Ⅰ. 서 론

두부 CT(Computed tomography)검사의 경우 검사 건수 가 가장 많으며 이로 인해 피폭선량 또한 가장 많이 증가하 는 추세이다. 이는 얇은 단면두께의 적용과 다중 위상 검사 (multi phase study)로 인해 진단용 방사선을 이용한 다른 검사 방법과 비교하였을 때 환자가 받는 피폭 방사선량이 상대적으로 높다. 특히, 두부 CT검사에서 환자가 받는 선량 은 흉부 방사선검사보다 10배 이상으로 측정된다고 보고되 고 있다[1]. ALARA(As Low As Reasonably Achievable) 원칙에 따라 환자와 검사자에 대한 방사선방어가 반드시 이 루어져야 한다. 의료방사선에 의한 피폭은 인위적인 방사선 피폭 중 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 이에 따라 방사선 에 의한 환자의 피폭감소를 위한 연구는 지속적으로 필요하 다[2]. 방사선 피폭감소를 위해서 CT검사의 프로토콜 조합 에 대한 연구는 중요하다. 국내 관련 연구 중 프로토콜 조절 에 대한 선속경화현상과 관전류 변조기법에 따른 선량과 화 질을 최저 관전압에 의한 화질개선 등의 연구가 많이 이루 어지고 있다[3-5]. 그럼에도 불구하고 두부 CT검사 사용에 서 적절한 파라메타의 장·단점에 대한 결과와 장기선량에 대한 연구는 매우 부족하다. 이에 파라메타에 따른 화질 및 선량의 변화와 최적의 파라메타 제시 및 그에 따른 장기선 량의 변화를 알아볼 필요가 있다고 본다. 또한 환자차폐 적 용부분에 활용할 수 있을 것으로 생각된다. 최적의 프로토 콜을 위해서는 적절한 화질을 유지하면서 방사선 피폭을 최 소화하는 것으로 최소의 선량은 환자에게 유리하나 화질저 하로 판독에 영향을 미치기도 하지만 많은 선량사용에 따른 화질증가에 의해 판독에는 유리하나 환자에게는 과다피폭 을 유발한다.

따라서 본 연구에서는 다양한 프로토콜에 의한 화질과 선 량의 변화와 선량과 화질의 최적상태가 되는 프로토콜이 무 엇인지를 알아보고자 하였으며 또한 각 장기의 유효선량이 어떻게 변화하는지를 알아보고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 연구대상

실험장비는 Dual–source CT (SOMATOM Force, SIEMENS Healthcare, Germany)를 사용하였으며, Water phantom calibration(AAPM CT performance, USA)을 이용하여 얻은 영상은 Fig. 1에 나타내었다. 획득된 영상은 PACS (Picture Archiving Communication System, DEIT Version 14.3.27; KOR)를 이용하여 영상 상태를 확인하였 다. 각 프로토콜에 대한 영상은 디지털 의료 영상 전송 장치 (Digital imaging and communication in medicine, DICOM) 파일을 이용하여 획득하였으며 선량은 CT장비 선 량보고서(Dose report)에서 제시되는 선량지표인 CTDIvol (Computed tomography dose index volume)값과 DLP (Dose length product)값을 이용하여 기록하였다.

2. 연구방법

1) 프로토콜에 따른 화질과 선량의 계측

관전압은 80 kVp에서 140 kVp까지 20 kVp씩 증가하고 관전류량 250 mAs로 고정, 슬라이스 두께(Slice thickness) 5 mm로 하였다. 이때 각 관전압에 대해 피치(Pitch)값은 0.5, 1.0, 1.5로 변화를 주어 영상을 획득하였으며 또한 슬 라이스 두께를 10 mm로 변화하여 다시 한번 동일한 프로토 콜로 실험하였다[Table 1]. 노이즈 측정을 위해서는 40x40 픽셀 크기의 관심영역(Field of View; FOV)을 설정하여 좌, 우, 상, 하의 4방향에 대해서 반복 측정하여 계측하였다 [Fig. 1]. 각 프로토콜에 따른 선량은 CT장치에서 제공되는 선량보고서를 인용하여 계산하였다.

2) 유효선량의 계산

유효선량 계산을 위해서는 ALARA(S/W)를 사용하였다 [6]. 해당 S/W는 CT검사로 인한 성별에 대한 환자의 피폭 선량(CTDIvol, DLP, 장기선량, 유효선량)을 계산할 수 있 는 프로그램이다[Fig. 2]. 제조사별 CT 모델에 대해서 전 산모사가 되어있어 다양한 노출조건에 따른 유효선량 값을 얻을 수 있다. 본 실험에서는 유효선량 계산 시 국제방사선 방어위원회(International commission on radiological protection, ICRP) 103을 적용하였다. 해당 프로그램은 다 양한 모의실험이 가능하고 유효선량을 자동으로 계산할 수 있어 각 프로토콜에 대한 장비간의 비교 분석이 가능하고 의료피폭 정당성과 CT검사를 최적화하는 연구에 많이 이용 되고 있다.

