Ⅰ. 서 론

고관절(hip joint)은 골반골(pelvic bone)과 대퇴골(femur) 이 만나는 부위로, 골반의 외측과 대퇴골두(femoral neck) 가 이루는 구와 관절(ball and socket joint)형태이며, 다양 한 방향으로 관절 운동이 가능한 관절이다. 이러한 고관절 이 관절염이나 이형성증, 외상 또는 감염 후유증 등의 원인 으로 인해 고관절이 제 기능을 못하고 통증을 유발하게 되 면, 손상 또는 파괴된 고관절의 일부분을 제거 후 보철 임플 란트로 대체하여 관절의 운동 기능을 회복시키고, 통증을 완화시키는 수술을 시행하는데, 이를 인공 고관절 치환술 (total hip replacement arthroplasty; THRA)이라 한다[1].

THRA의 성공적인 수술을 위해 일반 방사선검사, 컴퓨터단 층촬영(computed tomography; CT), 자기공명영상(magnetic resonance image; MRI) 등 여러 영상의학검사가 시행된 다. 이 중 방사선 검사는 다른 영상의학검사에 비해 다양한 자세에서 고관절의 모습을 검사할 수 있고, 비용적으로 저 렴하다. 특히, 하나의 영상에 고관절과 근위 대퇴골을 묘사 할 수 있고, 수술 전 보철 임플란트 대체의 정확한 가늠을 위한 확대 표식자(magnification marker; marker)를 이용 하여 임플란트의 위치와 크기를 결정하는데 방사선 검사 영 상은 매우 유용하게 이용된다[2]. 하지만 근위부 대퇴골 골 절 및 고관절 질환을 동반한 대퇴골 골절 등의 경우 대퇴골 전체를 하나의 영상으로 검출기(detector)에 묘사하기에는 물리적 한계로 인해 어려움이 있다.

현재 의료기관에서 사용되고 있는 방사선검사 장비는 빠 르게 디지털 방사선 방식(digital radiographic system; DR system)으로 변화되고 있으며, 다양한 디지털 영상 기 술과 방사선 검사장비의 융합은 필름/스크린 방식(film/ screen system; F/S system)과 컴퓨터 방사선 방식(computed radiographic system; CR system)에서는 불가능했던, 여러 개의 영상을 마치 하나의 영상처럼 합치는 방식까지 발전하 였으며, 이러한 방식을 스티칭 기법(stitching method)이 라고 한다. 스티칭 기법은 주로 하나의 영상수용체로 묘사 가 어려운 긴 뼈 및 척추 전체를 관찰하거나, 상·하지의 전 반적인 기계적 축(mechanical axis) 관찰 시 이용된다[3]. 대퇴골은 인체에서 가장 긴 뼈이며, 대퇴골 방사선검사 시 위로는 고관절부터 아래로는 슬관절까지 포함하여 검사를 진행한다. 그러나 검출기의 물리적 한계로 인해 하나의 영 상으로 나타내는데 한계가 있어 스티칭 기법이 최적의 검사 법으로 떠오르고 있다. 스티칭 기법은 주로 X선 튜브가 하 나의 축을 중심으로 각도를 변화시켜 영상 획득 후 영상을 합치는 방식(튜브회전방식)과 X선 튜브와 검출기가 동시에 이동하며 영상 획득 후 영상을 합치는 방식(스캔방식)이 사 용된다. 이 방식은 빠른 검사를 진행할 수 있는 장점이 있으 나, X선의 기하학적 특성에 의해 중심에서 멀리 있는 부분 은 왜곡이 발생할 수 있다. 특히, 검사 부위가 넓은 경우 튜 브의 각도 변화는 증가하게 되고, 이러한 각도 변화는 겹침 부분의 왜곡이나 완성된 영상의 상단과 하단 부분에 기하학 적 왜곡이 동반될 수 있다.

