Ⅰ. 서 론

디지털 방사선 시스템(Digital radiography system; DR system)은 동적 범위(Dynamic Range)가 넓고, 영상의 후 처리로 재촬영을 줄일 수 있어, 현대 영상의학에서 널리 사 용되고 있다[1,2]. 하지만, 넓은 동적 범위로 인하여 과도한 선량이 입사되었다 하더라도 영상 후처리를 거쳐 적정 영상 의 질을 유지하기도 하고, 심지어는 많은 입사 선량으로 인 하여 잡음이 적어져서 오히려 영상의 질이 향상되어 보이기 도 한다. 이 때문에 DR system은 평균 입사선량이 증가한 다는 보고도 있다[3,4].

DR system의 이러한 문제로 인하여 국제전기표준회의 (International Electrotechnical Commission; IEC)는 진 단을 위한 X선 검사를 실시할 때, X선 장치에 조사된 방사 선량이 표시되도록 권고하고 있다[5].

DR system은 입사된 선량을 평가할 수 있는 노출 지표 (exposure indicator)를 제공한다. 하지만, 제조사마다 노 출지표의 정의와 표시 방법이 다르기에 노출지표를 이용하 여 영상 수용체에 입사된 방사선량을 표시하는데 제한점이 있다[6-9].

이에 IEC에서는 DR system에서 동일한 검사 조건을 적 용하여 영상 수용체에 입사된 방사선량을 관리할 수 있도록 노출지수(Exposure Index: EI)를 정의하였고, 기 기준을 제시하였다[10]. 이 기준에서 EI는 영상 수용체에 입사된 방 사선량이 사용자가 정의한 목표 값의 화질과 선량을 유지관 리 할 수 있는지 평가를 위한 참고 값으로 권고하고 있다. 이에 선행연구에서는 컴퓨터 방사선 촬영장치(Computed radiography; CR)와 인체 흉부팬텀을 이용하여 EI의 적용 사례를 연구하여 IEC에서 제시한 방법을 적용한 EI와 제조 회사에서 제시한 EI를 비교하여 보고하였다[11].

DR system에 EI를 적용하여 의료영상의 관리를 하려면 목표노출지수(Target Exposure Index; EI_T)를 선정하고, 이를 통한 편차지수(Deviation Index; DI)값을 도출하여 영 상을 관리하여야 한다. 이에 본 저자들은 평판형 검출기 (Flat Panel Detector; FPD)를 사용하는 의료영상 품질관 리를 하고자 EI와 EIT를 산출하고 이것을 기반으로 DI를 평 가한 결과를 보고하는 바이다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 노출지수의 정의

IEC는 EI를 DR system에서 획득된 영상을 통해 산출된 입사 선량에 대한 상대적인 측정치라 하였으며 식(1)과 같이 정의하였다[10].

c₀는 상수로 100 μ G y − 1 이고, g ( V ) 는 관심값(Value of Interest, VOI)으로 영상수용체(Image Receptor: IR) 표면 에 입사되는 선량(air kerma : K)을 교정하여 나타낸 값이다. EI를 교정하기 위한 조건은 IEC에서 제시한 선질(RQA5)을 사용하며, 피사체가 없이 공기커마를 측정한다. VOI는 균일 하고 평평하게 노출된 영상 영역 중 가운데 10%에서의 평균 값을 사용한다[Table 1][10].

2. 편차지수의 정의

DI는 DR system의 EI_T와 영상에서 획득된 EI의 편차를 정량화한 것이다. DR system에서 EIT 값이 제공되는 경우, DI는 식(2)와 같이 계산된다.

EI는 획득된 영상에서 구한 값, EI_T는 DR system에서 검 사 유형에 맞는 설정 값이다. 만약 EI와 EIT가 동일하다면 DI는 0이 된다.

3. 실험도구 및 대상

실험에 사용된 DR system은 영상 수용체로 FPD를 사용 하는 방사선 발생장치(Fluorospot Compact FD, Siemens, German)를 사용하였고, 전리조형선량계(Ionization chamber 50cc, Capintec, USA)를 사용하여 공기 커마를 측정하였 다. 선량계는 정확한 실험을 위하여 6개월 이내에 공인기관 으로 검 교정을 실시한 장비와 조사선량계를 사용하였다. 영상 평가를 위해 인체모형 팬텀(Whole Body Phantom PBU-60, Kyoto Kagaku, Japan)을 사용하였다.

