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문제 정의
- 따라서 본 연구는 MDCT장치에 있어 화질평가와 선량평가 방법을 적용하여 장치의 항상성을 유지하며 양질의 의료 영상을 제공하는 기초자료로 사용함과 더불어, 선량 측정을 통한 MDCT의 환자 검사 시 각 장비에 따른 환자 피폭선량을 평가하고 제시하므로 최소한의 선량을 제시하기 위한 방법과 기술을 각각의 장치에 대한 그 기준을 정량화하고자 하였다.
제안 방법
- MDCT를 이용한 화질측정 즉 CT number와 노이즈, 균일도, 공간분해능, 대조도 분해능과 선량 측정 즉, 중앙부 주변부의 조사선량, CTDI와 CTDIw, CTDIw를 100 mAs 구한 결론은 다음과 같았다.
- MDCT를 이용한 화질측정으로 CT number와 노이즈, 균일도, 공간분해능, 대조도 분해능과 선량 측정으로 중앙부와 주변부의 CTDI와 CTDIw를 구한 결과는 다음과 같았다.
- MDCT의 경우에 있어 조사선량 측정은 beam width를 10 cm로 하고 측정된 흡수선량을 피사체의 물질에 따른 변환인 자를 적용시켜 다음과 같이 CTDI를 구한다.
- single slice scan 하였다. Phantom내의 분석을 위하여 얻어진 영상의 window width와 window level을 가장 잘 구별이 될 수 있도록 조절한 후 모니터로부터 약 40 cm의 떨어진 거 리에서 시각적으로 구별가능한 가장 작은 크기의 구멍을 평가하였다(Fig. 3).
- Single slice의 평균선량을 평가하기위해 두부와 복부팬텀의 각각의 5곳의 위치에서 측정된 값에서 중앙부 1곳의 CTDI값 1/3을 적용하고 주변부 4곳 값의 평균 CTDI 값 2/3에 해당하는 값을 합하여 평균선량인 CTDIw로 나타낸다.
- Standard 재구성 알고리즘을 사용하여 물로 채워져 있는 CT number calibration 영역의 가운데를 single slice scan하였다. 팬텀의 중앙부에서 6시 방향으로 주변부의 1/4 지점에 팬텀 단면적의 약 5%에 해딩되는 5cmX5cm 의 사각형의 cursor를 설정한 후 ROI기능을 이용하여 물의 평균 CT number와 표준편차(노이즈)를 측정하였다 (Fig.
- 공간분해능을 향상시킬 수 있는 알고리즘(bone, high) 을 설정한 후 AAPM Phantom의 공간분해능 측정영역을정확하게 single slice scan 하였다. Phantom내의 분석을 위하여 얻어진 영상의 window width와 window level을 가장 잘 구별이 될 수 있도록 조절한 후 모니터로부터 약 40 cm의 떨어진 거 리에서 시각적으로 구별가능한 가장 작은 크기의 구멍을 평가하였다(Fig.
- 균일도 측정을 위해 동일한 크기의 cursor를 사용하여 중앙부 하단의 CT number와 노이즈 측정위치 외에 12시 방향과 9시 방향 그리고 3시 방향의 각각의 CT number 를 측정한다. 얻어진 각각의 영역을 분석한다(Fig.
- 단면두께(slice thickness)측정을 제외한 모든 측정에서 10 mm 의 두께를 적용하고 영상획득 시 장치제조사에 따른 별도의 기능은 사용하지 않는다. 그리고 모든 장비에 대한 연구결과의 타탕성을 높이기 위해 동일한 조건에서 측정하도록 하였으며, 오차의 감소를 위해 가능한 각 항목별 3 회 측정하였다.
- 대조도 분해능을 향상시키기 위한 알고리즘인 soft 또는 smooth을 사용하여 AAPM phantom의 대조도 분해능 측정 부위를 single slice scan한다. 획득한 영상을 분석하기 위하여 구멍이 잘 보이도록 window width와 window level을 조절하여 가장 잘 나타나게 한 후 모니터로부터 약 40 cm의 거리에서 시각적으로 가장 작은 크기의 구멍을 측정한다.