이와 같은 이유로 임상에서는 영상의 왜곡이 진단 및 수 술에 큰 영향을 미치는 경우에는 이 기법의 사용을 자제하 고 있으며, 수술 시 marker를 이용하여 임플란트의 크기와 종류를 결정하는 THRA의 경우에는 스티칭 기법의 적용을 지양하고 있는 것이 현실이다.

이에 본 연구에서는 스티칭 기법을 이용한 대퇴골 방사선 검사 시 marker의 위치와 스티칭 범위 변화가 대퇴골의 해 부학적 구조물 확대에 미치는 영향을 알아보고, THRA를 위 한 수술 전 검사에서 스티칭 기법을 이용한 대퇴골 방사선 검사의 활용 가능성에 대해 알아보고자 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 실험대상

본 연구는 whole body phantom PBU-50(PH-2, KYOTO KAGAKU, JAPAN)의 right leg/foot phantom을 대상으로 하였 고, 진단용방사선발생장치는 GC85A(Samsung electronics, KOREA)를 사용하였다. marker는 본원에서 자체 제작하여 사용중인 것을 이용하였으며, marker의 길이는 10 ㎝이다. 영상 측정은 Centricity RA1000(General Electronic, USA) 의료영 상저장전송시스템(picture archiving and communication system; PACS)으로 진행하였다.

2. 실험 방법

1) 영상획득방법

phantom은 테이블에 고정시키고 200 ㎝ 납자를 phantom 옆에 고정시켰다[Fig. 1(a)].

X선 조사 조건은 대퇴골 근위부는 68 ㎸p, 160 ㎃, 50 msec, 원위부는 66 ㎸p, 160 ㎃, 20 msec로 조사하였으며, 초점- 영상 수용체 간 거리(source to image receptor distance; SID)는 110 ㎝를 적용하였다. 영상 획득 범위는 대퇴골 두 최상단에서 원위 대퇴부 양측 과(lateral and medial condyle of distal femur)가 포함되게 설정하였으며, 두 지 점의 총 길이는 47.82 ㎝이었고, 23.91 ㎝를 phantom의 중 앙으로 설정하였다[Fig. 1(b)].

(1) marker 위치 변화에 따른 영상획득방법

phantom의 중앙과 납자 40 ㎝ 지점이 일치되게 납자를 위치시켰다. marker의 중심과 납자의 40 ㎝ 지점을 기준으 로 marker의 중심을 대퇴골 근위부 방향으로 5 ㎝씩 이동 (40, 45, 50, 55, 60 ㎝)하여 총 5개의 스티칭 영상을 획득 하였다.

(2) 스티칭 범위 변화에 따른 영상획득방법

phantom의 중앙과 납자 40 ㎝ 지점이 일치된 상태를 튜 브 회전각도 0°로 설정하였다. 이 기준을 중심으로 상·하로 1°씩 변경하여 총 6°까지 변경시키며 총 7개의 영상을 획득 하였다. 장비의 특성상 스티칭 각도가 1° 변화 시 스티칭 범 위는 상·하 2 ㎝(총 4㎝)가 증가하였으며, 이에 따른 스티칭 범위의 50.5∼74 ㎝까지 변화하였다.

2) 영상측정방법

방사선사 5명(임상경력 15년 이상 1명, 10년 이상 1명, 1 년 이상 3명)이 사전 훈련 후 서로의 측정치에 영향을 주지 않도록 다른 시간과 장소에서 1주간 5회 측정하였다.

(1) marker 위치 변화 별 영상에 대한 측정 방법

marker의 위치 변화에 따라 획득한 5개 영상에 대한 측 정 방법은 marker의 양쪽 끝부분의 전체 길이를 측정하였 다[Fig. 1(c)].

(2) 스티칭 범위 변화 별 영상에 대한 측정 방법

스티칭 범위 변화에 따른 영상의 변화 관찰을 위해 본 연 구에서는 3가지의 지표를 이용하였으며, 그 정의는 아래와 같다[Fig. 1(c)].

