Ⅰ. 서 론

퇴행성관절염은 관절을 보호하고 있는 연골의 손상 또는 퇴행성 변화로 인해 관절을 이루는 뼈와 인대 등에 손상이 일어나서 염증과 통증이 발생하는 질환이다. 특히 무릎관절 부위에 많이 발생하는데, 왜냐하면 무릎은 체중부하 및 보행 시 충격 흡수 등의 역할을 하는 곳이기 때문이다. 최근에는 고령화 사회로 접어들면서 무릎의 관절 질환 환자가 증가하고 있다. 그리고 비만 인구가 증가하고 과도한 운동으로 인해 젊은 층들의 무릎 통증도 많이 발생하고 있다. 무릎에 관절염이 발생한 환자는 정확한 진단을 위해 방사선검사를 기본적으로 시행하고 있다[1]. 일반적인 방사선검사는 무릎 선 자세 체중부하 전후 방향 촬영(Knee joint standing weight bearing AP projection), 무릎 선 자세 체중부하 후 전 방향 촬영(Knee joint standing weight bearing PA projection, Rosenberg), 무릎 선 자세 체중부하 측 방향 촬영 (Knee joint standing weight bearing lateral projection) 검사가 이루어진다[2]. 이러한 방사선검사 시 움직임으로 인한 재촬영, 무릎 각도 유지, 방사선사의 업무, 촬영 시 안정성 확보, 생식선 방어 등의 문제점이 발생 되고 있다. 그러므로 이러한 문제점을 해결하기 기존 연구에서 방사선 촬영 보조장치가 개발되었으며 임상에서 현재 사용하고 있다[3,4].

일반적인 무릎 선 자세 체중부하 촬영은 수직 격자장치 위에 영상 수용체를 위치시킨 후에 바로 서서 검사하거나 몸을 옆으로 돌려서 자세를 유지하여 검사하고 있다. 무릎 선 자세 촬영 중에 후 전 방향 촬영은 필요한 영상을 촬영하기 위 해 무릎을 구부리는 자세를 취해야 하지만 자세잡기가 어렵다. 그리고 자세가 정확하지 않으면 영상평가가 어려워서 재촬영을 해야 한다[5-8]. 그러므로 후 전 방향 촬영법은 기구를 잡고 힘든 자세를 취하며 수직 격자장치의 손잡이를 지탱하며 촬영하고 있다[9]. 후 전 방향 촬영은 무릎에서 영상 수용체가 넙다리뼈와 이루는 각도가 25°, 다리뼈와 이루는 각도가 20°가 되도록 자세를 취하게 되는데 각도를 정확하게 맞추는 보조기구가 널리 보급되고 있지는 않다. 최근 국내에서 무릎과 무릎 사이에 일정한 거리 유지와 바로 선 자세의 다리 모양 및 무릎 굴곡 각도를 일률적으로 하여 관절공간을 관찰할 수 있는 보조기구를 제작하였다[4]. 그러나 이 보조 기구는 아크릴로 무릎의 각도만을 고려해서 환자가 안정적으로 자세를 유지하는 데 어려움이 있다. 특히 퇴행성 질환을 가지고 있는 고연령 환자들은 더욱 자세를 잡는 데 어려움이 있다. 대표적인 무릎질환으로 반월상 연골 파열, 측부 인대 손상, 만성 퇴행성관절염, 류머티즘성 관절염 등이 있다. 이러한 질환을 진단하기 위해 무릎관절 촬영 시 환자가 서 있어야 하는데 다리가 불편한 환자는 서 있는데 어려움이 있다. 그러므로 본 연구는 환자가 여러 질환에 의한 무릎 촬영을 할 때 이러한 문제점을 해결하기 위한 무릎 체중부하 방사선 촬영 보조 장치를 개발하고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

무릎 선 자세 체중부하 전후 방향 촬영은 체중부하 시 골 관절염의 정렬과 정도를 평가하기 위해 촬영한다[10,11]. 환자의 무릎과 발목이 영상 수용체에 접촉된 상태에서 수직으로 서서 촬영이 이루어진다. 무릎 선 자세 체중부하 측 방향 촬영은 한쪽 다리 측면을 영상 수용체에 접촉한 후에 반대 쪽 다리가 영상에 영향을 받지 않도록 촬영한다[12,13]. 무릎 선 자세 체중부하 후 전 방향 촬영은 무릎이 45도로 약간 구부러진 상태에서 서 있고 무릎을 영상 수용체에 접촉한 상태로 서서 촬영한다[Fig. 1][14,15].

이러한 기본자세에 대한 무릎 체중부하 방사선 촬영 보조 장치 설계를 위한 기초자료의 확보와 전동지지대 및 프레임 제작을 위한 3차원 디자인 설계, 도면 제작을 진행했다. 설계 후 3차원 디자인 시뮬레이션 후 생식선 차폐 기구와 무릎 각도를 측정할 수 있는 디지털 각도기를 탑재한 시제품을 제작한다. 제작된 시제품에 대한 검증 및 평가를 통하여 보완 후 최종 시제품을 완성하였다[Fig. 2].