- CT 이측정시 하나의 ionization chamber# 사용하여 측정하며 일정한 bed index(scan 사이의 거리)와 주어진 scan series를 이용한환자에게 주어지는 평균선량을 간단하게 즉시 얻을 수 있게 위한 것이다. 따라서 CTDI의 측정은 선량지표로 가장 우선되어야 하며, 본 연구에서도 CTDI를 측정하여 장치의 선량을 평가하였다. 이때 ionization chamber에 측정된 선량은 조사선량이 되며, 흡수선량이 아니므로 조사선량(Roentgen)을 흡수선량(cCy)으로 바꿔주는 변환인자 (f-factor) 가 반드시 포함되어야 한다.
- 따라서 MDCT장치에서도 물팬텀(water phantom)을 이용하여 그 값을 측정하고 평가하고 있다. 본 연구에서는 제조사에서 사용되는 물 팬텀을 이용하지 않고 모든 장치에 대하여 AAPM phantom 내의 CT number측정부위를 이용하여 CT number와 노이즈, 균일도를 평가하였다. 그리고 각 제조사는 평가기준을 정하여 장치의 성능을 관리하고 있으며 대부분의 장치제조사에서는 기준치를 ±5HU 이내로 하고, 특수의료장비설치에 관한 규칙에서도 ±K)HU로 합격기준을 정하고 있다.
- 선량측정을 위히■여 head ph&ntom과 body phantom에 ionchamber 시스템을 이용하여 조사선량(mR)을 즉정하고 이것을 흡수선량(mGy)으로 환산하여 CTDI를 얻고 다시 선량평가에 필요한 CTDIw와 CTDIw/100 mAs< 구하였다.
- 그리고 팬텀내의 구멍을 채우고 측정흐]고자 하는 위치에 ionization chamber를 삽입한다. 이때 chamber와 표시장치를 연결하여 시용하고 즉시 검출된 선량을 기록할 수 있도록 기록지를 준비하고 scane X-ray tube가 1회전하도록 하며 이때 ionization chamber의 위치를 중앙부, 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향, 9시 방향으로 각각 위치를 바꾸어가며 scan하였다. 복부 팬텀을 이용하여도 동일한 방법으로 시행한다.
- 획득한 영상을 분석하기 위하여 구멍이 잘 보이도록 window width와 window level을 조절하여 가장 잘 나타나게 한 후 모니터로부터 약 40 cm의 거리에서 시각적으로 가장 작은 크기의 구멍을 측정한다. 이때 구멍내의 CT numbei와 주변을 구성하는 물질인 아크릴의 CT number를 측정하여그 차이가 10% 이내가 되는지 확인하였다(Fig. 4).
- 크면 클수록 화질을 저하시키게 된다. 측정 방법으로는 여러 가지가 있는데 본 연구에서는 물 팬텀 중앙부에서 CT number의 표준편차를 얻는 방법을 이용하여 장치에서 제공하는 값을 사용하였다2). 이것은 별도의 계산이 필요 없이 장치에서 간단히 구할 수 있어 가장 많이 사용되고 있다.
- 이러한 공간분해능의 측정에는 선 확산계수(point spread function)를 이용하여영상의 한 점을 통해 흐려진 정도를 알아내는 방법과 MTF(modulation transfer function) 즉, LSF(line spread function)와 PSF를 퓨리에 변환하여 장치의 성능을 측정하며 Lp/mm로 나타내는 방법이 있다'7). 하지만본 연구에서는 편리하게 영상을 통하여 얻을 수 있으면서현재 정도관리 기준방법으로 사용되는 AAPM phantom을이용한 영상평가방법을 사용하였다. 공간분해능에 대한특수의료장비에 관한 규칙에 합격기준은 1.
- 화질 측정을 위해 CT number와 노이즈(noise) 그리고 균일도(uniformity), 공간분해능(high contrast resolution) 과 대조도 분해능(low contrast resolution)을 측정하였다. 그리고 각각의 값을 excel을 이용하여 평균과 표준편차와 최대치와 최소치를 얻었다.
