Ⅰ. 서 론

X선이 발견된 1895년 이후 질병의 진단과 치료에 방사선 이 중요한 역할을 수행하고 있다[1, 2]. 디지털 의료영상 획득 장치(Digital System)은 1990년대 중반부터 일반방사선검 사에 사용되었으며, 넓은 동적 범위와 후처리 기술로 사용자 에게 편리함과 동시에 높은 품질의 영상을 획득할 수 있도록 한다. 그러나 디지털 시스템은 후처리를 통해 노출 부족 또는 과다인 영상에 대해서도 진단 가치가 있는 영상으로 보완할 수 있어 실제적인 노출 정도를 육안으로 판별하기 어렵다. 임상 환경에서는 노출 부족으로 인해 재촬영되는 것을 방지 하고자 높은 선량으로 검사를 진행하는 경향이 있다[2-4].

이를 보완하기 위해 디지털 시스템의 여러 제조사에서는 독자적인 방법을 적용한 노출지표(Exposure Indicator)를 통해 노출의 정도를 콘솔에 제공하고 있다. 각 제조사의 노 출지표는 검출기에 입사되는 선량과 비례, 반비례 등으로 서로 다른 관계를 나타내어 사용자에게 혼란을 초래한다[5, 6]. 또한, 사용자가 콘솔에서 수동 조정이 가능하여 원하는 영상 품질이 되도록 수정하는 경우가 많다[7].

국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission; IEC)에서는 2008년에 IEC 62494-1을 통해 노출지수(Exposure Index; EI)의 개념을 도입하였다[8]. EI는 디지털 시스템에서 획득된 영상의 유효영상영역에 대 한 검출기의 응답측정으로 정의된다. 선행 연구에 따르면 EI는 검출기에 입사된 선량과 비례관계를 나타내며, 사용자 에 의한 임의 조정이 불가능하다고 보고되었다[7-10]. IEC 에서는 EI와 함께 목표노출지수(Target Exposure Index; EI_T)와 편차지수(Deviation Index; DI)에 대한 개념도 정의 하였다. EI_T는 검출기를 적절히 노출시켰을 때의 EI값이며, DI는 설정된 EI_T에 대한 실제 EI값의 편차를 의미한다[8]. 이들 IEC에 따른 EI, EI_T 그리고 DI는 몇몇 디지털 시스템 제조사에서 콘솔에 자동으로 표시되도록 제공하고 있다.

진단참고준위(Diagnostic Reference Level; DRL)은 진단 방사선 및 핵의학에서 환자선량의 최적화 도구로서 활용되는 값으로 국제방사선방어위원회(International Commission on Radiological Protection; ICRP)에 의해 그 사용이 권고되고 있다[11, 12]. 국내에서는 흉부 일반방 사선검사에 대해 2008년부터 환자선량 조사 및 평가를 통 해 국가 DRL을 정하여 권고하고 있으며, 정기적인 조사를 통해 그 값을 개정하고 있다[13, 14]. 일반방사선검사에서의 DRL은 면적선량(Dose Area Product; DAP) 또는, 입사표 면선량(Entrance Surface Dose; ESD)의 분포에서 3사분 위(75%) 지점의 값으로 지정된다[12-14].

선행 연구들에서는 노출지표 및 IEC에 따른 EI를 환자선 량 최적화 도구로 활용하기 위한 시도가 이뤄졌으며, 그 유 용성이 확인되었다[4, 7, 10]. 이에 본 연구는 두부 일반방 사선검사에 대해 DRL을 기반으로 EI_T를 설정하고, 그에 따 른 DI의 변화를 통해 EI, EI_T 그리고 DI의 환자선량 최적화 도구로서의 활용 가능성을 확인하는 것을 목표로 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 실험장치

실험에는 디지털 시스템에 속하는 컴퓨터 방사선 영상장치 (Computed Radiography system; CR System)을 사용하였 다. 사용된 CR system(REGIUS MODEL 110S, KONICA MINOLTA, INC., Tokyo, Japan)은 IEC에 따른 EI를 표시하 는 장치이며, 10 × 12인치의 광자극 인광(Photostimulable Phosphor; PSP)형식의 영상수용체(Image Receptor; IR) (REGIUS RC-110, KONICA MINOLTA, INC., Tokyo, Japan)를 사용하였다. 모든 실험에 방사선 발생장치(GXR-40 system, DRGEM Corporation, Gwangmyeong-si, Korea) 로 X선을 조사하였으며, 그리드는 적용되지 않았다. 전리함 방식의 선량계(2026C, Radcal Corporation, California, United States)와 60 cc 전리함을 사용하여 선량을 측정하였 다. 해당 선량계는 2018년 11월 27일에 Radcal Corporation 으로부터 교정받았다. 인체 모형 팬텀으로 Opaque Skull Phantom(76-618, Cardinal Health Co., Ohio, United States)을 사용하였다.

