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ISSN : 2288-3509(Print)
ISSN : 2384-1168(Online)
Journal of Radiological Science and Technology Vol.43 No.4 pp.243-249
DOI : https://doi.org/10.17946/JRST.2020.43.4.243

Development of Children's X-ray Imaging Assist Device

Do-Byung Rhee1),4), Seung-Jun Seo1), Hyun-Woo Choi2), Cheol-Woo Ko3), Jong-Ki Kim1)
1)Department of Biomedical Engineering, School of Medicine, Catholic University of Daegu
2)Department of Biomedical Engineering, School of Medicine, Kyungpook National University
3)Department of Pediatrics Adolescent Medicine, Kyungpook National University Children’s Hospital
4)Department of Radiology Center, Kyungpook National University Chilgok Hospital
Corresponding author: Jong-Ki Kim, Department of Biomedical Engineering, School of Medicine, Catholic University of Daegu, 33, Duryugongwon-ro 17-gil, Nam-gu, Daegu, 42472, Republic of Korea / Tel: +82-53-650-4335 / E-mail: jkkim@cu.ac.kr
10/08/2020 27/08/2020 29/08/2020

Abstract


Examination with medical radiography is the most significant advances in medicine in the 21st century. Diagnostic imaging occupies an important position in all medical subjects, surgical and internal medicine, including radiology, orthopedics, and neurosurgery. However, the invention associated with conventional radiography devices has focused only on emphasizing the efficient aspects of the examination or obtaining clearer images without considering the age and disease-induced constraints of the patient's posture. The newly developed X-ray aids to solve this problem can effectively perform X-ray imaging of children's who have difficulty communicating and controlling. It is also thought to be a good way to provide accurate imaging information and minimize radiation exposure for children.



어린이 방사선검사 보조기구의 개발

이 도병1),4), 서 승준1), 최 현우2), 고 철우3), 김 종기1)
1)대구가톨릭대학교 생체의료공학과
2)경북대학교 의용생체공학과
3)경북대학교어린이병원 소아청소년과
4)칠곡경북대학교병원 영상의학센터

