RAO)로 진행하였다. 검사조 건은 SID는 100 ㎝와 180 ㎝로 변화시켰다. 검사 조건은 75 kVp, 200 mA, 100 ms(milli-seconds)로 고정시키고, SID 변화에 따른 피부표면선량과 화질이 차이를 비교 분석하 였다.

1) 선량 측정방법

본 연구에서는 입사표면선량(entrance surface dose; ESD)과 면적선량(dose area product; DAP)를 측정하였다.

ESD 측정을 위한 이온-챔버(ion-chamber)의 위치는 PA 의 경우 흉추(thoracic spine) 5번과 9번 사이에, RAO의 경 우 PA와 같은 높이에서 좌측 견갑골 내측연(medial border of scapular) 옆에 세로로 위치시켰다(Figure 1). DAP 측정 은 장비 자체에 설치되어 있는 DAP 측정기를 이용하였다. SID 100 ㎝와 180 ㎝에서 각각 30회 선량을 측정하였다. ESD 는 선량계에서 제시하는 값을, DAP는 장비에서 제시하는 값 을 연구자가 직접 기록하였다.

2) 화질 측정방법

본 연구에서는 임상 의료영상의 경우, 영상평가에 활용 되어야 하는 비교 가능한 참값 영상(참조영상, reference image)의 부재를 극복하기 위한 공간영역의 영상평가 기법인 비참조 영상 평가방법(Blind/Referenceless Image Spatial Quality Evaluator; BRISQUE)을 적용하여 영상점수(image quality score; IQS)를 평가하는 방법을 적용하였다. 이 방 법은 2012년 Mittal가 제안한 방법으로 통계기법 기반영상 평가 툴로, 기존에 널리 사용되는 웨이블릿, 이산코사인변 환 등의 특징기반 기법이 적용되지 않는 기법으로, 현재 널 리 활용되고 있는 peak signal to noise ratio(PSNR), 구조 유사성지표(structural similarity index)등의 결과보다 우 수한 성능을 나타내는 것으로 보고되었다[14,15]. 본 연구에 서 적용한 BRISQUE를 이용하여 평가하고자 하는 영상과, 노이즈를 인위적으로 첨가한 2가지 원본영상에서 변형된 그 룹 영상을 평가하였다. 노이즈를 첨가하는 첫번째 영상 집 단은 “Paper and salt noise”를 원본 영상의 분산 값의 0.02에 비율에 해당하는 크기로 노이즈를 부여하였으며, 두 번째 노이즈 첨가 영상 집단은 가우시안 필터(Gaussian filter)를 적용하여 2 시그마(sigma)크기의 노이즈를 첨가 하였다.

3) 자료분석 방법

자료 분석은 각 조건에서 측정된 ESD와 DAP 그리고 BRISQUE를 통해 측정된 값의 합을 평균으로 계산으로 분 석하였으며, 기술통계를 제시하였다. 자료의 정규성 검정은 Shapiro-Wilk test로 확인하였으며, 그 결과 귀무가설을 채택하였다. SID 180 ㎝와 100 ㎝에서 선량과 화질 차에 대 한 평균비교를 위해 독립표본 t검정(independent t-test) 을 시행했다.

통계프로그램은 SPSS(version 22.0, SPSS, Chicago, IL, USA)를 사용하였고, 통계적 유의수준 α는 0.05 (p-value 0.05) 이하를 통계적으로 유의한 것으로 설정하였다.

Ⅲ. 결 과

1. SID 변화에 따른 ESD의 평균 비교

RS PA에서 SID 180 ㎝와 100 ㎝에서 ESD의 평균값은 각 각 283.82±1.08 μ㏉와 1262.66±6.40 μ㏉이었다. RS RAO 의 경우 SID 180 ㎝에서 ESD의 평균값은 337.33±1.27 μ㏉ 이었으며, SID 100 ㎝의 평균 ESD는 1765.46±11.79 μ㏉로 나타났다.

SID 변화에 따른 각 자세 별(RS PA와 RS RAO) ESD 평 균값의 차이는 두 자세 모두 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(p<0.01), (Table 1).