- single slice scan한다. 획득한 영상을 분석하기 위하여 구멍이 잘 보이도록 window width와 window level을 조절하여 가장 잘 나타나게 한 후 모니터로부터 약 40 cm의 거리에서 시각적으로 가장 작은 크기의 구멍을 측정한다. 이때 구멍내의 CT numbei와 주변을 구성하는 물질인 아크릴의 CT number를 측정하여그 차이가 10% 이내가 되는지 확인하였다(Fig.
대상 데이터
- 6 cm이며, 물의 CT number, 노이즈, 균일도, 중심선정렬 및 아티팩트 측정이 가능한 영역과 단면 두께를 측정하는 영역그리고 공간분해능과 대조도 분해능을 각각 측정할 수 있도록 되어 있다. 그 중 공간분해능 측정 영역은 아크릴블럭의 형태로 직경은 1.75 mtn, 1.50 mm, 1.25 mm, 1.00 mm, 0.75 mm, 0.60 mm, 0.50 mm, 0.40 mm 크기의 구멍이 4.3 nm의 간격으로 동일한 크기와 간격으로 5 개씩 8그룹으로 구성되어 있다. 대조도 분해능 측정을 위한 영역은 아크릴 블럭 내에 직경이 25.
- 3 nm의 간격으로 동일한 크기와 간격으로 5 개씩 8그룹으로 구성되어 있다. 대조도 분해능 측정을 위한 영역은 아크릴 블럭 내에 직경이 25.4mm(linch), 19.1 mm(3/4 inch), 12.7 mm(l/2 inch), 9.5 mm(3/8 inch), 6.4 mm(l/4 inch), 3.2 mm(l/8 inch)로 2.25 inch 깊이의구멍이 쌍을 이루어 져있으며 구멍내에는 주변 아크릴과 CT number가 10% 내로 만들어진 조영제 성분을 함유한증류수를 주입하도록 되어 있다{아크릴의 CT number : 121 HU, hole의 증류수 CT number : 110 HU).
- 서울시 소재의 10개 종합병원으로 800병상에서 2, 000 병상이었으며 현재 사용 중인 14대의 MDCT장치를 대상으로 하였다. 장치 제조회사별로는 S사, G사, P사, T사로 장치의 제조년도는 2000년에서 2006년으로 최근 6년이내의 장치였다.
- 선량측정을 위한 장치로는 장치 제조사와 측정기관에서 주로 사용하고 있는 연필과 비슷한 모양으로 직경은 5 mm 이며 active length가 10 cm로 설계된 CT전용 ionization chamber(Model 20x5-3 CT, S/N 21560 ; Radical, Monrovia, USA)와 ionization chamber에서 전리된 에너지를 조사선량으로 표시할 수 있는 electrometer (Model 2026, S/N 26-0082 ; Radical), 그리고 직경 16 cm (head phantom)와 32 cm(body phantom) 의 크기가 다른 원통형의 아크릴 재질 팬텀 (Model 76-415 ; Nuclear Associates, New York, USA)을 사용하였다. 이 팬텀은 중앙부와 주변부 4곳(12시 방향, 3시 방향, 6시 방향, 9 시 방향)에 ionization chamber를 삽입할 수 있는 구멍이 뚫여져 있다.
- 실험 재료로는 화질 측정용 팬텀과 선량측정용 팬텀및 시스템으로, 화질 측정용 팬텀의 경우는 미국 의학물리학자 협의회(AAPM)에서 고안되어 Victoreen사에서 제작된 성능평가용 팬텀(모델 76-410 & 76-411, Nuclear Associates LTD., Carle Place, N.Y.)을 이용하였다. 이팬텀은 아크릴 재질의 원통 기둥형으로 직경이 21.
- 하였다. 장치 제조회사별로는 S사, G사, P사, T사로 장치의 제조년도는 2000년에서 2006년으로 최근 6년이내의 장치였다.
데이터처리
- 그리고 각각의 값을 excel을 이용하여 평균과 표준편차와 최대치와 최소치를 얻었다.
- 팬텀의 중앙부에서 6시 방향으로 주변부의 1/4 지점에 팬텀 단면적의 약 5%에 해딩되는 5cmX5cm 의 사각형의 cursor를 설정한 후 ROI기능을 이용하여 물의 평균 CT number와 표준편차(노이즈)를 측정하였다 (Fig. 1).