3) 자료분석방법

본 연구에서는 5명의 연구자가 측정한 측정치를 합하여 기술통계를 통해 제시하였으며, 측정치에 대한 측정자간 신 뢰도는 급내상관계수(intraclass correlation, ICC)를 통해 분석하였다. ICC 0.00∼0.39는 불량, 0.40∼0.74는 보통, 0.75∼1.00을 우수로 정의하였다.

통계프로그램은 SPSS(version 22.0, SPSS, Chicago, IL, USA)를 이용했다.

Ⅲ. 결 과

1. marker 위치 변화에 따른 영상 분석

동일한 스티칭 범위에서 marker의 위치 변화에 따른 영 상에서 측정 결과는 marker의 중앙과 대퇴골의 중앙이 일 치하는 경우(center)에는 113.34 ㎜이었으며, 5∼20 ㎝까지 이동시키며 측정한 측정치의 평균값은 113.54∼113.90 ㎜ 의 범위로 나타났고, 측정자간 신뢰도 분석 결과는 .845이 었다(Table 1).

2. 스티칭 범위 변화에 따른 영상 분석

스티칭 범위 증가에 따른 대퇴골의 해부학적 구조의 크기 변화에 관한 결과는 다음과 같다.

ITL의 길이는 57.24∼57.78 ㎜의 범위로 나타났으며, FBL의 길이는 27.20∼27.56 ㎜이었으며, 슬개골 상부 높이 에서 DFIL의 길이 70.11∼70.81 ㎜의 범위로 측정되었다.

각 각의 측정치에 대한 측정자간 신뢰도는 ITL의 길이의 경우 .679, FBL에서는 .943이었으며, DFIL의 신뢰도는 .387 로 나타났다(Table 2).

Ⅳ. 고 찰

과거 30여년간 THRA의 비약적인 발전으로 통증에서 해 방 또는 경감된 생활을 영위하는 것이 가능해졌으며, 운동 범위의 향상과 양측 다리 길이의 불균형이 있는 경우 THRA 를 시행하면 어느 정도의 교정도 가능하다. 기존의 선행 연 구에 따르면 THRA 수술 전 측정한 하지 길이 변화 예측치 는 평균 9 ㎜였고, 수술 후 측정한 하지 길이 변화 측정치는 평균 14 ㎜ 로 차이가 있다. 이와 같은 수술 전 예측 치와 수술 후 하지 길이 측정 치의 차이는 여러가지 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. THRA　시 가장 기본적으로 시행되는 방사선 검사는 수술 전 영상의 확대와 왜곡 정도, 조사선의 중심, 고관절의 정확한 위치 등이 적절히 고려되어야 하며 [4], 방사선 검사에서 영상의 확대나 왜곡의 정도를 정확히 계산하기 위한 노력은 꾸준히 진행되어 왔다. K. S. Conn 등은 대전자(greater trochanter)위에 동전 표식자를 사용 했을 시 대퇴골 구성 요소들의 크기 정확도가 크게 향상된 다고 보고하였으며[5], S. Wimsey 등의 연구에서는 환자의 허벅지 사이의 높은 부위에 동전 marker를 사용하여 평균 배율 오차 1.1%의 결과값을 제시하였고[6], Bertram 등은 고관절의 관상면에 공 모양의 marker를 사용하여 1.1%의 배율 오차 결과를 발표하였다[7]. 위와 같은 연구들의 공통 된 목표는 성공적인 THRA를 위한 고관절 방사선 검사의 배 율을 측정함으로서 영상의 확대와 왜곡의 정도를 정량적으 로 참고하기 위함이다. 하지만 marker들을 사용함에 있어 검사자의 숙련도, 작업환경 등에 의해 marker의 위치가 정 확하지 않은 경우 외과의사의 판단에 오류가 발생할 수 있 어 marker를 이용한 검사 시 주의가 필요하다. 최근에는 이 러한 단점을 보완하기 위해 marker를 환자의 검사 부위에 앞·뒤로 중복으로 사용하여 확대율을 구하는 이중 표식자을 사용한 검사법 등이 제시되기도 하였다[8].