2. SID 변화에 따른 DAP의 평균 비교

RS PA 180 ㎝의 평균 DAP값은 4.69±0.15 d㏉*㎠이었 고, 100 ㎝에서는 12.14±0.06 d㏉*㎠으로 나타났다. RS RAO자세에서 180 ㎝와 100 ㎝의 DAP 평균값은 4.84±0.01 d㏉*㎠와 12.57±0.08 d㏉*㎠이었다.

RS RA와 RAO 두 자세에서 SID 변화에 따른 DAP 평균 값의 차이는 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(p<0.01), (Table 2).

3. SID 변화에 따른 화질 평가

Original과 paper & salt, Gaussian filter를 적용한 PA 와 RAO 자세에서 SID 변화에 따른 화질평가 결과는 다음과 같다(Table 3), (Figure 2).

Original의 경우 PA 자세 영상에서 SID 180 ㎝와 100 ㎝ 의 평균 IQS는 22.23±0.07과 28.77±0.36으로 나타났으 며, RAO에서 평균 IQS는 SID 180 ㎝는 20.83±0.12, SID 100 ㎝는 28.14±0.29이었다. PA와 RAO 모두 SID 변화에 따른 IQS 차이는 모두 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.01).

Paper & salt를 적용한 영상에서 PA의 SID 180 ㎝와 100 ㎝ IQS 평균값은 58.24±0.03과 56.27±0.05이었으며, RAO에서는 55.47±0.11과 55.97±0.01로 나타났으며, PA 와 RAO에서 SID별 평균값의 차이는 통계적으로도 유의한 차이가 있었다(p<0.01).

Gaussian filter를 이용한 영상의 IQS 평균값은 PA의 경 우 SID 180 ㎝은 51.72±0.04, SID 100 ㎝는 52.08±0.04 이었고, RAO의 경우 SID 180 ㎝는 51.28±0.08, SID 100 ㎝는 51.16±0.04로 나타났다. PA와 RAO 모두 SID 변화에 따른 IQS의 차이는 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.01).

Ⅳ. 고 찰

늑골골절의 사망률은 11~17%로 보고되고 있다[10]. 늑골 골절로 인한 흉강 내 손상으로 기흉, 혈흉, 폐좌상 등이 생 길 수 있고, 늑골골절의 부위에 따라 큰 혈관의 파열 및 복 부장기 손상을 동반하는 경우가 있어 세심한 관찰이 필요하 다[11].

늑골골절 진단을 위한 영상의학과적 검사방법으로는 흉 부방사선검사(chest radiography; CRs), RS와 전산화단층 촬영(computed tomography; CT), 초음파(ultrasound; US) 등이 이용되고 있다. CRs와 비교했을 때 RS는 적은 X선 에 너지를 이용하여 rib의 적절한 대조도 영상을 보여줄 수 있 는 장점이 있다. CT는 RS에 비해 진단에 대한 민감도와 특 이도가 높다. 하지만 RS에 비해 피폭선량이 많고, 비용 및 시간에 대한 제약으로 인해 단순흉부타박상(minor blunt trauma of thorax) 진단을 위해서는 RS가 더 유용하게 이 용되고 있다[8]. US는 RS와 CT처럼 방사선 피폭 없이 진단 할 수 있으며, RS에 비해 진단적 민감도가 높은 진단 결과 를 제공할 수 있다는 몇몇 연구 결과가 있다. 하지만 검사자 의 능력에 따라 민감도의 차이가 매우 심하다[9]. 이러한 장 점으로 인해 현재 RS는 늑골골절 진단을 위한 기본적인 검 사로 이용되고 있다.

현대 영상의학은 빠른 속도로 필름과 증감지 방식(filmscreen system; F/S)에서 디지털영상 방식(digital radiography system; DR)으로 변화하고 있다. DR은 F/S에 비해 적은 선량 으로 관용도 및 대조도가 높은 영상을 구현할 수 있다. 또한 대부분의 DR 영상들은 영상의 확대와 축소 기능을 제공하고 있다. 그럼에도 불구하고 대부분의 임상에서는 F/S에서 이용 하던 검사법을 DR에서 동일하게 이용하고 있다.