이론/모형
- 그리고 영상을 얻기위한변수들을 다음과 같이 고정한다. 관전압을 120 kVp, 관전류를 250 mAs로 하고 조사야(Scan FOV : Field of View)는 50 cm로 하고 모니터에 나타나는 영상의 크기 (Display FOV)는 25 cm로 하며, 영상재구성 알고리즘은 standard reconstruction algorithm을 사용하였다. 단면두께(slice thickness)측정을 제외한 모든 측정에서 10 mm 의 두께를 적용하고 영상획득 시 장치제조사에 따른 별도의 기능은 사용하지 않는다.
- 한다. 실제 성인의 두부 영상을 획득할 경우와 동일한 조건 즉, 관전압 kVp), 관전류 (mAs), 단면두께 (slice thickness), 알고리즘(algorithm), DFOV, Z-축의 collimation, detector channel 수를 사용하였다. 그리고 팬텀내의 구멍을 채우고 측정흐]고자 하는 위치에 ionization chamber를 삽입한다.
성능/효과
- 1. CT number는 평균 0.56±0.70HU, 노이즈의 경우평균 0.39±0.09HU, 균일도는 평균 1.08±0.52HU이었다. 본 연구에 사용된 모든 MDCT장치에서 CT number 와 노이즈, 균일도 모두가 CT장치 성능관리 기준은 물론각 제조사의 기준이내에 있음은 물론 기존의 SDCT보다우수한 결과를 얻을 수 있었다.
- 2. 공간분해능은 평균 0.48 ±0.05 mm이고, 대조도 분해능은 평균 3.65 ±1.16 mm이 었다. 분해능을 나타내는두 가지 요소 모두에서 MEQT장치는 CT장치 성능관리기준내에 있었으며 이는 MDCT가 인체의 어느 부위와 조직이든 선명하고 정확한 분해능을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
- 3. 조사선량은 head phantom의 중앙부에서 평균 565 mR 이었고, 주변부 전체 평균은 595 mR이고, body phantom 을 이용한 선량측정에서는 중앙부의 조사선량은 평균 177 mR 이었고, 주변부의 전체의 평균은 382 mR이었다. head와 body 모두에서 주변부가 중앙부 보다 높게 나타났는데 이것은 선속경화현상에 의한 것으로 MDCT의 경우 소프트웨어를 이용하거나 검출기의 조합을 이용하여 실제 검사 시 선속경화현상을 최소화하여 사용되고 있다.
- 5. CTDIw는 head phantom을 이용한 경우 평균 44.8 ±16.8 mGy, 100 mAs당 CTDIw값은 평균 18.8±5.3 mGy, body phantom을 이용한 경우 평균 24.0±8.3 mGy이고, 100 mAs당 CTDIw값은 평균 10.1 ±2.5 mGy이 었다. head 의 흡수선량 측정시 CTDI와 CTDIw는 그대로 환산하여나타난 값이지만 실제 MLRT에 있어서는 사용하는 단면두께와 검출기의 조합, 그리고 관전류의 설정이 가중되므로 각각의 장치는 100 mAs당 CTDIw값으로 비교하여야한다.
- Body phantom을 이용한 경우에 있어서의 중앙부 CTDI 값은 평균 13.5±4.5mGy이고 최대 21.5mGy, 최소 8.9mGy이었다. 주변부 CTDI 값은 평균 29.
- Body phantom을 이용한 선량측정에서는 중앙부의 조사선량은 평균 177 mR이었고, 최소 117 mR, 최대 281 mR 으로 나타났고, 주변부는 12시 방향인 S1 이 평균 395 mR 으로 최소 249 mR, 최대 642 mR이었고, 3시 방향 S2의 평균은 391 mR, 최소 250 mR, 최대 649 mR이었다. 그리고 6 시 방향인 S3의 평균은 347 mR, 최소 217 최대 558 mR이었고, 9시 방향 S4의 평균은 359 mR, 최소 254 mR, 최대 645 mR이었다.
- 8mGy이었다. CTDIw값의 평균 44.8 ±16.8 mGy이고 최대 74.5 mGy, 최소 24.3mGy이었다. lOOmAs당 CTDIw값의 평균 18.