초록


    Ⅰ. 서 론

    현대의학은 의료영상 정보를 이용하여 환자의 질병을 진단 하고 치료하는 기술이 크게 발전하고 있으며 특히, 방사선 (X-ray)을 이용한 검사는 비교적 간단한 방법과 빠른 시간 안에 검사가 가능하므로 그 사용빈도가 더욱 증가하고 있다. 과거에 비하여 어린이 환자의 수는 급격히 증가하고 있고 어 린이의 방사선검사 또한 크게 증가하고 있는 추세이다[1]. 식 품의약품안전처(ministry of food and drug safety, MFDS) 에서 조사한 결과에 의하면 2007년부터 2011년까지 의료기 관에서 환자들에게 진단을 목적으로 실시한 방사선검사는 5 년간 약 35% 증가하였고 피폭선량은 0.93 mSv에서 1.4 mSv 로 약 51% 증가하였다고 한다[2]. 대다수 국민들의 방사선 피폭은 대부분 의료분야에서 발생하고 있으며, 미량의 방사 선일지라도 장기적으로 여러 번 노출되면 유전적 질환이나 백혈병 등을 발생시킬 수 있어 방사선 피폭선량을 경감하기 위해 많은 노력이 필요하다고 보고하였다[3,4]. 미국국립과 학원(national academy of sciences)에서 발표한 이온화 방사선의 생물학적 영향(biological effects of ionizing radiation; BEIR VII report) 보고서에 의하면 저선량 방사 선(low dose radiation exposure)에서 문턱선량 값이 없이 도 암 발생 위험이 있다는 것을 알리는 선량 한계점 없는 모델 (linear no-threshold, LNT model)을 발표하여 소량의 방 사선만으로도 암 발생 위험이 높아질 수 있다는 것을 경고하 였다[5]. 따라서 성장기에 있는 어린이는 어른에 비하여 세포 분열이 활발하고 남은 생애가 길어 잠복기를 거쳐서 암이 발 생할 가능성이 아주 높기 때문에 어린이에게 있어서 방사선을 이용한 검사를 시행할 때는 방사선 노출에 각별한 주의를 기 울여야 한다[6,7]. 의료용 방사선발생장치를 이용한 방사선 검사는 20세기 의학의 진보 중에서도 가장 획기적인 것으로 여겨지고 있으며, 현재도 진행 중이다. 또한, 영상의학과, 정 형외과, 신경외과 등을 비롯한 외과, 내과 등 수많은 의학 과목에서 영상 진단의 의미는 아주 중요한 위치를 차지한다고 할 수 있다. 그러나 종래의 방사선발생장치와 관련된 발명을 보면 환자의 연령대 및 질병에 따른 환자 자세의 제약은 고려 하지 않고 오직 검사의 효율적인 측면에서의 방사선검사 또 는, 좀 더 선명한 영상을 얻는 데에만 관심을 기울여 왔으며, 이와 관련한 문제점을 해결하고자 하는 데에는 관심을 두지 않고 있었다. 특히 현대에는 어린이의 질병이 매우 다양해짐 에 따라 어린이병원, 어린이 질병 전문클리닉이 신설되는 등 어린이의 질병에 대한 관심도가 높아지고 있다. 이와 같이 어린이 환자가 나날이 증가하면서 이를 전문적으로 치료하는 병원도 함께 늘어남에 따라 어린이를 대상으로 하는 방사선검 사도 증가하고 있다. 그러나 어린이의 방사선검사를 효율적 으로 그리고 효과적으로 수행할 수 있는 구체적인 해결 방안 은 없는 상태이다[8]. 일반적인 5세 이하의 어린이의 방사선 검사의 경우는 대부분 검사 테이블에서 바로 누운 자세 (supine position)로 검사가 시행되어 지는데 그 이유는 어린 이의 연령대가 낮아질수록 의사소통과 행동 통제가 힘들기 때문에 방사선사와 보호자가 붙잡은 상태에서만 검사가 가능 하기 때문이다[1]. 어느 한 대학 어린이병원에서 시행한 연구 에 의하면 바로 누운 자세로 테이블(table) 위치에서 시행한 검사는 전체 어린이 흉부 방사선(chest X-ray)검사 중 61% 를 차지하였고, 나이 분포로는 생후 24개월 이하가 가장 많았 다고 한다[9]. 흉부 방사선검사에서 바로 누운 자세로의 검사 는 환자에 대한 골수(bone marrow)에 방사선 피폭선량을 줄 일 수는 있지만 갑상샘(thyroid)과 흉부 등에는 많은 방사선 량을 받게 하고 영상에서 심장의 확대(heart enlargement), 횡격막 상승(diaphragm elevation), 견갑골과 폐야의 겹침 (overlapping of the scapula and the lung) 등을 생기게 하여 정확한 진단을 어렵게 한다[10]. 국제방사선방호위원회 (international commission on radiological protection; ICRP) 121에 따르면 어린이 검사의 흉부 방사선 PA (posterior-anterior, 후전) 영상에서 초점과 이미지 검출기 간 거리(focus-image receptor-distance; FID)를 150 cm 으로 할 것을 권고하고 있다[11]. 어린이 흉부 방사선검사에 서 방사선검사 보조기구를 이용하여 바로 앉은 자세로 검사한 영상이 바로 누운 자세에서 검사한 영상보다 시각적 영상 분 석에서 더 높은 평가를 받은 연구 사례도 있다[1]. 이에 방사선 검사를 받는 어린이가 불안하지 않도록 안정적이고 신속하며 정확하게 검사를 받을 수 있게 어린이에게 적합한 어린이 방 사선검사 보조기구를 개발(특허, 10-1625057)하고 가장 효 율적인 검사 방법을 찾아보았다.