본 연구에서 PA와 RAO 자세의 SID 100 ㎝와 180 ㎝에 서 각각 측정한 ESD와 DAP의 차이는 다음과 같이 나타났 다. ESD는 SID를 100 ㎝에서 180 ㎝로 변경하였을 때, PA position에서는 약 4.4배, RAO position에서는 5.2배의 ESD 감소 효과가 있었다. SID 100 ㎝에서 180 ㎝로 변경했 을 경우, DAP값의 변화는 PA와 RAO position 모두 약 3배 의 DAP 감소 효과가 있었다.

과거 화질 평가를 위해서 주로 사용되었던 방법은 SNR 혹 은 CNR 등을 간단히 사용하였다. 그러나 SNR과 CNR은 서 로 상호 반대성을 지니는 특성을 가지고 있듯이, 한가지 항 목이 반드시 옳은 영상의 질 평가를 나타낸다고 할 수 없는 단점을 가지고 있다. 특히 SNR의 경우에는 공간영역의 질 평가에 이상적인 평가 방법이 될 수 있지만, 이는 영상의 참 값 영상(true image)을 정확히 알고 있다는 가정이 존재한 다. 그러나, 임상 현장의 의료 영상의 경우, 영상의 참값을 구할 수 있는 방법이 존재하지 않기 때문에 참값을 그대로 사용하지 못하고, 추정하는 방법을 사용하여 왔다[12,13]. 이러한 방법은 유의미한 근사적인 값을 얻을 수 있으나, 추 정된 참값이 반드시 옳다는 가정이 전제가 된다.

본 연구에서는 SID 100 ㎝와 180 ㎝에서 얻은 RS 영상 의 화질 및 환자의 피폭선량 비교 분석을 통해, RS를 위한 최적의 SID를 구하고자 하였다. 비록, 숙련된 방사선사 및 의사의 경우에도 위의 영상에서 질적 평가를 통해 충분 히 구별할 수 있겠지만, 연구의 재현성 및 객관성 확보를 위해 정량적인 분석 방법인 비참조 영상 화질 평가 기법 (no-reference image quality assessment in the spatial domain)을 새롭게 적용하여 가상의 노이즈를 첨가했을 때 와, 그렇지 않았을 때 영상의 비교분석을 평가하였다. 두가 지 노이즈 첨가 시 결과와 비-첨가 시 결과에서 매우 큰 IQS점수차가 존재하였다. 이는 노이즈 비-첨가 시 SID 100 cm 와 180 cm에서 측정된 IQS점수 값의 2배를 넘기는 값의 차이를 나타내었다. 이는 실제 임상데이터에 적용에서 SID 100 cm 와 180 cm 화질의 정량적 평가치 차이는 큰 의미가 없음을 추론할 수 있다. 비록 SID 100 cm와 180 cm의 정량 적 영상평가값 사이에는 유의미한 점수차이가 존재하지만, 여기서 점수치는 100 cm 보다 180 cm가 더 좋은 영상으로 나타난다는 것으로 실제 임상에 적용 시 환자의 피폭선량이 적은 180 cm 촬영이 유리할 수 있다는 점을 시사한다.

본 연구에서는 실제 환자가 아닌 팬텀을 이용하여 영상을 측정했다는 한계점이 있다. 추후 실제 환자 영상을 이용한 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서는 PA 와 RAO position으로 RS 시행 시 SID 를 100 cm와 180 cm로 변화 시켰을 때 환자가 받는 방사선 선량과 영상의 화질평가를 정량적으로 비교하였다. 본 연구 의 결과 SID를 100 ㎝에서 180 ㎝로 변경했을 경우 환자가 받는 표면선량은 4~5배 감소하였고, 면적선량은 3배 정도 감소하는 효과를 확인할 수 있었다. 또한 영상 화질 평가에 서는 노이즈 첨가 후 평가되는 정량적 평가 점수와의 비교 를 통해서 SID 180 cm가 화질의 큰 차이가 없거나 더 좋은 평가 점수를 획득함과 동시에, 피폭선량 또한 적게 할 수 있 는 방법임을 확인할 수 있었다. 이는 현재의 디지털 방사선 검출기에 적용하던 전통적인 아날로그 방식의 무비판적인 임상 적용에 있어서, 추가적인 연구와 실험을 통해서 디지 털 검출기에 최적화된 새로운 촬영 기법의 개발이 필요함을 확인할 수 있다.