- 4mGy 이 었다. lOOmAs당 CTDIw값의 평균 10.1 ±2.5 mGy이고최대 14.7 mGy, 최소 7.7 mGy이었다.
- 3mGy이었다. lOOmAs당 CTDIw값의 평균 18.8± 5.3mGy이고 최대 28.7 mGy, 최소 12.2 mGy이었다.
- 검출기의 구조가 최소 0.5 mm의 크기로 이루어져 영상의 분해능이 우수할 뿐 아니라 검사시간이 단축되어 실제 임상에서의 진단적 가치를 더욱 높이고 화질 저하를 최소화하여 각종 인체의 구조를 나타낼 수 있게 되었다. 하지만 MDCT에 있어 기존의 사용되던 CT장치와의 화질에 대한 비교가 명확하게 이루어지고 있지 않고 있으며 MDCT장치들에 대한 화질의 기준 설정과 현황에 대한 논의가 미미하게 보고되어지고 있다.
- 하지만본 연구에서는 편리하게 영상을 통하여 얻을 수 있으면서현재 정도관리 기준방법으로 사용되는 AAPM phantom을이용한 영상평가방법을 사용하였다. 공간분해능에 대한특수의료장비에 관한 규칙에 합격기준은 1.0mm 이내인더], 본 연구에서는 0.48 mm의 분해능을 나타내었고 공간분해능이 우수하여 작은 크기의 병소도 정확하고 선명하게 나타낼 수 있게 되었다.
- 86배 증가하게 나타났다. 그리고 기존의 SDCT장치에서의 선량에 비해 100 mAs당 CTDIw값이 다소 증가됨을 알 수 있었다. 하지만 모든 측정값에서 제조사의 기준을 초과하는 것은 없었으며 선량을 줄이는 여러가지 소프트웨어를 사용하므로 실제 검사에 있어서는 이보다 적은 선량이 조사되어지고 있다.
- 60 HU으로 나타났다. 또한 균일도는 평균 1.08± 0.52HU로 그 범위는 0.4HU에서 2.3HU으로 나타났다 (Table 1).
- 5 mGy이었다. 모든연구에서 알 수 있듯이 head가 body보다 높은 선량을 나타내고 있으며, MDCT는 기존의 SDCT보다 선량이 다소증가됨을 알 수 있었다. 이것은 장치 하드웨어의 문제로 X-선관과 검출기의 거리가 가까워짐으로 인해 기인한 것이다.
- 52HU이었다. 본 연구에 사용된 모든 MDCT장치에서 CT number 와 노이즈, 균일도 모두가 CT장치 성능관리 기준은 물론각 제조사의 기준이내에 있음은 물론 기존의 SDCT보다우수한 결과를 얻을 수 있었다.
- IAEA의 권고치에 의하면 head와 body의 경우 60 mGy와 35 mGy로 되어 있다. 본 연구에서 사용한 MDCT장치 의 CTDIw는 head phantom의 경우 평균 흡수선량이 44.8± 16.8 mGy이었고 100 mAs당 CTDIw값은 18.8±5.3mGy 이었다. body phantom의 경우 평균선량은 24.
- 노이즈에 있어서도 그 기준치는 각 장치제조사 마다 상이하지만 대략 CT number의 10%에 해당되며, 특수 의료장비 설치에 관한 규칙에서는 8HU 이내로 하고 있다. 본 연구에서는 모든 MDCT 장치에서 평균 0.39HUS 나타내어 노이즈가 거의 나타나지 않음을 알 수 있었다.
- 본 연구에서도 알 수 있듯이 MDCT의 경우 고화질의 영상과 3차원영상의 구현을 위해 하드웨어가 구성되어져 있어 기존의 방식에 비해 환자에게 도달하는 선량이다소 증가되어 았음을 알 수 있다. 하지만 MDCT는 여러가지 소프트웨어를 이용하여 선량을 줄이기 위한 방법 (AEC)을 제시하고 있으며 이를 적절히 화질과 균형을 맞추어 사용해야 함이 무엇보다 필요할 것이다.
