Ⅰ. 서 론

무릎(knee)은 인체에서 가장 큰 관절로, 대퇴골(femur), 경골(tibia) 및 슬개골(patella)로 구성되며, 경대퇴관절 (tibiofemoral joint)과 슬개대퇴관절(patellofemoral joint) 로 구분할 수 있다. 무릎관절(knee joint)은 구조상 불안정 한 해부학적 특성으로 인해 교통사고, 스포츠 손상, 추락 등 의 외력에 의해 골, 인대, 반월상 연골 손상 등이 빈번하게 발생하며[1-3], 무릎관절의 다양한 외상성 질환 진단 및 평가에 이용되는 영상의학과적 검사는 전·후 검사(knee anteroposterior projection), 측면 검사(lateral projection), 과간와검사(intercondyloid fossa projection)와 슬개골 접선 축방향 검사 (tangential projection of patella) 등이 있다[4, 5].

슬개골 접선 축방향 검사는 관절의 마모 및 대퇴골과 경골의 축 관계 파악에 유용하고, 체중 부하가 큰 슬개대 퇴관절의 손상을 판단하는데 필수적이다[6]. 이 검사는 Hungerford and Ficat이 최초로 제안했다. 그들은 슬개대 퇴관절을 관찰하기 위해 엎드린 자세에서 무릎을 30∼90° 구부려, 무릎 굴곡각에 따라 검사하는 Settgast method를 이용하였다[7, 8]. 그 후, Knutsson, Merchant, Hughston 등이 다양한 검사법을 제안했지만[8], 슬개골과 대퇴골 사 이의 정상 관계를 측정하는데 더욱 유리한 Merchant 검사 법이 현재 여러 의료기관에서 유용하게 사용되고 있다[9].

Merchant 검사법은 환자가 검사대에 바로 누운 자세에 서 무릎을 45° 구부리고, 중심 X선을 발쪽 방향으로 60° 입사하여 무릎관절의 축방향 영상을 획득한다[5]. 하지만 대퇴골과 테이블의 수평유지 실패 시, 슬개대퇴관절의 간격 변화, 허벅지근육의 슬개대퇴관절 침범, 슬개골의 변형 등 의 문제가 발생할 수 있으며, 이는 질환 진단을 방해할 수 있다. 이 검사법은 1970년대 서양인을 기준으로 만들어졌으 며, 한국인과 서양인의 엉덩이와 허벅지의 두께 차이로 대 퇴골과 테이블의 수평을 맞추는데 어려움이 발생한다. 그래 서 일부 임상에서는 대퇴골과 테이블의 수평 조건을 맞추기 위해 테이블의 높낮이를 조정하는 방법을 사용하고 있다. 하지만, 테이블 높낮이 조절은 방사선검사 장비의 특성상 일관적인 높이 조절이 어렵고, 방사선사의 주관적 요소 개 입으로 객관적인 영상 구현에 어려움을 초래할 수 있다.

이에 본 연구에서는 Merchant 검사 시 진단적 가치가 높 은 영상 구현을 위해, 중심 X선 입사각도 별 허벅지 두께 변 화에 따른 슬개대퇴관절의 겹침 비교를 통해 모든 허벅지 두께에서 겹침을 최소화할 수 있는 중심 X선 입사각을 알아 보고, 한국인 표준 허벅지 두께를 고려한 중심 X선 입사각 을 제시하고자 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 실험 대상

Whole Body Phantom PBU-50(PH-2, KYOTO KAGAKU, JAPAN)의 Left leg/foot Phantom을 대상으로 하였으며, X선 발생장치는 GC 85A(Samsung electronics, KOREA) 를 사용하였다. 영상측정은 Centricity RA1000(General Electronic, USA) 의료영상저장전송시스템(picture archiving and communication system; PACS)에서 측정하였다.

2. 실험 방법

Phantom은 허벅지를 테이블에 밀착시키고 Merchant 검 사 전용장치를 이용하여 무릎관절을 45° 구부린 자세로 유 지하였다. 허벅지 두께 변화 시 경골의 움직임이 무릎관절 각도 변화에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 경골 부위 를 고정시켰다[Fig. 1].

허벅지의 평균 두께는 2015년 인체치수사업에서 측정한 허벅지둘레 치수를 두께로 변환하여 도출하였다. 허벅지 둘 레는 볼기와 다리의 연결 부분에서 아래주름의 가장아래쪽 인 볼기고랑점(Gluteal fold)을 지나는 수평의 둘레를 말한 다[11]. 본 연구에서는 허벅지를 원기둥이라 가정하여, 원기 둥의 둘레 공식[2πr(π≒3.14, r=원기둥 반지름), 원기둥 의 지름(2r)]에서 반지름을 도출하여 허벅지 둘레를 두께로 환산하였다[Fig. 1].

검사조건은 60 kVp, 100 ㎃, 64 ㎳, 초점-영상수용체 간 거리(source to image receptor distance; SID)는 110 ㎝로 동일하게 적용하였으며, 다음과 같은 방법으로 실험을 진행 하였다.