    Ⅱ. 대상 및 방법

    1. 어린이 방사선검사 보조기구의 구조 및 조립도

    본 연구는 어린이 방사선검사 시 어린이에 대한 안전성과 방사선사의 편의성, 영상 구현성에 대한 정확성을 기초에 두고 방사선검사 보조기구를 설계, 제작하였다. 방사선검사 보조기구는 유모차의 사각형 박스 형태의 모습을 보면서 아 이디어를 얻었고 어린이가 유모차를 편하게 타면서 안정적 으로 기대고 있는 모습을 보며 보조기구를 제작하였다. 보 조기구는 어린이가 불편함 없이 앉을 수 있는 정사각형 모 양의 의자 형태로 만들었고 움직임이 많은 어린이의 자세 를 안정적으로 고정할 수 있도록 하였으며, 방사선검사 도 중 미끄러지거나 넘어질 위험을 방지하기 위해 밸크로밸트 (velcro belt)를 어린이의 다리 부위 양옆으로 부착하여 고정할 수 있도록 하였고 엉덩이를 대고 앉을 바닥과 몸 통, 팔, 다리를 지지할 위치에 에틸렌초산비닐 공중합체 (ethylene-vinyl acetate copolymer; EVA) 스펀지(sponge) 를 붙였다. 하단에 바퀴를 설치하여 할 수 있게 하였고 휴대용 검출기(portable detector)를 꽂을 수 있는 공간 을 장비 바닥 1/5 뒷부분에 설치하여 흉부 방사선 AP (anterior-posterior, 전후), 복부 방사선 AP 영상 등을 이 동하여서도 검사할 수 있게 하였다. 전체적으로 원목(wood) 자재를 이용 하였으며 어린이에게 정서적인 안정감을 주기 위하여 다채로운 색으로 디자인(colorful design) 하였다. 방사선검사 보조기구 앉는 부분에 결합할 수 있는 흉부 방 사선 PA검사용 탈착식 의자를 제작하여 어린이가 필요시 흉부 방사선 PA 검사가 가능하도록 하였다. 평판 테이블 (flat table) 기구를 이용하여 스탠드 검출기(stand detector) 위치에서 측와위 수평방향(decubitus) 검사를 할 수 있으 며, 슬개대퇴관절(patellofemoral joint)의 이상 유무를 검 사할 수 있도록 멀천트 기구(merchant equipment)를 부착 하였다[Fig. 1].

    Ⅲ. 결 과

    1. 어린이 방사선검사 보조기구의 제작

    어린이가 방사선검사에 임할 때 엉덩이와 손이나 발 등이 닿을 수 있는 모든 부위에 EVA 스펀지를 부착하여 어린이의 안전을 먼저 확보하였다. 바닥에 휴대용 검출기를 꽂을 수 있는 공간을 마련하여 그 부위에 검출기를 삽입하고 어린이가 검출기에 등을 맞닿을 수 있도록 자세를 고정시킨 후에 방사 선검사를 시행한다. 또한, 키 높이에 따라 검출기의 높낮이를 조절할 수 있도록 보조기구 후방에 홈을 파놓아 3단으로 높이 를 조절 가능하게 하였으며, 누워서 무릎관절을 촬영할 수 있도록 멀천트 기구를 설치하였다(Fig. 2) [8].

    2. 어린이 방사선검사 보조기구를 이용한 검사 방법

    • 1) 어린이의 다리 부위를 밸크로밸트를 이용하여 고정하 고 검출기에 등을 맞대도록 자세를 취하게 한 후 흉부 방사 선검사를 시행한다. 정중시상면(midsagittal plan)과 검출 기 중심선을 일치시켜 흉추 6번(T-6)을 향해 원거리(72 inch)에서 방사선을 수평 입사한다[12]. 움직임이 많은 어 린이일 경우 밸크로밸트를 이용하여 다리를 고정시키고 보 호자가 팔을 잡으면 정자세(true position)로 흉부 방사선 AP 검사가 가능하다[Fig. 3a]. 지금까지 통제가 어려운 어 린이의 흉부 방사선검사를 주로 누워서 검사하는 것이 일반 적이었지만 방사선검사 보조기구를 이용하면 앉은 상태에 서도 안정적으로 검사가 가능하다.

    • 2) 방사선검사 보조기구에 흉부 방사선 PA 전용 탈착식 보조의자를 삽입한다. 어린이의 가슴을 검출기에 밀착시키 고 보조의자에 앉은 자세로 흉부 방사선 PA 검사를 시행한 다. 정중시상면을 검출기 중심선과 일치시켜 흉추 6번을 향 해 원거리에서 방사선을 수평 입사한다[12]. 이때 어린이가 움직이지 않도록 보호자가 두 팔을 잡고 들어 올려 상체가 흔들리지 않게 고정시킨 후 검사를 시행한다[Fig. 3b]. 흉부 방사선 PA 검사는 일어서지 못하면 어린이에게 시행하기 어려운 검사 방법이었으나 보조의자가 결합된 방사선검사 보조기구를 이용하면 앉은 상태에서도 안정적으로 흉부 방 사선 PA 검사가 가능하다.

    • 3) 방사선검사 보조기구 양옆 부분에 어린이의 다리가 들 어갈 수 있는 홈을 파놓았다. 그 위치에 양 다리를 넣고 어 린이의 옆구리를 검출기에 밀착시킨 후 흉부 방사선 측면 (lateral) 검사를 시행한다. 정중이마면(coronal plane)을 검출기 중심선과 일치시켜 흉추 6번을 향해 원거리에서 방 사선을 수평 입사한다[12]. 움직임이 많은 어린이일 경우 보 호자가 손과 발을 잡고 검사를 시행한다[Fig. 3c].