실험에서 사용된 검사 조건의 검증을 위해 A 의료기관의 협조를 받아, 흉부 후전방향 검사를 시행한 환자의 연령, 성 별 등의 정보와 검사된 영상에서 추출된 관전압(kVp), 관전 류(mA), 조사시간(sec), EI 등의 정보를 획득하였다. 본 연 구를 위해 실험 조사된 결과가 아닌, 이미 검사된 자료에서 필요한 정보를 얻는 분석하는 연구이고, 개인 식별정보가 포함되어 있지 않는 정보를 취급하기에 기관생명윤리위원 회의 승인을 통해 자료를 수집하였다. 수집된 정보는 실험 에 적용된 기기를 통해 검사된 흉부 후전방향촬영 영상 중 질병이 없는 것으로 판독이 나온 성인(남자 72명, 여자 66 명) 138명의 정보이다[Table 2].

4. 분석방법

1) 최적의 프로세싱과 특성곡선 작성

IEC에 제시된 선질을 맞추기 위해 관전압 70kVp, 부가 필터 0.5mm Cu+2mm Al을 사용하여 반가층 6.8 mmAl 를 맞추어 특성곡선을 작성하였다[Table 1][10]. 조사된 선 량 범위는 최저 11 μGy부터 최대 902 μGy까지 이다. FPD 앞에 그리드(10:1)가 장착되어있는 상태로 검사가 이루어지 기에 특성곡선 검사도 그리드가 있는 상태에서 시행하였다.

2) EI_T 설정

적정 선량의 범위를 선택하기 위해 PBU 60 Phantom을 사용하여 Chest PA영상을 획득하였다. 이때 검사조건은 관 전압 110 kVp, 조사선량은 자동노출제어장치(Automatic exposure control; AEC)를 사용하여 투과 후 선량이 0.9 μ Gy부터 7.1 μGy까지 변화시켜가면서 영상을 획득하였다. 획득한 영상을 폐야, 종격, 심장중복, 횡경막하 부분 등으로 구분하여 신호대잡음비(Signal-to-noise ratio; SNR), Contrast 및 EI 평가를 통하여 최적의 검사조건과 EIT을 선 택하였다.

3) EI, DI 분석 및 환류

위의 과정을 통해 선택된 검사조건을 기관의 승인을 얻어 장비에 적용하였다. 검사 조건이 적용된 이후 1개월간 실시 된 흉부 후전방향검사를 대상으로 결과 분석을 하였다.

DI의 산출을 위해 EI_T와 EI를 식(2)에 적용하였다. DI가 적정 범위 이외의 값을 나타낸 영상에 대해서 원인 분석을 실시하여 영상 품질에 대한 관리가 적절하게 시행되고 있는 지 분석을 실시하였다[Fig. 1].

Ⅲ. 결 과

1. 특성곡선(System Response)

조사된 선량, FPD의 흡수선량과 EI 값과의 관계는 각각 비례관계가 성립한다. FPD 표면에 22 μGy가 입력되었을 때 6.4 μGy가 흡수된 것으로 나타났고 이때 EI 는 182를 나타내 었다. 조사선량의 증가에 따라 EI의 값은 비례하여 증가하였 으며 상관도가 (R²=0.9997)로 매우 높게 나타났다[Fig. 2].

2. Phantom Study 영상 분석

인체모형을 이용한 실험에서 FPD에 입사된 선량이 0.9 μGy 일 때 횡경막하(sub-diaphragm)의 SNR은 33.3, 척추(spine) 의 SNR은 27.5, 심장(heart)의 SNR은 12.5, 폐(lung)의 SNR은 2.3을 각각 나타내었다. FPD에 입사된 선량이 2.5 μGy일 때 횡경막하의 SNR은 26.8, 척추의 SNR은 22.8, 심 장의 SNR은 10.8, 폐의 SNR은 2.2를 각각 나타내었고, FPD에 입사된 선량이 5.0 μGy일 때 횡경막하의 SNR은 20.4, 척추의 SNR은 17.7, 심장의 SNR은 9.6, 폐의 SNR 은 2.1을 각각 나타내었다. FPD에 흡수된 선량이 증가되면 서 SNR은 점차 감소하지만, 그 감소의 폭은 점차 줄어드는 것을 확인할 수 있었다[Fig. 3].

