Ⅰ. 서 론
전산화단층촬영(computed tomography; CT)은 1970년 대 초반에 도입된 이래 1차 진단 영상 방식으로 현재 임상적 으로 활발하게 이용되고 있다. 1980년대 후반에 나선형 스 캔 기술이 적용되고, 1990년대 후반에 다중 검출 기술이 개 발된 이후 CT의 임상 적용 수와 영향은 지속적으로 증가하 고 있다[1]. CT는 비교적 신속한 스캔 속도와 높은 공간 분 해능을 통해 비침습적으로 인체의 내부 장기를 비롯하여 뼈, 연부조직 등을 관찰할 수 있으며[2], 조영제를 사용할 경우 혈관의 정보를 상세하게 획득할 수 있으므로 오늘날 대표적인 영상기법으로 임상에서의 활용도가 매우 높다[3]. 또한, CT 스캔으로 생성된 단층 영상은 다양한 재구성 과정 을 통해 여러 평면을 시각화하여 병변을 입체적으로 모사할 수 있으므로, 인체 내부의 질환을 정확하게 진단할 수 있다 [4]. 특히 종양의 경우 존재를 확인하고 크기와 위치를 결정 하는데 정확한 의료정보를 제공할 수 있으므로 암의 병기 결정, 치료 계획 및 추수 관찰 등 다양한 측면에서 중요한 역할을 하고 있다[5-7]. 이와 같은 CT는 고선량의 전리방사 선을 이용하여 일반 방사선검사나 초음파검사에 비해 정확 한 진단이 가능하므로 현대 의학에서는 반드시 필요한 진단 도구임에는 분명하지만, 방사선 노출량이 다른 방사선 진단 검사에 비해 상대적으로 많으므로 암 발생에 영향을 미치는 확률은 증가하여 악성 종양의 잠재적 위험이 존재하게 된다 [8]. 이와 같은 추정에 대해 논란이 있지만, CT의 정확한 진 단적 가치를 유지하면서 인체에 대한 방사선 노출을 최소화 하는 것이 필요하다[9]. 이와 관련하여 영상의 질 저하를 최 소화하면서 인체의 표면선량을 감소시키는 bismuth가 유방 이나 안구의 방사선 차폐제품으로 보급되어 있다. 관련 연 구에 따르면 bismuth 차폐체 사용으로 수정체에서 37mGy 에서 19mGy로 47%의 선량 감소효과를 보고하였고[10], Siemens의 선량감소 도구인 X-care 모드를 적용한 CT검 사에서 전방 120° 부분의 고정된 영역의 방사선 발생을 감 소시키고 240° 부분에서 보완하여 출력을 발생함으로서 표 면부 선량의 방사선량을 경감하는 방법도 소개되었다[11]. 저자는 본 연구를 통해 인체에서 방사선 감수성이 높은 대 표적 장기인 눈의 수정체 보호를 위해 안와 CT검사 시 선량 감소 도구와 차폐체를 통한 선량감소와 영상의 질을 분석하 여, 임상적으로 활용할 수 있는 데이터를 제공하고자 한다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 실험재료
본 연구는 팬텀을 대상으로 CT (Somatom Definition Edge, Siemens, Germany) 스캔을 시행한 후 선량 측정과 영상의 질을 평가하는 것으로 진행하였다. 표면선량은 CT scanner dosimetry 팬텀과 이온챔버(IBA dosimetry, Germany)를 이용하여 측정하였으며, 영상평가는 Radiosurgery head 팬텀 (CIRS, model no. 605, USA)을 대상으로 CT 영상을 획득하여 평가하였다[12-14]. 선량감소 도구로는 X-care (Siemens, Germany)를 사용하였는데, 이것은 유방과 갑상 선 또는 눈의 수정체 등 방사선량에 가장 민감한 신체 부위 에 대한 광자의 양을 감소시키기 위해 X선관의 전류를 저하 시켜 X선 노출로부터 보호할 수 있으며, 영상의 질 저하를 방지하기 위해 잔류 X선관 전류를 자동으로 조정할 수 있 다. 또한, 차폐체로는 bismuth (0.06㎜Pb equivalent, F&L medical products, USA)를 이용하였다(Fig. 1)[15-18].