2. 실험방법

1) 두부 일반촬영의 조사조건 및 DRL

국내 두부 일반촬영의 검사 건수는 2017년을 기준으로 약 600만 건으로, 이는 전체 일반촬영 검사 건수인 약 1억 7천 만 건에 대해 약 3.53%에 해당한다[15]. 비록 비중은 적으나 얼굴뼈의 골절, 코곁굴 내의 염증 유무 관찰, 두개골 내 석회 와 유무 관찰 등을 위해 중요한 검사이다[16]. 이에 본 연구 에서는 두부 일반촬영 중 전후방향(Anterior-Posterior; AP)과 측방향(Lateral; LAT)에 대해 연구를 수행하였다.

두부 AP와 LAT에 대한 우리나라의 DRL은 2012년에 식 품의약품안전처에서 발표한 이후 2019년에 질병관리본부에 서 재검토를 통해 개정된 값을 발표하였다. 각 기관에서는 DRL 발표와 함께 실제 임상에서 촬영되는 조사조건을 전국 의료기관에 대해 설문 조사 및 수집하여 평균 조사조건도 발표하였다[13-15].

본 연구에서는 각 검사에 대해서 선량에 따른 EI를 획득하고 EI_T 설정을 위해 2012년과 2019년에 발표된 두 가지의 국내 평균 조사조건 및 DRL을 이용하였다(Table 1). 이 중 mAs의 경우 저선량부터 고선량 범위의 EI값을 모두 확인하기 위해 최소 1 mAs에서 최대 40 mAs까지 증가시켜가며 조사하였으 며, 관전압, 선원과 IR사이의 거리(Source to Image receptor Distance; SID) 및 조사야는 Table 1의 값을 적용하였다.

2) DRL을 통한 EI_T의 설정

두부 AP와 LAT의 EI_T설정을 위해 먼저 각 조사조건에서 후방산란선을 포함한 ESD를 측정하였으며, 이때 측정되는 단위는 mR으로 ESD와 DRL의 단위인 μGy로 변환을 위해 1 mR에 대해 8.77 μGy의 환산계수를 적용하였다. ESD는 3회 측정 후 평균값을 사용하였으며, 선량 측정과 동일 조 건에서 영상을 획득하였다. 각 검사에 해당하는 룩업테이블 (Look-Up Table; LUT)을 선택하여 목적으로 하는 영상 품 질을 획득할 수 있도록 후처리 기능이 행해지도록 하였으 며, 이때 콘솔에 표시되는 EI값을 확인 및 기록하였다. 이후 ESD와 EI의 관계를 그래프를 통해 나타낸 뒤 1차 추세 방정 식을 획득하였다. 각 조건에서 ESD가 DRL값일 때의 EI값 을 도출하여 이를 EI_T로 정하였다.

IEC에서 규정하는 DI 산출 방법은 식 (1)과 같다[8]. 변화 되는 검사조건 사이에 새롭게 도출된 EI_T의 적용 유·무에 따라 변화되는 DI값을 확인하여 EI, EI_T 그리고 DI의 환자 선량 최적화 도구로서의 유용성을 평가하였다. 이를 위해 1) 2012년 조사조건에서의 EI와 2012 EI_T의 편차, 2) 2012년 조사조건에서의 EI와 2019 EI_T의 편차, 그리고 3) 2019년 조사조건에서의 EI와 2019 EI_T의 편차를 식 (1)을 적용하여 산출하였다.

DI의 이상적인 값은 ‘0’으로 EI와 EI_T의 값이 동일할 경우 이며, DI가 음수면 EI_T보다 적은 선량이 양수면 EI_T보다 많 은 선량이 노출되었다고 평가할 수 있다[8, 10].

Ⅲ. 결 과

1. DRL을 통해 설정된 EI_T

각 검사별 촬영조건에 따라 측정된 ESD와 EI는 Table 2 와 같으며, ESD와 EI의 관계는 Fig. 1과 같다. 두 검사 모두 에서 ESD 증가에 따라 EI가 증가하는 비례관계를 나타냈 다. 도출된 1차 추세 방정식에 DRL을 대입했을 때의 EI값을 확인한 결과, 2012년 조사조건에 2012년 DRL을 적용했을 경우, 두부 AP는 1283 그리고 LAT은 2797로 나타났으며, 2019년 조사조건에 2019년 DRL을 적용했을 경우, 두부 AP 는 1638 그리고 LAT은 3946으로 나타났다. 이렇게 도출된 각각의 값을 EI_T로 설정하였으며, 2012년 조사조건 및 DRL 에 의해 결정된 EI_T를 2012 EI_T, 2019년 조사조건 및 DRL 에 의해 결정된 EI_T를 2019 EI_T라 명명한다(Table 3).