보조기구는 환자가 편하게 지지할 수 있도록 팔 지지대는 쿠션이 있고 표면이 쉽게 오염되지 않는 재질을 고려하였다. 프레임은 최대 120 ㎏ 이상 무게도 버틸 수 있는 재질을 고려하였다. 환자가 선 자세를 유지하기 어려운 경우 엉덩이 부위를 지지해 줄 수 있도록 설계하였다. 그리고 환자의 선 자세 체중부하 자세 유지를 위한 고정 장치, 전동식 디지 털 높낮이 장치, 디지털 각도기, 안전장치를 설계하였다. 안정성과 방사선피폭 감소 효과가 있는 보조기구 개발하였고, 방사선사의 요구도를 반영한 보조기구 개발하였다[Fig. 3]. 기존 연구개발 과제와 차별성을 위해 CAD(computed aided design)를 이용하여 3차원 디자인으로 제작하여 보조기구를 최적화하였다[Fig. 4].

Ⅲ. 결 과

환자의 선 자세 촬영을 유지할 수 있도록 상체와 팔의 지지대를 상하 이동이 가능하도록 디지털 전동장치, 금속 철재를 이용하여 안정성 있는 프레임을 제작하였다. 이후 프레임에 금속 고리를 부착하여 앉은 자세나 넘어짐을 방지하 기 위한 안전장치를 탈부착 형태로 제작하였다. 안전장치는 프레임 양쪽으로 금속 고리를 부착하여 크기 조절이 가능하게 하였고, 환자의 생식선을 보호하기 위해 납 차폐체를 삽입하였다[Fig. 5].

선 자세에서 무릎을 구부린 촬영 자세를 설정하기 위해 디지털 각도기를 프레임에 부착하여 환자 자세를 유지하도록 하였다[Fig. 6]. 팔의 지지대는 충격 완화 쿠션이 있으며 이물질 제거가 쉽도록 표면 코팅된 PVC 재질을 사용하였다 [Fig. 7]. 디지털 전동장치는 환자의 키에 맞추어 상하로 71.5 ~ 120 ㎝까지 이동할 수 있으며 유선 탈부착 리모컨으로 조정이 가능하다[Fig. 8]. 그리고 보조장치가 안정적으로 자세를 만들 수 있고, 유지할 수 있었다.

Ⅳ. 고 찰

제작된 무릎 체중부하 방사선 촬영 보조장치를 사용하여 일반 촬영 장치를 이용한 촬영으로 선 자세 영상의 평가를 진행하여 영상평가를 하면 조금 더 정확한 평가를 할 수 있을 것이다. 이번에 개발한 보조장치는 무릎 체중부하 방사 선 촬영에서 기존의 문제점을 해결하고 개선 시킬 수 있는 특징이 있다. 첫 번째는 환자의 움직임으로 인한 재촬영이 감소와 정확한 방사선영상 획득이 가능하다. 두 번째는 생식선 차폐를 통한 피폭선량의 감소를 기대할 수 있다. 세 번째는 무릎 선 자세 촬영 시 안정된 자세를 통한 진단영역의 확대 효과가 있다. 그리고 마지막으로 기존의 선 자세 촬영 보다 환자의 피폭선량 감소 및 방사선사의 업무환경 개선의 기대효과가 있다. 그리고 새로 개발된 방사선 촬영 보조장치를 통해 다음과 같은 부분을 개선하고자 한다. 첫 번째는 움직임으로 인한 재촬영은 보조장치를 사용하므로 움직임을 최소화하고 촬영 시 영상 화질을 향상할 수 있다. 두 번 째는 고정 장치를 설치하여 무릎의 체중부하 및 각도를 유지하여 정형외과적인 환자의 정확한 촬영을 진행할 수 있 다. 세 번째는 선 자세 촬영 시 환자의 안전장치 부착을 통한 넘어짐이나 불안한 자세 등의 위험성을 방지할 수 있다.

Ⅴ. 결 론

임상에서 무릎질환을 진단하기 위해 사용하는 선 자세 촬영에는 자세를 고정해서 유지하는 것이 중요하다. 자체 제작한 보조장치를 사용하여 무릎 선 자세 체중부하 촬영 자세를 했을 때, 보조장치가 팔 지지 및 하체 자세 유지에 도움이 되었다. 그리고 촬영 시 보조장치를 사용해서 높낮이를 조정할 수 있어 환자가 자세를 유지하는 데 도움이 되었고, 무릎의 각도를 유지하는 데 도움이 되었다. 시제품이 촬영에 사용되면 영상에 보조장치가 영향을 주지 않은 위치에 있으므로 임상에서 사용에 문제가 없을 것으로 생각한다. 완성된 시제품의 외형은 선 자세 체중부하 시 안전성을 고려하여 무게가 있는 프레임을 제작하였으며 상하 이동장치의 사용을 통한 환자 체형에 따라 촬영할 수 있다. 디지털 각도기의 사용을 통한 무릎 각도의 다변화 촬영에도 유용하게 사용될 수 있으며 복부 위치에 생식선 방어를 위한 납재 질의 보호대를 추가로 부착하여 방사선 촬영 시 피폭을 줄 일 수 있다. 기존에 개발된 보조기구는 무릎 각도를 유지하는 데 도움이 되지만, 이번에 개발된 보조기구는 무릎 각도 를 유지하고 환자가 조금 더 편안한 자세를 유지하는 데 도움이 된다. 그리고 개발된 보조장치는 무릎 촬영 이외에도 환자가 선 자세에서 촬영할 수 있는 여러 부위의 촬영에 활용한다면 영상 촬영에 많은 도움을 줄 수 있을 것이다.