Ⅲ. 결 과

1. 화질과 선량의 변화

두 그룹 간 슬라이스 두께 5 mm(실험군 1)와 10 mm(실 험군 2) 사용에 의한 실험군 1(1-12번)에서 관전압이 증가 함에 따라서 노이즈가 감소하였고, 피치변화에 따른 변화는 적었다. ROI 위치별 노이즈값 비교 시 저관전압(80 kVp)에 서 노이즈편차가 크게 나타났고, ROI 4값이 가장 크게 나타 났다[Fig. 3]. 실험군 2(13-24번)에서 노이즈 특성은 실험 군 1의 결과와 동일하였으나 전체 노이즈가 28% 감소한 결 과로 나타났다.

화질과 선량의 1대 1의 완벽한 균형을 100%로 성능지수 (figure of merits, FOM)를 제시한다[Table 2]. 노이즈값 과 DLP값의 스케일이 다르기 때문에 정규화(normalise)해 서 스케일을 맞추었다. 본 연구에서는 제안하는 FOM식에 따라 결과를 산출하였고 값이 최대가 될 때 화질과 선량의 비가 완벽함을 제시한다.

그 결과 실험 21에서(120 kVp, 10 mm, 1.5 pitch: 1위) FOM(99.89%)이 가장 좋았다. 실험 21(FOM 1위) 사용에서 선량이 최소인 실험 1(80 kVp, 5 mm, 0.5 pitch: 24위)에 비해 226 mGy의 선량이 증가하였으나, 노이즈는 7.09(39%) 감소하였다. 선량이 최대인 실험 24와 비교하면 121 mGy (30%)의 선량 감소가 있었다. 또한 FOM이 50%이하로 나타 난 실험 1, 2, 3, 13, 14는 화질과 선량 비가 매우 불균형한 것으로 나타났으며, 실험 1-24번 중에서 실험 1이 가장 나 쁘게 나타났다. 따라서 80 kVp 사용에서 대체적으로 불균 형이 커지는 것을 알 수 있었다. 실험 1(FOM 24위)의 경우 선량이 63.4 mGy로 가장 최소로 나타났으나 노이즈가 매우 심하여 진단에 불편함을 줄 수 있다. 하지만 피폭수준 만을 고려하여 사용한다면 선택될 수도 있을 것이다.

2. ALARA(S/W)를 이용한 유효선량의 계산

노출조건으로 두부 CT검사 부위에 대해서 전산모사를 하 고 인체장기의 유효선량을 계산하였다.

실험 21의 두부 CT검사를 할 때 뇌, 침샘, 피부, 뼈표면 구강점막이 1 mGy이상 높게 나타났다[Fig. 4]. 또한 방사 선감수성이 주로 높은 장기 중에서 갑상선, 유방, 적색골수 에 대해서도 피폭이 있는 것으로 나타났다. 또한 임상에서 주로 사용 사용되는 CT장치 3종의 의료장비에 대해서 인체 장기 유효선량에 대한 비교분석한 결과로는 뇌가 받는 유 효선량은 lightspeed vct(33.61 mGy), lightspeed 16 (28.01 mGy), Definition AS(15.21 mGy)순으로 나타났으 며, 갑상선이 받는 유효선량은 lightspeed vct(0.78 mGy), lightspeed 16(0.66 mGy), Definition AS(0.41 mGy)순으 로 나타났고 유방이 받는 유효선량은 lightspeed vct(0.05 mGy), lightspeed 16(0.04 mGy), Definition AS(0.04 mGy)순으로 나타났다.

다음 실험 1의 경우 화질은 매우 좋지 않지만 피폭선량이 최소가 되는 파라메타이다[Fig. 5]. 하지만 3종의 의료장비 사용결과에 대한 주요 인체장기의 유효선량에 대한 비교분 석한 결과로는 뇌가 받는 유효선량은 lightspeed vct(23.26 mGy), lightspeed 16(19.71 mGy), Definition AS(13.57 mGy)순으로 나타났으며 갑상선이 받는 유효선량은 lightspeed vct(0.54 mGy), lightspeed 16(0.46 mGy), Definition AS(0.37 mGy)순으로 나타났고 유방이 받는 유효선량은 3 종이 모두 0.3 mGy로 나타났다.