    • 4) 어린이는 정면을 바라본 방향으로 앉은 상태에서 정중 시상면이 검출기 중심선과 일치되게 하고 엉덩뼈능선(iliac crest) 높이에서 위로 5~7.5 cm 지점을 향해 근거리 (43 inch)에서 방사선을 수평 입사한다[12]. 단, 횡격막 (diaphragm)을 충분히 포함시켜 주어야 하며 움직임이 많 은 어린이일 경우 보호자가 팔을 고정시킨 후 검사를 시행 한다. 방사선검사 보조기구에 복부 전용 wedge 보조의자를 삽입하여 어린이가 보조의자에 앉으면 다리가 아래로 내려 와 복부와 중첩되는 것을 방지하고 밸크로밸트를 이용하여 다리의 움직임을 제한할 수 있기 때문에 정확한 복부 방사 선 AP 영상을 획득할 수 있다[Fig. 3d].

    • 5) 슬개대퇴관절(patellofemoral joint)의 이상 유무를 확인할 수 있도록 merchant 기구를 제작하였다. 어린이는 바로 누운 자세에서 방사선검사 보조기구 끝 위치에 양쪽 무릎관절을 놓고 45° merchant 기구에 다리를 자연스럽게 내려놓는다. 이때 다리가 외전(eversion)되지 않도록 무릎 아래 30 cm 지점에 정강뼈(tibia)와 수직이 되도록 밸크로 밸트를 이용하여 정강뼈를 고정시킨다. 슬개대퇴관절을 향 해 60°로 방사선을 입사한다[Fig. 3e].

    • 6) 방사선검사 보조기구에 윗 부분에 EVA를 붙인 decubitus 전용 평판을 결합하면 어린이가 그 위에 옆으 로 누운 자세로 흉부 방사선 측와위 수평(chest lateral decubitus) 검사를 시행할 수 있다. 어린이의 등을 검출기 에 밀착시키고 검출기면 위쪽 가장자리가 양쪽 어깨 위 약 5 cm 정도에 놓이도록 조정하여 흉추 6번을 향해 원거리 에서 방사선을 수평 입사한다. 움직임이 많은 어린이일 경 우 보호자가 팔과 다리를 고정시킨 후 검사를 시행한다 [Fig. 3f].

    • 7) 어린이는 방사선검사 보조기구에 위에서 옆으로 선 자 세로 검사 측 무릎관절(knee joint) 측면을 검출기에 붙이 고 검사 반대쪽 다리를 본체 팔걸이 위에 올린다. 검사 측 무릎관절 중앙을 향해 머리쪽(cephalic)으로 5~7° 되도록 방사선을 입사한다[12]. 검사 시 양쪽 관절구(condyle)이 가 능한 최대한 겹치도록 발의 위치를 조정한다. 어린이의 상 태에 따라 다르지만 보통 발을 약간 밖으로 외전시키는 것 이 양쪽 관절구가 잘 겹쳐진다[Fig. 3g].

    Ⅳ. 논의 및 고찰

    현대 사회에서의 의학은 놀라운 속도로 발전하고 있지만 어린이의 질병도 함께 늘어나고 있다. 그래서 어린이를 치 료하는 특화된 영역의 필요성이 대두되고 있으며, 이를 위 한 어린이 전문클리닉과 같은 의료기관들이 속속 생겨나고 있다. 그러나 병원을 방문하는 어린이 환자의 숫자가 늘어 나고 있음에도 기존의 어린이 방사선검사 방식은 어린이에 게 적합하지 않은 환경에서 진행되고 있으며[Fig. 4], 성인 과는 다른 어린이를 대상으로 한 적절한 방사선검사 방법 및 보조기구의 사용은 현재까지도 요원한 상태다. 타 병원 에서 방사선검사를 시행할 때 사용하는 보조기구를 살펴보 면 어린이의 안전성 측면에서 아직 많이 미흡하다는 것을 알 수 있다[Fig. 5]. 방사선발생장치들은 대개 성인 중심으 로 설계되어 있기 때문에 어린이 환자가 방사선검사를 받기 에는 상당한 어려움과 위험이 따른다. 그 중에서도 특히 의 사소통과 행동 통제가 어려운 5세 이하의 어린이는 방사선 검사 방식에 대한 이해가 부족하기 때문에 더 위험하고 검 사하기가 아주 어렵다.