2. 실험방법
실험은 팬텀을 대상으로 CT 스캔을 시행한 후 선량 측정 과 영상의 질을 평가하였다. 임상에서는 환자의 Topography 에 맞추어 care kV, care dose 4D를 적용하여 CT 스캔을 시행하는데, 표면선량 측정의 경우 실험 결과에 영향을 미 칠 수 있는 환경을 배재하여 오직 선량감소 도구와 차폐체 의 효과를 판단하기 위해 care kV, care dose 4D와 같은 선 량 자동조절 기능은 적용하지 않았다. 영상의 질 평가를 위 해서는 실제 임상에서 사용하는 방법에 최대한 근접한 조건 으로 비교하기 위해 care kV, care dose 4D를 본원 조건으 로 설정하였다(Table 1)[19, 20].
1) 표면선량 측정
CT scanner dosimetry 팬텀의 단면을 시계방향으로 12 h, 3 h, 6 h, 9 h부위와 중심부위를 설정된 CTDIvol (39.49mGy) 으로 스캔하고 리더기를 통해 계측하였다. 실험에 사용한 CT 스캐너는 CTDIvol의 25 % 정도의 정상적인 출력이 발생 하는 것을 확인하였으며, 이와 같은 영향을 반영하여 실험 하였다[21]. 선량이 변하는지 정확한 측정을 위해 어떠한 조 건도 설정하지 않은 경우, X-care를 적용한 경우, bismuth 차폐체만 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0㎝, 1㎝, 2㎝), X-care와 bismuth 차폐체를 모두 이용 한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0㎝, 1㎝, 2㎝) 의 총 8가지 조건으로 세분화하여 표면선량을 측정하였다. 또한, 실험 결과의 정확성과 재현성 확보를 위해 동일한 조 건으로 표면선량을 3회 측정하였으며 획득한 결과를 평균과 표준편차를 구하고 통계적으로 검증하여 선량감소 효과의 상관관계를 분석하였다(Fig. 2).
2) 영상의 질 평가
영상의 질 평가를 위해 사용한 Radiosurgery Head 팬텀 은 방사선 수술에서 치료계획 검증의 정확성을 향상시키기 위해 설계된 팬텀으로 에폭시 재료로 제조되며 내부에 뇌, 뼈, 척수, 척추디스크 및 연조직을 포함하고 있는 팬텀이다. 따라서 인체와 유사한 선흡수계수를 통해 모사할 수 있는 팬텀을 대상으로 영상의 질 평가 실험을 하였으며 어떠한 조 건도 설정하지 않은 경우, X-care를 적용한 경우, bismuth 차폐체를 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0㎝, 1㎝, 2㎝), X-care와 bismuth 차폐체를 모두 이용 한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0㎝, 1㎝, 2㎝) 의 총 8가지 조건으로 세분화하여 CT 영상평가를 위해 2회 스캔하였다[22-24]. 획득한 영상의 전반적인 진단적 가치 평가를 위해 본원 영상의학과 전문의를 대상으로 맹검법 (blind test)을 통해 2회 시행하였으며 평가에 영향을 미칠 수 있는 편향적 오류를 최소화하였다. 또한, 평가의 신뢰도와 정확도 확보를 위해 5가지 등급 (none : 1점, unacceptable : 2점, suboptimal : 3점, average : 4점, superior : 5점)으 로 세분화하여 5점 척도로 수치화하였다. 또한 ,객관적 평 가를 위해 양측 안와 중간에 관심영역 (10㎜)을 설정하여 HU (hounsfield unit)의 표준편차를 측정하였다. 이때 본 원에서 시행하고 있는 CT 프로토콜인 X-care와 bismuth 차폐체를 이용하지 않은 경우의 결과를 기준으로 7가지 조 건의 결과를 수치적으로 비교 분석하였다(Fig. 3).
3. 자료분석방법
측정된 결과에 대한 유의성 분석을 위해 분산 분석(analysis of variance; ANOVA)을 적용하였으며, 통계프로그램(SPSS, ver. 22, IBM)을 이용하여 분석한 후 유의수준 95%를 기준으 로 p값이 0.05 미만일 때 유의한 것으로 판단하였다.
