Ⅰ. 서 론

의료장비와 영상구성기법들의 발달에 따라 의료에서 방 사선영상을 활용한 진료와 치료의 신뢰도가 높게 나타나고 있다. 이에 따른 현재 방사선검사의 수가 증가함에 따라 일 반인이 방사선을 접하는 횟수가 많아지고 있다[1]. 방사선검 사의 횟수가 증가하면서 의료방사선 피폭에 관한 관심도 높 아지고 있다. 국민 1인당 의료용 방사선에 의한 피폭은 2007년은 0.93 mSv, 2008년은 1.06 mSv로 증가하여 2011 년에는 1.4 mSv로 2007년보다 약 50% 증가하였다[2]. 의료 기관에서 방사선검사 시 가장 많이 사용하는 장비는 일반방 사선검사 장비이다.

일반방사선검사 장비에서 발생하는 방사선은 거의 모든 방향에서 균등하게 방사선이 발생하고 있다. 하지만 실제 발생하는 방사선 강도분포는 검사조건, 저지극(target)의 물질 및 두께에 따라서 강도분포가 변화하게 된다[3]. 강도 분포가 다르게 발생하는 원인은 Target의 경사각에 의해서 발생하게 되는데 이러한 효과를 경사각 효과(heel effect)라 고 한다. Heel effect는 양극 방향에서 방사선 감소 현상으 로 음극 방향과 양극 방향의 방사선 강도는 균일하지 않으 며, 이러한 불균형으로 인해 X선 영상의 농도 차이가 발생 한다[4]. 이러한 이유로 현재 교육기관에서는 피사체의 두 꺼운 부분을 음극 방향으로 위치시켜 영상의 균일도를 향 상시키고, 방사선 피폭선량을 줄이기 위해 방사선 감수성 이 높은 부분을 양극 방향으로 위치시키도록 교육하고 있 다. 머리뼈 전-후 축 방향 검사(Skull Town’s method) 는 바로 누운 자세(supine position)에서 눈확확귓구멍선 (orbitomeatal line; OML)이 영상수신기(image receptor; IR)에 수직일 때 발쪽(caudal)으로 30°, 눈확확아래귓구멍 선(infraorbitomeatal line; IOML)에 수직일 때 발쪽으로 37°로 각도를 주고, 코뿌리점(nasion) 상방 6 cm 지점을 향 해 방사선이 입사하여 시행하는 검사로 머리에 외부적인 충격이나 교통사고 등으로 응급실 내원 시 기본적으로 실 시하는 검사이다[5,6]. 머리뼈에는 방사선 감수성이 높은 수정체와 갑상샘 등 주변 장기가 있지만[7-9], 현재 Skull Town’s 검사 시 heel effect에 의한 불균일한 선량 분포를 고려하지 않고 검사를 실시하고 있다. 하지만 heel effect에 따른 영상의 농도 차이와 선량의 불균일성으로 인한 주변 장기조직에 대한 피폭선량의 연구는 이루어지지 않고 있다.

이에 본 연구는 Skull Town’s 검사 시 Tube 방향에 따라 발생되는 Heel effect에 따른 강도분포가 주변 장기에 미치 는 표면선량 차이를 파악하고, 영상을 분석하여 Skull Town’s 검사 시 최소의 선량으로 최대의 영상을 획득하는 방법을 제시하고자 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 연구 재료

본 연구에 사용된 장비는 Skull Town’s 영상을 획득하기 위해 Skull phantom(Head sectional phantom), 주변 장 기의 산란선 측정을 위한 산란선 측정기(The Unfors PSD, Sweden), DR system으로 설치된 진단용 방사선발생장치 (Dong Kang Medical, Accuray 525R, Korea)를 사용하여 측정하였다.

2. 연구방법

1) 표면선량 측정

Skull Town’s 검사 시 Tube 방향에 따른 주변 장기에 미치 는 표면선량 측정을 위해 사용된 조건은 76 kVp, 200 mA, 0.125 sec(25 mAs)을 사용하였으며, 초점-검출기 간의 거 리(Focus-Image receptor Distance: FID)는 100cm, 조사 야 24×36cm²로 설정하였다. 표면선량측정의 위치는 이 마뼈(Frontal bone), 양쪽 눈확(Both Orbit), 갑상샘 (Thyroid)에 4군데를 설정하여 부착하였으며, 순서대로 a1, a2, a3, a4 지점으로 하고, 중심선은 코뿌리점(nasion) 상 방 6cm 지점에 조사하였다(Fig. 1). Tube 방향에 따른 표 면선량을 측정하기 위해 Tube에 설정되어있는 음극(-) 방 향과 양극(+) 방향을 기준으로, 각각 음극 방향과 양극 방향 으로 30°, 37°로 변화를 주어 표면선량을 측정하였으며, 선 량의 평균값을 산출하기 위해 5회 조사하여 표면선량을 획 득하였다(Fig. 2,3)

2) 영상평가

영상의 분석은 정량적인 분석을 위해 Image J. Ver. 1.40 을 사용하여 분석하였다. 본 연구에서 영상의 측정은 표면 선량 측정 시 방법과 동일한 방법으로 측정하였으며, 방사 선의 중심선속을 nasion으로 하여 영상을 획득하였다. 영상 분석에 사용된 영상은 Raw data인 Tiff 파일을 선택하여 분 석하였으며, 영상평가 인자는 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio; SNR), 최대 신호 대 잡음 비(Peak Signal to Noise Ratio; PSNR), 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error; RMSE), 오차제곱평균(Mean Square Error; MSE) 을 측정하였다.