    본 연구자는 이런 어린이를 중심으로 한 방사선검사 보조 기구 및 장치의 필요성이 시급하다고 생각하여 축적된 현장 경험과 지식을 바탕으로 어린이에게 적합한 방사선검사 보 조기구를 개발하게 되었고, 개발된 어린이 방사선검사 보조 기구는 어린이의 안전성과 방사선사의 편의성의 이 두 가지 모두를 고려하여 만든 장비이다. 방사선검사 시 어린이 환 자의 자세를 앉은 자세, 일어선 자세, 누운 자세 등으로 다 양한 자세에서 검사가 가능하며, 다양한 검사 방법으로 여 러 목적 부위를 검사할 수 있다[Fig. 3]. 또한, 방사선검사 보조기구에 부착된 밸크로밸트를 통해 어린이의 다리를 고 정시킴으로써 검사 중에 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있으며 자세를 안정적으로 잡아주게 되어 흔들림 없는 영상을 제공할 수 있다. 기존의 어린이 방사선검사 방 식은 검사 테이블에 어린이를 눕히거나 보호자나 방사선사 가 붙잡고 검사해 온 것이 일반적이었다. 그 이유는 어린이 는 방사선검사에 대개 비협조적이어서 온전한 검사 진행에 어려움이 있기 때문인데, 특히 나이가 어릴수록 울음과 신 체의 움직임, 불안정한 호흡(들숨, 날숨), 몸의 기울기, 비 틀림, 구부림(측만) 등과 같은 상황이 더욱 심하다. 이와 같 은 상황에서 진행된 검사는 방사선 영상에서 오류를 형성할 수 있으므로 방사선검사를 시작하기 전에 어린이의 특성에 맞는 검사실 환경을 미리 설정(set up)하는 것이 중요하다. ICRP 121의 소아 진단방사선 및 중재 방사선에서 방사선 방 호 편을 보면 5세 어린이를 기준으로 한 흉부 영상 당 입사 면 선량을 0.1 mGy를 권고하고 있다. 이를 위해 대조도를 높이는 동시에 방사선의 피폭선량을 경감시키기 위해 격자 (grid)의 사용을 줄일 것을 권고하고 있으며, 격자의 사용은 8세 이상부터 사용할 것을 권고하고 있다. 또한, 흉부 방사 선 AP를 검사할 경우 FID는 115 cm, 선 자세(erect) 검사할 경우 150 cm으로 시행할 것을 권고하고 있다[13,14]. 어린 이 흉부검사에서 검출기에 격자를 제거 후 검사를 실시하 고, FID를 조정하는 방법은 방사선피폭을 감소시킬 좋은 방 안 된다고 한다[15]. 어린이 방사선검사 보조기구를 이용하 면 흉부 방사선검사 시 격자가 없는 휴대용 검출기로 검사 할 수 있고 방사선 조사장치에서 검사 테이블까지 근거리 (short distance)에서만 검사 가능했던 방식에서 어린이를 원거리(long distance)에서도 검사가 가능하여 영상의 품질 향상과 더불어 피폭선량도 경감시킬 수 있는 좋은 방안이 된다[7,13].

    Ⅴ. 결 론

    의사소통이 되지 않는 어린이는 움직임이 많기 때문에 대 부분의 방사선검사는 검사 테이블에 바로 누운 자세로 시행 하였다. 개발된 방사선검사 보조기구의 사용은 진단용 방사 선발생장치의 구조적 한계로 인해 발생할 수 있는 방사선 피폭선량 경감과 검사가 어려운 어린이의 방사선검사를 효 과적으로 수행하고 보다 더 정확한 영상학적 정보를 제공할 수 있는 좋은 방안이 될 것으로 생각된다.

    Figure

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    Children's X-ray imaging assistive device

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    Children's X-ray imaging assistive device (a) Device basics (b) Detector inserted (c) Height-adjusted detector (d) Insert detector into Merchant equipment

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    Radiography method using X-ray assistive devices (a) Children's X-ray imaging chest AP x-rays using assistive devices (b) Children's X-ray imaging chest PA x-rays using assistive devices (c) Children's X-ray imaging chest Lateral x-rays using assistive devices (d) Children's X-ray imaging abdomen erect AP x-rays using assistive devices (e) Children's X-ray imaging knee merchant view x-rays using assistive devices (f) Children's X-ray imaging chest decubitus x-rays using assistive devices (g) Children's X-ray imaging knee Lateral x-rays using assistive devices

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    Conventional children's X-ray imaging method

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    Assistive devices used in other hospitals

    Table

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