본 연구에서는 임상에서 많이 이용하고 있는 단일 marker 방법을 이용하였다. 스티칭 범위를 고정시킨 후 marker를 이 동시켰을 경우, 중심(113.34 ㎜)에서 고관절 방향으로 5∼20 ㎝까지 이동시켜 측정한 측정치의 평균값은 113.54∼113.90 ㎜의 범위로 나타났다. 이는 수치상의 약간의 차이는 있으 나, 그 차가 오차범위 내에 있는 수치라고 사료되며, 따라서 스티칭 방법을 이용한 검사 시 marker의 위치가 marker의 확대율에 미치는 영향은 매우 미비하다고 생각된다.

marker 위치를 고정시킨 후 스티칭 범위를 변화시켰을 때 해부학적 구조의 확대 변화에 대한 연구 결과 ITL은 57.24∼57.78 ㎜의 범위로 나타났으며, FBL은 27.20∼ 27.56 ㎜, DFIL은 70.11∼70.81 ㎜의 범위로 측정되었다. 본 결과에서 스티칭의 최대 범위는 74 ㎝로 설정하였다. 이 길이는 인간의 대퇴골 평균 길이를 넘어선 범위이다. 이처 럼 길이를 최대로 가정하였음에도 불구하고, 해부학적 구조 물의 확대 정도는 오차범위 내에서 확대되는 것을 알 수 있 었으며, 약 6° 정도의 X선과 이동을 통한 스티칭 영상에서 는 영상 확대에 큰 영향을 미치지 않는다는 결과를 얻을 수 있었다.

본 연구를 통해 스티칭 기법을 적용하여 marker를 이용 한 대퇴골 방사선검사 시 marker의 위치 및 일반적인 대퇴 골 길이를 가진 환자 검사 시 스티칭 범위 변화에 따른 확대 율은 오차범위 내에서 발생함을 알 수 있었으며, marker를 이용한 선행된 관련 논문들과의 확대율과 유사한 편차를 보 였다. 하지만 영상의 통일성을 위해 marker의 위치는 항상 동일한 부위에 위치시켜 검사하는 것이 외과의사에게 검사 방법 및 검사 영상에 대한 신뢰도 향상을 위해 도움이 될 것 으로 생각된다.

본 연구를 통해 기존에 marker를 사용하는 경우 스티칭 기법을 사용하면 marker의 확대율이 달라질 것이라는 인식 의 전환을 가져올 수 있는 계기를 마련할 수 있었다. 하지 만, 본 연구에서는 한 업체의 장비만을 사용하였고, 다양한 대퇴부 두께를 가진 환자가 아닌 팬텀을 대상으로 했다는 제한점이 있다. 추후 실제 환자를 대상으로 한 연구 및 대퇴 골 측면 연상에서의 해부학적 구조물의 확대 변화에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 스티칭 기법을 이용한 대퇴골 방사선검사 시 marker의 위치 변화와 스티칭 범위가 marker와 대퇴골의 해부학적 구조물들의 확대율에 미치는 영향을 알아보아 THRA를 위한 스티칭 대퇴골 방사선검사가 임상적으로 사 용 가능한지에 대해 알아보고자 진행하였다. 연구 결과, 스 티칭 기법을 이용하는 경우 marker의 위치와 스티칭 범위 는 marker와 해부학적 구조의 확대율에 미치는 영향은 매 우 미비하여, marker를 사용하는 대퇴골 방사선검사 시 스 티칭 방법을 이용하는 것은 임상적으로 유용할 것으로 사료 된다.