3) 통계학적 분석

본 실험을 통해 선량 값과 영상평가 자료(data)는 평균과 표준편차 및 최소값, 최대값을 파악하기 위해 기술통계를 실시하였다. 또한, Tube 방향에 따른 선량 및 화질의 음극 방향과 양극 방향의 각도를 비교하기 위해 Paired t-test를 실시하였으며, 유의수준은 95%를 기준으로 p-value가 0.05 이하이면 통계학적으로 유의하다고 판단하였다. 통계 학적 분석을 위해 SPSS Ver. 22.0(Chicago, IL, USA)을 사용하였다.

Ⅲ. 결 과

1. Tube 방향에 따른 선량 측정

1) Tube 방향 30°선량

Tube 방향에 따른 각도를 30°로 하였을 때 선량 측정결 과 Table 1과 같이 나타났다. 이마뼈의 경우 양극 방향은 5.28 mGy, 음극 방향은 4.46 mGy로 음극 방향으로 하였을 때 선량이 0.82 mGy 낮게 나타났다. 양쪽 눈확의 경우도 음 극 방향으로 하였을 경우 양극 방향으로 하였을 때 보다 오 른쪽 눈확은 1.14 mGy, 왼쪽 눈확은 1.02 mGy 선량이 낮게 나타났다. 갑상샘의 경우도 음극 방향으로 하였을 때 0.93 mGy 선량이 낮게 나타났으며, 선량 간의 차이는 통계학적 으로 유의하게 나타났다(p<0.05), (Table 1).

2) Tube 방향 37°선량

Tube 방향에 따른 각도를 37°로 하였을 때 선량 측정결 과 Table 2와 같이 나타났다. 이마뼈의 경우 양극 방향에서 4.23 mGy, 음극 방향에서 3.81 mGy로 나타났으며, 음극 방향으로 하였을 경우 양극 방향으로 하였을 때 보다 선량 이 0.42 mGy 낮게 나타났다. 눈확의 경우 음극 방향으로 하 였을 경우 양극 방향보다 오른쪽 눈확은 0.8 mGy, 왼쪽 눈 확은 0.66 mGy로 낮게 나타났다. 갑상샘의 경우 음극 방향 과 양극 방향의 선량 차이는 1.39 mGy로 음극 방향으로 하 였을 때 낮게 나타났으며, 선량 간의 차이는 통계학적으로 유의하게 나타났다(p<0.05), (Table 2).

2. Tube 방향에 따른 영상평가

1) Tube 방향 30°

Tube 방향을 30°에서 영상을 비교 분석한 결과 Table 3 과 같이 나타났다. SNR의 경우 음극 방향으로 하였을 때 52.42, 양극 방향으로 하였을 때 21.33으로 음극으로 하였 을 때 SNR이 더 높게 나타났다. PSNR은 음극 방향이 54.83, 양극 방향 23.64로 음극 방향이 더 높게 나타났다. RMSE는 음극에서 28.56, 양극 방향에서 24.82로 나타났으 며, MAE는 음극에서 18.29, 양극에서 21.08로 나타났다. Tube 방향을 30°로 하였을 경우 음극 방향으로 각도를 주었 을 때, 양극 방향으로 주었을 때 보다 영상의 결과 값이 높게 나타났으며, 통계학적으로 유의하게 나타났다(p<0.000), (Table 3).

2) Tube 방향 37°

Tube 방향에 따른 각도를 37°로 하였을 때 영상을 비교 분석한 결과, 다음과 같이 나타났다. SNR의 경우 음극 방향 에서 54.70, 양극 방향에서 54.03으로 나타났으며, PSNR 의 경우 음극 방향에서 56.93, 양극 방향에서 56.31로 음극 방향으로 하였을 때 높게 나타났다. RMSE의 경우 음극 방 향에서 21.35, 양극 방향에서 22.98로 양극 방향에서 높게 나타났으며, MAE의 경우 음극 방향에서 12.43, 양극 방향 에서 14.10으로 양극 방향에서 높게 나타났으며, 통계학적 으로 유의하게 나타났다(p<0.05), (Table 4).