1) 중심 X선 입사각도별 허벅지 두께 변화에 따른 영상 변화 실험 방법

허벅지 두께의 변화를 위해 0.5㎝, 1㎝, 2 ㎝ 나무 블럭 을 사용하여 14∼20㎝까지 0.5 ㎝씩 증가 시켰으며, 중심 X선 입사각도 60°, 57°, 55°에서 허벅지 두께 변화에 따른 영상을 획득하였다[Fig. 1].

2) 영상측정방법

방사선사 5명(임상경력 15년 이상 1명, 10년 이상 2명, 1 년 이상 2명)이 1주간의 사전 훈련 후 서로의 측정치에 영향 을 주지 않도록 다른 시간과 장소에서 측정하였다.

획득한 영상에서 슬개골과 허벅지 겹침의 차이를 측정하 였으며, 슬개대퇴관절 겹침 거리(patellofemoral overlap distance; PFOD)라고 정의하였다. 본 연구자들이 고안한 PFOD 측정방법은 대퇴의 내측관절융기(medial femoral condyle)과 외측관절융기(lateral femoral condyle)에 가상의 선을 긋고, 이 선과 융기사이고랑(intercondylar groove) 의 가장 낮은 지점에서 슬개골을 방향으로 수직으로 선을 그 렸을 때 교차하는 지점부터 허벅지 연부조직과 슬개골의 겹 침 정도를 측정하였다[Fig. 2].

3) 자료분석방법

방사선사 5명이 측정한 PFOD를 기초자료로 활용하였다. 측정한 값에 대한 측정자 간 신뢰도 분석과 측정자 각각의 측정값에 대한 합을 평균으로 변환하였다. 각각의 중심 X선 입사각도 별 허벅지 두께 변화에 따른 PFOD의 평균값 비교 분석을 위해 일원배치분산분석(one-way ANOVA)를 이용 하였으며, 사후분석으로는 Duncan을 사용하였고, 두 값의 상관성 분석을 위해 Pearson 상관분석을 실시하였다. 통계 프로그램은 SPSS(version 22.0, SPSS, Chicago, IL, USA)를 사용하였고, 유의수준 α는 0.05, p-value 0.05 이하를 통계적으로 유의한 것으로 설정하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 중심 X선 입사각 60°에서 허벅지 두께에 따른 슬개대퇴관절 겹침

중심 X선 입사각도 60°에서는 허벅지 두께에 따른 PFOD는 모든 허벅지 두께에서 겹침이 발생하였으며, 그 범 위는 0.47±0.66∼20.89±0.65 ㎝로 나타났다. 측정값에 대한 평균비교결과는 통계적으로 유의한 차이를 보였으며 (p<0.01), 사후검정결과 모두가 독립적인 그룹으로 분류되 었다<Table 1>, [Fig. 3].

2. 중심 X선 입사각도 57°에서 허벅지 두께에 따른 슬개대퇴관절 겹침

57°의 중심 X선 입사각도에서는 허벅지 두께에 따른 PFOD는 허벅지 두께 14 ㎝에서는 겹침이 관찰되지 않았으 며, 15 ㎝이하의 허벅지 두께에서는 겹침이 1 ㎝이하로 나 타났고, 15.5 ㎝ 이상에서 슬개대퇴관절의 겹침 범위는 2.26±0.28∼15.73±0.62 ㎝이었고, 허벅지 두께 14 ㎝를 제외한 모든 그룹의 평균값의 차이는 통계적으로 유의한 차이(p<0.01)를 보였으며 사후검정에서도 모두 독립적인 그룹으로 나타났다<Table 2>, [Fig. 3].

3. 중심 X선 입사각도 55°에서 허벅지 두께에 따른 슬개대퇴관절 겹침

중심 X선 입사 각도를 55°로 입사한 경우, 허벅지 두께 14∼15.5 ㎝에서는 슬개대퇴관절의 겹침이 측정되지 않았 으며, 이는 모든 측정자의 측정결과에서 동일한 결과로 나 타났다. 허벅지 두께 16 ㎝에서부터 범위는 1.39±0.83∼ 12.49±0.37 ㎝이었다. 각 그룹에서 PFOD의 평균값의 차 이는 통계적으로 유의한 차이를 보였으며(p<0.01), 사후 검 정에서도 모두 독립적인 그룹으로 분류되었다<Table 3>, [Fig. 3].

4. 중심 X선 입사각과 허벅지 두께에 따른 슬개대 퇴관절 겹침에 대한 상관분석

허벅지 두께와 슬개대퇴관절의 겹침에 관한 상관분석 결 과, 모든 중심 X선 입사각도(60°, 57°, 55°)에서 허벅지 두께와 슬개대퇴관절의 겹침은 매우 높은 양의 상관관계 (r=.994, r=.998, r=.971)로 나타났으며, 통계적으로 유의 하였다(p<0.01), <Table 4>.