- 그리고 각 제조사는 평가기준을 정하여 장치의 성능을 관리하고 있으며 대부분의 장치제조사에서는 기준치를 ±5HU 이내로 하고, 특수의료장비설치에 관한 규칙에서도 ±K)HU로 합격기준을 정하고 있다. 본 연구의 결과 MDCT의 CT number는 0.56HU 로 매우 우수한 성능을 나타내었다.
- 16 mm이 었다. 분해능을 나타내는두 가지 요소 모두에서 MEQT장치는 CT장치 성능관리기준내에 있었으며 이는 MDCT가 인체의 어느 부위와 조직이든 선명하고 정확한 분해능을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
- 위에서 알 수 있듯 MDCT의 CT number와 노이즈, 균일도, 공간분해능, 대조도 분해능과 CTDI와 CTDIw, CTOIw/lOOmAs는 전체 장치에서 모두 우수하게 나타났다.
- 13). 이미 조사된 바에 의하면 ct 검사 시 환자피폭선량을 나타내는 CTDIw가 head와 body에서 긱각 평균 36.8 mGy와 22.2 mGy로 조사되었으며, 그리고 Single detector CT에서 head phantom의 100 mAs 당 CTDIw는 12.1 ±3.0 mGy이었고 body phantom에서는 6.2 ±1.8 mGy이었다. 이 중 spiral CT가 conventional CT 에 비해 head phantom에서는 2.
- 9mGy이었다. 주변부 CTDI 값은 평균 29.2±10.2mGy 이고 최대 46.6 mGy, 최소 18.6 mGy이었다. CTDIw값의평균 24.
- 2 mGy이 었다. 주변부 CTDI 값은 평균 45.6 ±17.5mGy이고 최대 75.8 mGy, 최소 24.8mGy이었다. CTDIw값의 평균 44.
- 영향을 미치는 인자로는 kVpp와 mAs 그리고 선속의 필터링 정도에 의해 좌우되는 X-선 광자의 양, 슬라이스 두께, 선속의 감약에 영향을 미치는 환자의 크기, detector의 감도특성, 재구성 알고리즘이 있다. 특수의료장비 설치에 관한 규칙에는 기준값이 10 mm 이내인데 본 연구에서는 평균 3.65 mm로 아주 우수하게 나타났다. 이것은 작은 크기의 대조도 차이가 크지 않은 병변을 구별할 수 있다는 것이다.
- 된다. 특수의료장비 설치에 관한 규칙에서는 중앙부와 주변부의 CT number차를 4 HU 이 내로 하고 있으며 본 연구에서는 1.08HU로 매우 우수한 균일도를 보임을 알 수 있었다.
후속연구
- 화질을 향상시키기 위해노이즈를 감소시키고자 관전압과 관전류를 증가하게 되는데 이로 인한 환자 피폭선량은 증가하게 된다. 이러한 노이즈는 선량의 제곱근에 반비례하며, 화질을 좋게 하기위해서는 단면두께를 가능한 작게하는것이 공간분해능을향상시키게 되지만 간접적으로 노이즈를 증가시키게 되어영상의 상호보완적인면을 고려하여 적용하여야 할 것이다.
- 하지만 MDCT는 여러가지 소프트웨어를 이용하여 선량을 줄이기 위한 방법 (AEC)을 제시하고 있으며 이를 적절히 화질과 균형을 맞추어 사용해야 함이 무엇보다 필요할 것이다. 이로 인해최상의 화질을 구현하여 진단적 가치를 높이고 최소한의선량을 조사하여 환자 피폭선량을 경감시킴으로서 방사선의료의 질적 향상과 함께 인류의 방사선 피폭으로 인한장해를 줄일 수 있는 게기가 될 것이다. 이후 실제 환자검사에 있어서 MDCT의 검사별 최적의 촬영조건과 선량을 구체화하고 적용시키는 연구가 필요하다고 생각된다.
- 이로 인해최상의 화질을 구현하여 진단적 가치를 높이고 최소한의선량을 조사하여 환자 피폭선량을 경감시킴으로서 방사선의료의 질적 향상과 함께 인류의 방사선 피폭으로 인한장해를 줄일 수 있는 게기가 될 것이다. 이후 실제 환자검사에 있어서 MDCT의 검사별 최적의 촬영조건과 선량을 구체화하고 적용시키는 연구가 필요하다고 생각된다.
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