Ⅳ. 고 찰

의료기관에서 많이 사용하고 있는 진단용방사선발생장치 는 방사선 발생부와 영상 획득부로 나누어져 있다. 방사선 발생부의 경우 고압 케이블과 X선관 등으로 이루어져 있다. X선관의 음극은 열전자를 발생시키는 텅스텐 필라멘트 (filament)와 집속통(focusing cap), 스템(stem) 등으로 이 루어져 있으며, 양극은 저지극(target), 로터(roter), 양극 축(anode shaft)으로 이루어져 있다. X선관의 음극에서 발 생하는 열전자가 빠른 속도로 target에 충돌하면 방사선이 발생하게 된다[10]. Heel effect란 방사선 발생 시 음극과 양극에 발생하는 X선의 강도분포 차이를 말하며, 발생하는 이유는 열전자가 충돌하는 target의 경사각에 의해서 발생 이 되며, target의 각도에 따라서 다르게 나타나며 각도가 작을수록 heel effect는 더욱더 커지게 된다[11-14]. 신성 규의 연구논문에 양극 30°와 음극 30°의 선량 분포를 비교 분석한 결과 음극 방향보다 양극 방향의 ESD가 550 μGy, 679 μGy로 양극 방향 30°가 더 높게 나타났다고 보고하였 다[2]. 본 연구에서는 Tube 방향을 각각 음극 방향과 양극 방향으로 30°, 37°로 하여 주변 장기의 선량을 측정한 결과 tube 방향을 30°로 하였을 때 이마뼈는 0.82 mGy, 오른쪽 눈확 1.14 mGy, 왼쪽 눈확 1.02 mGy, 갑상샘 0.93 mGy로 음극 방향으로 하였을 때 선량이 낮게 나타났다(p<0.04). Tube 방향에 37°로 하였을 때의 선량 차이는 이마뼈의 경 우 0.42 mGy, 오른쪽 눈확 0.8 mGy, 왼쪽 눈확 0.66 mGy, 갑상샘은 1.39 mGy로 음극이 더 낮게 측정되었다(p<0.02). 이러한 결과는 신성규의 연구논문 결과와 본 연구결과는 일 치하는 결과로 나타났으며, 이는 방사선 발생에 의한 강도 분포는 음극 방향 쪽이 더 방사선이 높게 나타나지만, tube 방향을 음극 방향으로 주었을 때 오히려 환자에게 낮은 피 폭선량이 나타나는 결과가 도출되었다. 현재 교육기관에서 는 방사선검사 시 heel effect에 의한 방사선 강도 불균형으 로 인체의 두꺼운 부위인 등뼈 전-후방향 검사(thoracic vertebral Anterior-Posterior projection), 발 전-후방향 검사(foot Anterior-Posterior projection) 등 검사 시 비 교적 얇은 부위는 양극 방향으로, 두꺼운 부위는 음극 방향 으로 검사를 실시하여야 영상의 균일도를 유지할 수 있다고 교육을 실시하고 있다[13-16].

본 연구 결과, Tube 방향을 30°에서 음극과 양극의 차이 를 보면 SNR은 31.09로 음극 방향으로 하였을 SNR이 더 높게 나타났다. PSNR은 음극 방향과 양극 방향의 차이가 31.19로 음극 방향이 더 높게 나타났다(p<0.000). Tube 방 향 37°에서 음극 방향과 양극 방향의 차이를 보면 SNR이 0.67, PSNR 0.62로 음극이 더 높게 나타났다(p<0.05). 현 대의학의 발전과 방사선검사의 기술 및 장비의 발전으로 환 자의 질병을 조기에 발견하고, 치료 및 예방을 하고 있다. 하지만 의료방사선을 이용한 검사 건수가 많아질수록 환자 의 의료피폭은 증가할 것이다. 질병관리청은 진단참고수준 의 가이드라인을 배포하여 의료피폭에 대한 가이드라인을 제시하고 있다. 따라서 진단적 가치가 높은 영상과 환자 피 폭선량의 최소화를 위해 지속적인 연구가 필요할 것으로 사 료된다.

Ⅴ. 결 론

머리뼈 전-후 축 방향 검사 시 Tube 방향설정에 따른 표 면선량과 영상분석에 관한 연구결과 다음과 같은 결론을 얻 었다. 첫째, Tube 방향을 30°로 하였을 때 주변 장기 선량 측정 결과, 모든 장기에서 음극 방향으로 하였을 때 선량이 낮게 나타났다(p<0.04). 둘째, Tube 방향에 37° 하였을 때 의 주변 장기의 선량은 음극 방향이 더 낮게 측정되었다 (p<0.02). 셋째, Tube 방향을 30°에서 SNR과 PSNR 모 두 음극 방향이 더 높게 나타났다(p<0.000). 넷째 Tube 방향 37°에서 SNR과 PSNR 모두 음극이 더 높게 나타났다 (p<0.04). 이에 Tube 각도가 요구되는 검사에서는 음극 방 향으로 하여야 환자의 피폭선량이 적어질 것으로 사료된다.