Ⅳ. 고 찰

무릎관절은 비교적 편평한 경골 상단 관절에 둥근 모양인 대퇴과의 관절면이 접촉하고 있는 경첩관절(hinge joint)이 다. 굴곡-신전 운동과 대퇴골에 대한 경골의 회전운동이 동 반되는 연합 운동을 하는 복잡한 가동관절로서, 불안정하여 외력의 안정성은 주변의 인대나 근육에 의하여 유지 되고 있다[1, 2, 4]. 연골 연화증, 재발성 아탈구, 무릎 관절염 등 은 무릎관절에서 발생빈도가 높은 외상을 주소로 하는 질환 이다. 정밀진단을 위해 CT와 MRI가 이용되지만[12-15], 이 검사들은 하중이 가해진 자세 및 관절이 굴곡 및 신전상태 에서의 영상을 획득할 수 없다는 단점으로 인해 일반방사선 검사는 무릎질환 관찰의 가장 기초적인 검사로 진행되며, 이 중 슬개대퇴관절 관찰을 위해 슬개골 축방향 검사는 반 드시 필요하다[16].

기존의 선행연구들은 정형외과학적 측면에서 슬개대퇴관 절의 접합각(congruence angle) 및 고랑(sulcus angle)에 대한 연구가 대부분이었으며[16-18], 다양한 방법이 제시되 었고 각 검사 별 장·단점이 선행연구를 통해 밝혀졌다. Settegast method는 특별한 장치 없이 검사할 수 있다는 장 점이 있지만, 무릎을 과도하게 구부리기 어려운 경우 불가능 하다. Hughston method는 Settegast method에 비해 무릎 의 굴곡 각도가 작아 무릎 굽힘 운동에 제한적인 환자에게 적용이 가능 하지만, 영상의 왜곡이 가장 크다는 것이 단점 이다. Knutsson와 Furmaier method는 누워서 검사하는 장 점이 있지만, 현재 X–ray tube와 콜리메이터(collimator)의 규격으로 불가능하다. 이에 비해 Merchant method는 detector 고정을 위한 기구가 필요하지만, 자세의 안정성과 무릎 굴곡운동이 제한된 환자에게 적용이 가능하며, 항상 같 은 자세로 검사 가능하여 재현성이 우수하고, 미약한 슬개골 탈구를 잘 묘사할 수 있는 장점이 있어, 현재 임상에서는 가 장 많이 이용되고 있다[5, 10].

본 연구 결과, Merchant method 적용 시, 허벅지 두께가 증가할수록 PFOD가 증가하는 것을 알 수 있었으며, 모든 각 도에서 허벅지 두께별 평균값들의 차이는 통계적으로 유의 하였고, 각 중심 X선 입사각에서 허벅지 두께와 PFOD는 매 우 높은 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. Merchant method 관련 연구에서는 중심 X선 입사각도를 60°로 조사 할 것을 권고하고 있지만, 이 각도에서는 모든 허벅지 두께 에서 슬개대퇴관절의 겹침이 발생했다. 하지만, 중심 X선 입 사각도 57°와 55°에서는 14 ㎝와 14∼15.5 ㎝의 허벅지 두 께에서는 슬개대퇴 관절 겹침이 없었으며, 중심 X선 입사각 도 55°의 경우 슬개대퇴관절 겹침이 가장 적게 나타났으나, 정강뼈의 음영이 슬개대퇴관절을 침범하는 경우가 있었다.

허벅지 두께가 성인에 비해 상대적으로 얇은 소아의 경우 에서는 55°의 중심 X선 입사각도가 도움이 될 것으로 생각 된다. 또한, 한국인의 평균 허벅지 두께(남 18 ㎝, 여 17.5 ㎝)를 고려했을 때[11], Merchant 검사 시 중심 X선 입사각 도는 57°로 사용하는 것이 슬개대퇴관절의 겹침 및 정강뼈 의 관절 내 침범을 최소화 할 수 있는 각도라고 사료된다.

본 연구의 의의는 무릎 접선 영상 평가에 대한 새로운 방 법을 고안한 점과 허벅지 두께와 중심 X선 입사 각도에 따 른 영상의 차이를 객관적인 지표로 제시했다는 점이며, 제 한점은 인체모형 팬텀을 대상으로 하여 다양한 관절 질환 환자를 대상으로 연구하지 못한 점이다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 Merchant 검사 시 중심 X선 입사각도 별 허벅 지 두께 차이가 영상 변화에 미치는 방사선학적 정보 고찰 및 한국인에게 적용 시 슬개대퇴관절 겹침을 최소화할 수 있는 적절한 입사 각도를 제시하고자 진행하였다. 본 연구 의 결과 허벅지 두께와 슬개대퇴관절 겹침은 양의 상관성으 로 나타났지만, 기존의 중심 X선 입사각도에서는 모든 허벅 지 두께에서 슬개대퇴관절 겹침이 발생하였고, 중심 X선 각 도 55°에서는 정강뼈의 슬개대퇴관절 내 침범이 발생하였 다. 결론적으로, 한국인을 대상으로 Merchant 검사 시 중 심 X선 입사각도는 57°를 사용하는 것이 허벅지 두께에 따 른 슬개대퇴관절의 겹침과 정강뼈의 침범으로 인한 영향을 최소화할 수 있는 영상을 구현하는데 도움이 될 것으로 사 료된다.