Ⅲ. 결 과
1. 표면선량 측정
CT scanner dosimetry 팬텀의 12 h, 3 h, 6 h, 9 h 시계 방향과 중심부위 실험 결과의 각 평균은 어떠한 조건을 설 정하지 않은 경우 10.23±09 mGy에서 10.72±24mGy까 지, X-care를 적용한 경우 6.93±03 mGy에서 11.00±33 mGy까지, bisthmus (0㎝)의 경우 9.31±26mGy에서 10.58±16mGy까지, bisthmus (1㎝)의 경우 9.44±27mGy 에서 10.69±09mGy까지, bisthmus (2㎝)의 경우 9.56± 25 mGy에서 10.58±20mGy까지, X-care와 bisthmus (0㎝)를 함께 이용한 경우 5.82±17mGy에서 10.75±07 mGy까지, X-care와 bisthmus (1㎝)를 함께 이용한 경우 6.14±19mGy에서 11.24±17mGy까지, X-care와 bisthmus (2㎝)를 함께 이용한 경우 6.40±05mGy에서 10.99±20 mGy까지 측정되었다. 특히 CT scanner dosimetry 팬텀의 여러 부위 중 인체의 안와 부위에 해당하는 12 h 방향의 표 면선량은 어떠한 조건을 설정하지 않은 경우를 기준으로 상 대적으로 비교한 결과 X-care를 적용한 경우 35.35 %, bisthmus (0㎝)의 경우 13.15%, bisthmus (1㎝)의 경우 11.94%, bisthmus (2㎝)의 경우 10.82%, X-care와 bisthmus (0㎝)를 함께 이용한 경우 45.70%, X-care와 bisthmus (1㎝) 를 함께 이용한 경우 42.72%, X-care와 bisthmus (2㎝)를 함께 이용한 경우 40.29 % 감소하였다(Table 2).
2. 영상의 질 평가
실험을 통해 획득한 영상은 bismuth 차폐체를 구성하는 원자들과 광자의 상호작용에 의한 산란선의 증가로 인한 잡 음의 증가가 영상의 질을 저하시켜 임상 판독에 일정부분 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다. 전문의를 통한 육안 적 평가 결과 대부분의 영상은 진단적 가치를 포함하여 수 용가능한 수준으로 나타났다. 다만 CT 스캔 조건의 조합에 따라 16회의 영상 중 3회는 영상의 질이 임상적으로 판독은 가능하지만 가급적이면 수용하지 않는 수준으로 나타났다 (Fig. 4).
한편 전문의에 의한 영상의 질 평가 결과 bisthmus (0㎝) 의 경우 2회 모두 3점, X-care와 bisthmus (0㎝)를 함께 이용한 경우 1회 3점을 제외하고 모든 경우 4점 이상으로 나 타났다. 특히 X-care를 단독 적용한 경우 1회 5점으로 나 타났다. bismuth 차폐체를 구성하는 원자들과 광자의 상 호작용에 의한 산란선의 증가로 인한 잡음의 증가가 영상 의 질을 저하시켜 임상 판독에 일정부분 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다[25-27]. 또한, HU SD를 이용한 객 관적 평가의 경우 본원에서 임상적으로 이용하고 있는 CT 프로토콜과 비교했을 때 상대적으로 X-care와 bisthmus (1㎝)를 함께 이용한 경우가 가장 근접하게 분석되었다 (Table 3, 4).