2. EI_T의 변화에 따른 DI 변화

새롭게 설정된 EI_T에 대해 변화되는 DI값을 Table 4에 나 타내었으며, mAs와 DI의 관계를 Fig. 2에 나타내었다. 획 득된 그래프의 로그 추세 방정식을 통해 각 조사조건에 대 해 EI_T를 적용했을 경우 DI가 이상적인 값인 0이 되는 mAs 를 추정하였다. 그 결과, 두부 AP의 경우 2012년 조사조건 에 대해 2012 EI_T를 적용했을 때 DI가 0이 지점은 17.5 mAs, 2019년 조사조건에 대해 2012 EI_T를 적용했을 때 DI 가 0이 되는 지점은 20.6 mAs, 그리고 2019년 조사조건에 대해 2019 EI_T를 적용했을 때 DI가 0이 되는 지점은 26.7 mAs이다. 두부 LAT의 경우에는 DI가 0이 되는 지점은 동 일한 순서대로 각각 21.0 mAs, 24.5 mAs, 그리고 34.6 mAs로 확인되었다.

Ⅳ. 고 찰

본 연구는 일반방사선검사 중 두부 AP와 LAT에 대해 DRL을 기반으로 EI_T를 설정하고, EI, EI_T 그리고 DI의 환자 선량 최적화 도구로서의 유용성 확인을 위해 수행되었다. 임상에서 수시로 변화하는 조사조건과 DRL의 개정에 따른 EI_T 변화를 확인하기 위해 식품의약품안전처에서 2012년에 그리고 질병관리본부에서 2019년에 발표한 평균 조사조건 및 DRL을 바탕으로 하였다[13, 14].

선행 연구에 따르면, EI, EI_T, DI를 환자선량 모니터링 도 구로 활용하기 위해서는 각 검사마다 조사조건에 따른 ESD 와 EI의 관계를 파악해야 한다고 보고하고 있다[10]. 본 연 구에서도 ESD와 EI의 관계를 파악하고 ESD가 DRL일 때의 EI를 EI_T로 정하여 환자선량을 최적화하는 데에 활용하고자 하였다. Table 1에서 확인할 수 있듯이 2012년에 비해 2019 년 DRL이 두부 AP와 LAT 검사 모두에서 증가하였다. 관전 압 감소, SID 증가, 조사야 감소에도 불구하고 2019년 DRL 이 2012년보다 큰 값으로 제시되었다[13, 14].

2012년 DRL 조사 연구 보고서에 따르면, DRL 전국 조사 시 데이터 획득에 사용된 digital system의 분포에 대해 평 판형 검출기(Flat Panel Detector)를 사용하는 디지털 방사 선 영상장치(Digital Radiography system; DR system)는 35%, CR system은 46% 그리고 필름/스크린 시스템은 19% 로 보고되었다. 이들 중 CR system의 3사분위 값이 DR system 및 필름/스크린 시스템보다 두부 AP와 LAT 검사 모두에서 약 1.4배 높게 나타났다[13]. 2019년 DRL 조사 연 구 보고서에 따르면, 2012년과 마찬가지로 DR system은 83.5%, CR system은 16.5%가 데이터 획득에 사용되었으 며, 두부 AP와 LAT 검사 모두 CR system의 3사분위 값이 DR system보다 약 2배 높게 나타났다 [14]. 이처럼 2019년 이 2012년보다 CR system에서의 선량 차이가 높게 나타난 것이 하나의 DRL 결정 요소로 작용하여 두 검사 모두에서 2012년보다 2019년 DRL이 높게 결정된 것으로 보여진다. DRL을 적용하여 EI_T를 설정한 결과 DRL의 차이에 따라 두 검사 모두에서 2012 EI_T보다 2019 EI_T가 높은 값으로 도출 되었다[13, 14].

선행연구에 따르면, CR 및 DR system의 IR의 재료 물질 에 따라 최적의 흡수 효율이 나타나는 X선 에너지 범위가 다르므로 이에 대한 차이를 고려해야 한다[10]. 또한, CR system의 경우 높은 X선 에너지 범위보다 100 kVp 미만에 서 더 나은 영상 품질을 나타낸다고 보고되었다[17]. 이처럼 사용되는 digital system의 종류에 따라 EI값에 차이가 있 으므로 EI를 통해 환자 선량을 관리하고자 하는 사용자는 장치의 종류와 그에 따른 특성을 미리 파악할 필요가 있다.

