Ⅰ. 서 론
최근 전 세계적으로 유방암의 발생률은 증가하는 추세이며, 세계 각국에서 2020년에 발생한 여성 유방암은 약 230만 건으 로 집계되었다[1]. 우리나라에서도 매년 22,000명가량의 여성 이 새롭게 유방암으로 진단되고 약 2,500명이 사망하고 있으며 [2], 1999년부터 2019년까지 국가 암 등록 통계 사업에 의해 수집된 데이터베이스에 의하면 여성 유방암은 40~50대 연령 층에서 가장 높은 발생률을 나타내는 것으로 보고되고 있다[3]. 유방암의 사망률을 낮추기 위해서는 유방암 검진을 통한 초기 검진이 매우 중요하다[4]. 우리나라는 국가 암 검진 사업을 통 하여 국민의 사망 원인 1위인 암을 조기에 발견하여 치료를 유 도하고 있고, 유방암의 경우 40세 이상의 여성을 대상으로 2년 에 1번의 검진이 추천되어 매년 400만 명 이상의 여성이 유방 암 검진을 받고 있다[5].
유방암의 검진 방법은 여러 종류가 있으나, 그중 가장 흔히 행해지는 검사법은 유방 촬영술(mammography)이다. 유방 촬영술은 1966년에 실용화된 이래로 피폭 절감 및 화질 향상을 위한 다양한 연구가 수행됐으며, 2000년 도입된 디지털 유방 촬영술은 기존의 필름 방식보다 높은 진단 정확도를 나타낸다. 최근에는 Flat panel detector (FPD)를 통한 진단 정확도 향 상을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다[6]. 그러나, 새로운 구 조의 검출기 개발에는 많은 시간과 비용이 소모됨에 따라, 시뮬 레이션이 검출기 개발에 사용되는 경우가 많아, 시뮬레이션을 통한 검출기 구조 및 성능의 최적화를 우선 수행한 후, 실제 제 작에 들어가는 것이 일반적이다[7-10].
따라서, 본 연구에서는 시뮬레이션 상에서 유방 촬영용 산란 선 제거 그리드를 작성하고, 그 물리적 특성을 측정하는 것을 통하여, 시뮬레이션을 활용한 성능 평가의 유용성을 검토하고 자 하였다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 소프트웨어
유방 촬영용 산란선 제거 그리드의 작성과 조사 시뮬레이션 에는 MCNPX 2.7.0 (Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM, USA)를 사용하였다. 조사에 사용한 X선 선질은 2종류로 RQA-M2와 MW4를 사용하였다. 각 선질의 연속 스펙트럼은 SRS-78 for continuous X-ray spectrum (IPEM, York, UK)로 획득하여 사용하였다[11].
2. 유방 촬영용 산란선 제거 그리드
본 연구에서 작성한 팬텀은 유방 촬영용 산란선 제거 그리 드의 물리적 특성을 실측한 선행연구[12]에서 사용된 2종류 의 선형 그리드 MAM-CP(Transworld, Charlotte, NC)와 Senographe 600T HF(GE Medical Systems, Milwaukee, Wis)의 사양(Table 1)을 참고하였다. MAM-CP는 그리드 비 가 3.7 : 1, 그리드 밀도가 44 lp/cm, 중간 물질이 목재이며, 600T는 그리드 비가 5 : 1, 그리드 밀도가 31 lp/cm, 중간 물질 이 섬유로 구성되어 있다.
3. 사용한 선질
본 연구에서 사용한 X선 선질은 유방촬영 검사에서 사용되 는 RQA-M2 (28 kVp)와 MW4 (35 kVp)로 각 선질의 정보는 Table 2와 같다[13]. RQA-M2는 타겟/필터의 조합이 Mo1) /Mo(30 ㎛), 부가 필터가 2 mmAl이며, MW4는 타겟/필터의 조합이 W2)/Rh3)(50 ㎛), 부가 필터가 2 mmAl인 선질이다. 각 선질의 X선 연속 스펙트럼은 Fig. 1과 같다.
4. 물리적 특성 측정 방법
그리드의 물리적 특성은 국가 표준(KS C IEC60627)[14] 에 따라 계산하였으며, 선행연구[12,15]에서 도출된 실측 결 과와의 비교를 통해 시뮬레이션의 정확도를 평가하였다. 1) 선택도(selectivity, Σ)는 1차 방사선 투과율(transmission of primary radiation, Tp)과 산란 방사선 투과율(transmission of scattered radiation, Ts)의 비로 산란선의 제거 효과를 나타 내며, 선택도가 높을수록 산란선 제거 효율이 우수하다. 2) 노출 인자(expose factor, B)는 전체 방사선 투과율(transmission of total radiation, Tt)의 역수로 그리드를 사용할 때의 조사 선량 증가율을 나타내며, 노출 인자가 낮을수록 적은 조사선량 설정이 가능하다. 3) 대조 개선 비(contrast improvement ratio, K)는 Tp와 Tt의 비로 산란선 제거량을 나타내며, 대조 개선 비가 높을수록 대조도가 우수한 것을 의미한다. 각 물리적 특성의 계산식은 다음 식(1)~(3)과 같다.
국가 표준에서는 Tp, Ts, Tt의 계산 방법을 다음과 같이 규정하 고 있다. 1) Tp는 좁은 선속(narrow-beam) 조건의 배치에서 그리드를 놓았을 때의 1차 X선량과 그리드를 제거했을 때의 1차 X선량의 비를 산출하며, 2) Ts는 넓은 선속(broad-beam) 조건 의 배치에서 그리드를 놓았을 때와 제거했을 때의 1차 X선량 비율을 계산하여 도출한다. 또한, 3) Tt는 넓은 선속 조건의 배치에 서 1차 방사선 차단기를 제거한 상태로 측정하며, 그리드가 있는 상태와 없는 상태에서의 전체 X선량 측정값 비율을 산출한다. 좁은 선속 조건과 넓은 선속 조건의 배치는 Fig. 2와 같다.