Ⅳ. 고 찰
본 연구는 2019년 기준 안와검사, 부비동검사, 안면부 검 사 등 약 2,000여 건 이상 CT검사를 시행하고 있는 본원에 서 영상의 질 저하 없이 방사선 감수성이 높은 수정체의 노 출선량을 경감하기 위한 방법을 모색하기 위하여 수행되었 다. 이와 관련한 선행연구가 이미 여러차례 보고되었으며[28], 실제 많은 임상기관에서 활용하고 있다. 국제방사선방어위원 회(international commission on radiological protection; ICRP)의 보고서에 따르면 의료방사선 노출에 의한 암 발생 률은 높지 않지만, 두부 CT검사, 부비동 CT검사, 안와 CT 검사를 시행하는 경우 수정체의 선량은 각 3mGy, 7mGy, 13mGy 정도로 다른 방사선검사에 비해 매우 높다[29]. 특 히 2011년에는 수정체의 방사선 노출 한계선량을 0.5 Gy로 발표하였다[30]. 이후 수정체의 연간 허용선량을 20mSv로 하향 조정하였다[30]. 이에 따라 미국방사선방어측정심의회 (national council on radiation protection and measurements; NCRP)를 포함한 영국 및 유럽연합에서도 기준을 낮추고 있 다[31]. 방사선 노출에 의한 수정체의 혼탁 혹은 백내장에 매우 흔하게 발병할 수 있다. 이와 같은 질환은 방사선에 의 한 결정론적 영향에 의해 발생한다고 생각되어 왔지만, 방 사선에 노출되어 오랜 시간이 지난 뒤에 안과 질환 등의 부 작용이 발생하는 경우가 보고되면서 확률적 영향에 의해 발 생할 수도 있다는 가능성이 언급되고 있다[32]. 확률적 영 향의 심각성은 흡수선량과 무관하게 소량의 방사선 노출에 의해서도 발생할 수 있다는 것이다. 2016년 NCRP에서 발 생한 Commentary No. 26에 따르면 방사선에 의한 수정체 의 혼탁이 본질적으로 확률적일 수도 있다고 언급하고 있지 만, 역학적으로 명확한 증거와 일치하지 않는 부분이 있기 때문에 현재는 결정론인지 확률론인지 명확하지는 않다[33]. 그럼에도 불구하고 이와 같은 최신의 연구를 살펴볼 때 안 와 CT검사에서 수정체의 방사선 노출은 방사선에 의한 인 체의 영향을 고려하였을 때 매우 신중하게 접근해야 할 것 으로 판단된다. 관련 연구에 따르면 선량감소 도구 중 하나 인 care kV와 bismuth 차폐체를 함께 이용하였을 때 약 31%의 선량감소 효과가 있었다. 따라서 산란선 및 노이즈의 증가로 인한 진단적 가치의 손실을 최소화하면서 영상의 질을 개선할 수 있다면 매우 유의미하게 임상적으로 사용 가능할 것으로 판단된다[34]. 한편, 본 연구는 실험 결과에 영향을 미칠 수 있는 환경을 배재하여 오직 선량감소 도구 와 차폐체의 효과를 판단하기 위해 care kV, care dose 4D 와 같은 선량 자동조절 기능은 적용하지 않았으며, 영상의 질 평가는 실제 임상에서 사용하는 방법에 최대한 근접한 조건으로 비교하기 위해 care kV, care dose 4D를 본원 조 건으로 설정하여 실험하였다. 또한, 저자는 본 연구를 진행 하는 과정에서 Temporal CT를 추가하여 연구의 상관관계 를 분석하려하였으나 Temporal CT검사에 일반적으로 사용 하는 고분해능(ultra high resolution; UHR) 모드는 X-care 병합하여 사용이 불가능 한 것으로 파악되어 한계 점으로 남는다[35]. 고분해능 모드는 최적의 영상 재구성을 위해 이론적으로 완벽한 높은 품질의 광자량이 요구되지만, X-care를 사용하면 신호가 한 방향으로 감소하기 때문에 고분해능 모드가 일정한 영상 재구성 품질을 유지하는데 문제가 될 수 있다. 이 경우와는 다르게 표준 모드에서는 충분한 신호의 광자를 얻기 위해 피치를 감소시킬 때 보상 으로 오버샘플링이 되는데, 이러한 이유로 고분해능 모드 와 X-care의 조합은 원칙적으로 불가능하기 때문이다[19, 20].
Ⅴ. 결 론
본 연구는 선량감소 도구인 X-care와 방사선 차폐물질로 서 bismuth를 통해 표면선량과 영상의 질을 평가하였다. 안와 CT검사 시 수정체의 방사선 노출은 매우 신중해야 할 필요가 있으며, 적극적인 선량 저감의 방법과 최고 수준의 차폐 기술이 함께 동반되어야 할 것으로 판단된다. 따라서 최적의 방사선량을 조사하면서 선량감소 도구와 함께 차폐 체를 적합한 위치에서 사용하면 진단적 가치가 높은 영상의 질을 유지하면서 방사선에 민감한 수정체의 노출선량을 감 소시킬 수 있을 것으로 사료된다.