대조도(Contrast)는 FPD에 입사된 선량이 0.9 μGy일 때 척추와 폐의 비(spine/lung)는 3.4. 횡경막하와 폐의 비(sub diaphragm/lung)는 3.4, 심장과 폐의 비(heart/lung)는 2.5를 나타내었다. 입사된 선량이 2.5 μGy일 때 척추와 폐 의 비는 4.2. 횡경막하와 폐의 비는 4.2, 심장과 폐의 비는 2.49 나타내었고, 입사된 선량이 5.0 μGy일 때 척추와 폐의 비는 4.8. 횡경막하와 폐의 비는 4.9, 심장과 폐의 비는 3.4 을 나타내었다. FPD에 흡수된 선량이 증가되면서 contrast 는 점차 증가하고, 그 증가폭은 점차 확대되는 것을 확인할 수 있었다[Fig. 4].

FPD에 입사된 선량이 0.9 μGy일 때 EI는 85를 나타내었 다. 입사된 선량이 2.5 μGy일 때 EI는 165, 입사된 선량이 5.0 μGy일 때 E.I.는 298을 나타내었다. FPD 입사된 선량 과 EI는 매우 높은 상관도(R²=0.9988)를 가지는 비례관계 를 나타내었다[Fig. 5].

3. 임상검사 적용분석

팬텀 검사를 통해 분석된 SNR, Contrast 및 환자에게 입 사되는 피폭선량을 고려하여 검사조건을 설정하였다. 흉부 후전방향촬영(Chest Posterior Anterior; Chest PA) 영상 을 획득하기 위한 검사조건은 관전압 110kVp, FPD의 흡수 선량을 5 μGy가 되도록 설정하였으며 이때 팬텀 검사를 통 한 EI는 230이다. 이렇게 산출된 EI를 EIt로 설정한 다음 임상 영상 검사를 통한 DI분석을 실시하였다.

분석에 적용된 검사는 총 138건이다. 이때 남자의 EI 평균 은 228.7, 표준편차는 40.01, 여자의 EI 평균은 226.5, 표준 편차는 36.93, 전체 EI 평균은 227.6, 표준편차는 38.44로 나타났다[Table 3].

4. DI 분석

EI_T를 기준으로 DI를 분석한 결과 평균 DI는 남자 –0.11, 표준편차 0.73, 여자 –0.10, 표준편차 0.78, 전체 평균 – 0.10, 표준편차 0.69로 나타났다[Table 4]. 전체 대상 검사 중 2건은 AEC 이상으로 잘못된 DI를 나타내었기에 분석에 서 제외하여 총 136건의 검사를 분석하였다. DI의 분포는 0.5미만 –0.5 초과에서 전체 데이터의 42.0%(58건)가 분포 하고, 1.0 미만 –1.0 초과 사이에는 76.1%(105건)가 분포한 다. DI의 값 2.0미만부터 –2.0초과 사이에 97.1%(134건)가 분포한다[Fig. 6].

Ⅳ. 고 찰

EI와 DI는 각각의 검사에 대한 표준화된 노출 정보를 제 공한다. EI는 각각의 디지털 방사선 영상 시스템에 대한 선 량에 대한 상대적 측정치이다. 동일한 검사조건 [kV, 여과 (filteration), SID(Source Image receptor Distance), 격자 (Anti-scatter grid)]을 사용한다면 EI는 노출조건(Kerma) 에 비례하게 된다. 따라서 mAs를 두 배로 늘리면 EI는 두 배로 늘어나게 된다. 그러나 검사조건이 다르다면 EI를 동 일하게 비교하는 것은 적절하지 않을 수도 있다. 검사조건 이 EIT에 적합하게 노출이 이루어진 경우 DI는 0에 가깝게 나타나게 된다. 각각의 검사의 EI가 EIT과 비교하여 노출과 다는 양(+)로 노출 부족은 음(-)로 DI를 나타나게 된다. DI 가 ± 0.5이라면 선량은 +12%(112%)부터 –10%(90%)이내의 범위에 있다는 것을 의미한다[10,12,13].