DI는 EI와 EI_T가 동일한 값일 때 가장 이상적이다[8]. EI_T 가 DRL에 의해 설정될 경우, DI가 이상적인 값인 0에 가까 울수록 환자 선량이 DRL과 근접한 것이라 평가할 수 있다. DRL의 경우 전국 의료기관의 현황을 토대로 결정되어 정부 기관에 의해 권고되는 값이므로 영상의 진단 가치를 훼손하 지 않는 범위에서 환자 선량을 최적화하기 위한 수단이다 [11-15]. 그러나 임상 환경에서는 검사와 동시에 실제 선량 을 측정하는 데에 어려움이 있다. 따라서 각 검사 프로토콜 에 대한 EI_T를 DRL을 통해 적절히 설정해 둔다면 검사와 동 시에 콘솔에 실시간으로 표시되는 DI값을 통해 환자 선량 최적화를 이뤄낼 수 있을 것이라 생각된다. 이에 본 연구에 서는 모든 선량 범위에서 DI를 평가하여 본 실험 조건에서 의 DI가 0이 되는 최적의 mAs값을 확인하였다.

이는 평균적인 조사조건에 따라 EI_T가 적절하게 매칭되었 을 때와 그렇지 않을 때의 차이를 확인하기 위한 것으로, 2012년 조사조건에 대해 2012 EI_T를 적용하여 DI를 도출한 뒤, 2019년 조사조건으로 변화되었음에도 2012 EI_T로 유지 되었을 때의 DI를 확인하였다. 이후 2019년 조사조건에 대 해 2019 EI_T로 적절하게 EI_T가 개정되었을 때의 DI도 확인 하였다. 본 연구 결과, 조사조건에 따라 EI_T가 적절히 설정 되지 않은 경우와 설정된 경우의 DI 차이는 두부 AP는 1.06 그리고 LAT는 1.49의 차이를 보였다. DI가 1.49 차이를 보 인다는 것은 식 (1)에 의해 EI와 EI_T의 차이가 약 1.41배라는 것으로 사용자가 DI를 통해 환자 선량 관리를 할 경우 EI_T가 적절하게 관리되었을 때보다 그렇지 않을 경우 최대 1.41배 의 환자 선량 평가 오류를 범할 수 있음을 시사한다. 따라서 EI_T의 적절한 설정이 EI, EI_T, DI를 통한 환자 선량 최적화 관리에 중요한 역할을 하므로 EI_T의 주기적인 관리 및 개정 이 이뤄져야 한다.

본 연구는 단일 제조사의 장치와 단일 팬텀에 대한 실험 이라는 점과 측정에 사용된 선량계의 교정이 3년 전에 이뤄 졌다는 한계점이 있다. 실제 의료기관에서는 교정 주기에 맞춰 교정된 선량계를 이용하여 EI_T를 설정해야 한다. 또한, 향후 여러 제조사의 장치와 환자 두께의 변화에 따른 연구 도 수행될 필요가 있다. 그럼에도 불구하고 본 연구는 두부 일반방사선 검사에서 DRL을 기반으로 EI_T를 설정하여 EI, EI_T, 그리고 DI를 통해 최적화된 환자 선량 관리가 이뤄질 수 있음을 확인하였음에 의미가 있다.

Ⅴ. 결 론

본 연구를 통해 두부 일반방사선 검사에 대해 두 가지의 국내 평균 조사조건과 DRL을 바탕으로 EI_T를 설정하고 그 에 따른 DI의 변화를 확인하였다. 연구 결과, DRL이 증가함 에 따라 설정된 EI_T의 값도 증가하였으며, 그에 따라 DI가 이상적인 값인 0이 되는 선량 조건도 증가하였다. 또한, 본 연구에 사용된 장치의 경우, 조사조건과 EI_T가 적절히 매칭 되었을 때와 그렇지 않을 때의 DI값이 최대 1.49의 차이를 나타냈으며, 이는 DI를 통해 환자 선량을 평가할 때 최대 1.41배의 평가 오류를 범할 수 있는 결과임을 확인하였다. 따라서, EI, EI_T, 그리고 DI를 환자 선량 최적화 도구로서 활용하기 위해서는 각 기관의 환경에 따라 국가 또는 기관 자체의 DRL을 바탕으로 DRL의 개정과 함께 EI_T도 주기적 으로 관리되는 것이 중요하다.