Ⅳ. 고 찰

일반적으로 CT 선량지표로 환자선량을 측정할 경우 국소 적 평균 선량(average local dose)지표를 나타내는 용적 CT 선량지수(computed tomography dose index volume; CTDIvol)와 스캔된 총 선량(total scan dose)을 나타내는 선 량길이곱(dose length product; DLP)을 적용하고 있다 [7,8]. CTDIvol은 일정하게 설정된 횡단면 당 노출된 선량 측정값인 반면 DLP는 모든 횡단면 영상에 대한 총 피폭선 량을 측정한 값이다[9]. 이러한 내용들은 의료 방사선검사 에서 피폭 방사선량을 저감화시키는데 매우 중요한 지표가 될 수 있다. 미국 방사선방호측정심위회(National Council on Radiation Protection; NCRP)의 보고에 의하면 2006 년 1인당 유효선량이 6.2 mSv로 나타났고, 그 중 약 절반인 3.0 mSv가 의료적 목적의 피폭이었다고 한다. 이러한 피폭 의 저감을 위해 방사선량과 관련이 있는 중요한 CT 파라메 타는 관전압(kVp), 관전류(mA), 피치(pitch) 등이 있다. 관 전류는 방사선 피폭과 직접 비례하므로 관전류를 감소시키 는 것이 가장 쉽고 정확한 방법이다. 하지만 잡음이 증가하 는 단점이 있다. 따라서 판독에 지장이 없는 한도에서 낮은 mAs를 사용해야 한다. 관전압은 방사선 피폭과 비례하지만 정비례하지 않으며, 노이즈와 대조도에도 영향을 미치기 때 문에 영상 질에 미치는 영향이 관전류보다 복잡하다. 국내 에서는 진단참고수준(diagnostic reference level; DRL)을 제시하여 진단 혹은 중재적방사선검사에서 선량 관리를 요 구하고 있다. 두부 CT검사에서 진단참고수준은 CTDIvol 60 mGy, DLP 60 mGy·cm 이하로 권고하고 있다[10]. 본 실험에서는 모든 프로토콜의 CTDIvol이 진단참고수준을 만 족하였다. 그러나 현재의 의료 환경에서는 진단참고수준의 권고사항을 만족하더라도 피폭을 최소화 할 수 있는 상황에 서는 최대한 노력하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 따라 서 진단 목적의 CT검사가 인위적인 전리방사선에 의한 인 류의 피폭에 주된 기여를 하고 있다는 보고가 다양하게 발 표되고 있는 현실에 이러한 연구들은 CT검사로 인해 환자 들이 받는 방사선량과 리스크에 대한 관심을 증가시켰다고 할 수 있다[11-14].

본 연구에서는 두부 CT검사에서 최적의 프로토콜을 찾고 자 노이즈와 선량을 측정하였으며 정규화된 DLP를 적용한 FOM을 제시하여 계산식에 따라 결과를 산출하였고 값이 최 대가 될 때 화질과 선량의 비가 완벽하다고 판단하였다. 따 라서 FOM을 계산해서 프로토콜별로 순위를 평가하였다. FOM은 화질과 선량의 균형을 고려해서 식에 적용한 것으로 최적상태의 조건은 화질과 선량이 거의 50%씩 기여하고, 가 장 나쁜 조건은 화질만 극단적으로 좋거나 선량만 극단적으 로 낮은 경우이다. 특수한 경우 환자 진료 시 화질 또는 선 량 한 가지만을 고려할 경우가 있으나 대부분의 검사에서 화질과 선량의 균형을 유지하면서 목표로 검사하는 경우가 많다. 따라서 CT검사를 시행함에 있어서 영상 의학적으로 얻는 이득과 방사선 피폭에 기인된 선량학적 손해가 적절하 게 균형을 이루어야 할 필요성이 있다[15]. 이때 프로토콜을 어떻게 조정해야 할지 매우 어렵고, 경우에 따라서는 파라 메타 값의 변화에 화질과 선량이 어느 정도 이익과 손해를 주는지 임상전문가에게 제공하는 자료는 매우 필요하다고 생각한다. 그러므로 향후 연구에서는 소아를 대상으로 동일 한 연구를 하고자 한다. 환자가 어릴수록 방사선에 의한 위 험이 크며 소아는 성인보다 체격이 작아 성인과 같은 촬영 조건으로 검사를 시행할 경우 장기선량이 더 높고 피폭에 의한 위험이 어른보다 높기 때문이다[16]. 본 연구의 제한점 으로는 슬라이스 두께, 관전압, 피치 등 더 세분화하여 연구 를 진행하지 못한 것으로 판단되며 향후 더 많은 파라메타 를 사용하여 연구를 진행 한다면 최적의 프로토콜을 찾는데 도움이 될 것으로 사료된다.

Ⅴ. 결 론

결론적으로 해당 프로토콜인 실험번호 21(120 kVp, 10 mm, 1.5 피치)에서 최적의 파라메타 조건으로 나타났으며, 그에 따른 장기선량 결과로는 유효선량이 가장 높은 부위는 뇌 33.61 mGy로 나타났다. 또한 방사선 감수성이 가장 높 은 부위는 갑상선 0.78 mGy, 유방 0.05 mGy로 나타났다. 본 연구결과를 바탕으로 한다면 화질과 선량의 최적상태의 프로토콜을 고민하는 임상전문가에게 많은 도움을 줄 것으 로 판단된다.