AAPM REPORT NO.116(이하 AAPM)에서는 EI와 유사 한 개념으로 노출지표를 통한 영상품질관리를 제안하고 있 다[7]. AAPM에서는 DI의 최적의 목표범위(Target)를 ±0.5 이내로 하였으며, DI가 3.0을 초과하거나 –3.0 미만이면 재 촬영을 해야 한다고 하였다. 본 연구에서는 AAPM에서 최 적의 목표 범위로 정한 ±0.5 이내에는 42.0%(58건)가 분포 하였다[Fig. 6]. 하지만, 이러한 조건을 만족하려면 피검자 의 신체 조건이 모두 유사하거나 동일한 조건, 즉 팬텀 검사 로는 가능하다. 본 연구에서 피검자는 모두 다른 신체적 조 건을 가지고 있기에 AAPM의 최적의 목표 범위를 그대로 적 용하는 것이 적합하지 않다고 판단된다. 이러한 특성을 고 려하여 본 연구에서는 적정 DI의 범위를 신체 조건의 다양 성을 고려하여 ± 2.0 이내의 범위로 정하였다. 이는 AAPM 에서 요구하는 필수적인 재촬영 조건보다 좁은 범위이고, 영상에 성별에 따른 신체 조건의 다양성을 고려하여 결정한 것이다.

DI 최적의 목표 범위 ±0.5 이내는 42.0%(58건)가 분포 하였고, 신체 조건의 다양성을 고려한 범위 ±2.0 이내에는 97.1%(134건)가 분포하였다. DI(DI값이 6이상)가 명확하게 차이가 나는 검사는 2건이 있었고, 검사 조건을 분석한 결 과 AEC 이상으로 잘못된 조건이 적용되어 발생한 현상으로 판단되었다.

DI가 –2.0 이하이거나 2.0이상으로 나타난 검사는 조사 야가 부적절하거나, 환자의 신체에 금속 등의 이물질이 삽 입되어 있는 경우 등으로 판단할 수 있다. 이러한 경우는 검사에 따라 DI가 증가하거나 낮아질 수 있으며, 부적절한 검사조건이 드러나지 않을 수도 있다는 보고도 있었다 [13-16].

본 연구에서 DI의 최적의 목표범위 ±2.0 이내로 선정하 였을 경우 전체의 97.1%(134건)가 포함되는 등 매우 폭넓은 분포를 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 검사에 숙련이 이루 어진다면 최적의 목표 범위 ±1.0 이내로 낮추는 것도 가능 할 것이다. 이렇게 되면 피폭선량은 일정하게 관리 될 수도 있지만, 이로 인하여 검사자의 업무 피로도가 증가될 수도 있으니 유의해야 한다.

EI의 적정한 관리를 통해 지속적인 의료영상의 관리가 필 요하다. 하지만 동일한 EI를 가진다고 하더라도 반드시 동 일한 영상 품질을 나타내는 것은 아니다. EI와 DI의 관리를 통하여 일정 검사 조건을 유지할 수 있지만, 이것을 올바른 작업의 증거로 해석해서는 안 된다[7].

FPD는 CR을 사용하는 DR system과 비교하여 높은 검출 효율을 가지고 있으며 신호응답 특성(System Response)과 해상력은 유사한 특성을 가지고 있다[17]. EI값의 표현도 CR을 대상으로 한 실험에서는 노후장비를 제외하고 일정한 값을 나타내는 특징을 가지고 있다[18]. 이러한 특성을 정확 히 파악하고, CR, FPD를 사용하는 DR system에서 EI와 DI 를 통한 검사조건의 관리와 의료영상에 대한 지속적인 관 리가 이루어진다면, 안정적인 의료영상 관리가 가능할 것 이다[19,20].

Ⅴ. 결 론

본 연구를 통하여 의료영상의 품질관리를 위해서는 먼저 대상이 되는 DR system을 RQA5 선질로 교정해야 한다. 이 후 각 의료기관 장비와 검사부위 영상 특성에 맞는 적정 EIT 을 선정을 하고, 이것을 기준으로 각 검사장비의 실정에 맞 는 DI 범위를 선정하여 관리해야 한다는 것을 확인할 수 있 었다. EI와 DI를 적용한 검사조건의 관리와 의료영상을 분 석을 통하여 지속적인 영상 품질의 관리가 이루어져야 할 것이다.