Ⅲ. 결 과
1. 유방 촬영용 산란선 제거 그리드
실제 시뮬레이션 상에서 작성한 유방 촬영용 산란선 제거 그 리드의 XZ 단면도는 Fig. 3과 같다. Fig. 3-(a)는 MAM-CP 의 단면도, Fig. 3-(b)는 600T의 단면도이며, 두꺼운 부분의 중간 물질(목재 또는 섬유)과 얇은 부분의 연박으로 구성하였 다. MAM-CP와 600T의 그리드 비는 각각 3.7 : 1, 5 : 1로 시 뮬레이션 상에 재현되어 있는 것을 확인할 수 있다.
2. 측정 결과
시뮬레이션 상에서 측정한 물리적 특성의 측정 결과는 Table 3과 같으며, 관전압 및 그리드 비 변화에 따른 각 특성의 경향 변화를 알기 쉽게 표현하고자 각 특성 별 최댓값을 기준으 로 상댓값을 산출하여 함께 표기하고, Fig. 4와 같이 봉그래프 로 정리하였다. 봉그래프의 무늬는 그리드 비의 변화, 가로축은 관전압의 변화를 의미한다.
선택도는 MAM-CP의 28 kVp에서 4.623, 35 kVp에서 4.348, 600T의 28 kVp에서 5.685, 35 kVp에서 5.026로 도 출되어 관전압이 증가함에 따라 감소, 그리드 비가 높아짐에 따 라 증가하는 결과가 도출되어, 선택도 측정을 실시한 선행연구 [15]와 동일한 경향을 나타내었다(Table 4). 또한, 노출 인자는 MAM-CP의 28 kVp에서 1.800, 35 kVp에서 1.796, 600T의 28 kVp에서 1.876, 35 kVp에서 1.836으로 관전압이 증가함에 따라 감소, 그리드 비가 증가함에 따라 증가되어 Table 5의 선 행연구[12] 결과와 동일한 경향을 나타내었다. 그러나, 대조 개 선 비는 MAM-CP의 28 kVp에서 1.441, 35 kVp에서 1.453, 600T의 28 kVp에서 1.501, 35 kVp에서 1.505로, 관전압 및 그리드 비가 증가함에 따라 함께 증가되어 선행연구[12]의 결과 와 그리드 비의 경향은 일치하였으나, 관전압의 경향이 일치하 지 않았다.
Ⅳ. 고 찰
본 연구에서는 몬테칼로 시뮬레이션 상에서 유방 촬영용 산란선 제거 그리드를 작성하고 그 물리적 특성을 선행연구 [12,15]의 결과와 비교하였다. 선택도와 노출 인자는 관전압의 증가에 따라 감소, 그리드 비의 증가에 따라 증가되어 선행연구 [12,15]와 동일한 변동 경향을 나타내는 것을 확인하였으나, 대 조 개선 비는 관전압 변화에 따른 변동 경향이 선행연구[12]와 일치하지 않는 결과가 도출되었다. 선행연구에서는 4 cm 및 8 cm의 두께의 팬텀을 사용하였으나, 본 연구에서는 설정한 팬 텀의 두께는 국가표준인 KS규격에 따라 5 cm로 설정되었다. 이러한 차이점은 선행연구와 본 연구의 대조 개선 비 변동 경향 이 다른 원인으로 생각될 수 있다. 선행연구에 따르면 관전압 변화에 따른 대조 개선 비 변동 경향은 팬텀 두께에 따라 다른 양상을 보이는 것으로 보고하고 있다[12]. Table 5에 나타낸 선행연구의 결과와 같이 4 cm 두께의 팬텀의 경우 관전압이 증 가함에 따라 대조 개선 비가 감소하는 경향을 나타내었으나, 8 cm 두께의 팬텀의 경우 증가하는 경향을 나타내어, 향후 팬텀 두께에 따른 대조 개선 비 변동 경향에 대하여 추가적인 실험 및 분석이 필요할 것으로 사료된다.
또한, 본 연구에서 사용한 방사선 투과율(Tp, Ts, Tt)은 KS 규격을 기반으로 작성된 시뮬레이션을 통해 산출된 값으로, 선 행연구와는 그 계산 방법에 차이가 있다. 선행연구에서는 석회 화 신호를 팬텀 위에 놓고 관심영역(region of interest, ROI) 을 설정한 뒤, ROI 내의 신호와 백그라운드와의 사진농도 차 를 활용하여 각 방사선 투과율을 산출하였다. 이러한 방법은 석회화 신호의 소재 및 크기에 따라 수치가 크게 변동될 가능 성이 있으며, 아날로그 시스템을 통해 얻은 사진의 농도를 통 하여 계산된 수치이기 때문에 시뮬레이션을 통한 측정을 실시 한 본 연구의 결과와 일치하지 않을 가능성이 있다. 따라서, 향 후 선행연구에 사용된 석회화 소재 및 크기를 반영한 대조도 팬텀을 작성하여 추가적인 대조 개선 비 변동 경향을 확인할 필요가 있다.
Ⅴ. 결 론
몬테칼로 시뮬레이션용 산란선 제거 그리드를 작성하여 그 물리적 특성을 비교한 결과, 시뮬레이션 상에서의 검출기 평가 에 대한 유용성을 확인하였다.
