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문제 정의
- 우리의 목적은 성인의 저 관전압 흉부 CT 검사의 가능성을 평가하고 이러한 검사방법이 영상의 질과 조영제에 미치는 효과를 평가하고자 함이다. 몸의 지름이 4 cm 줄면 50 %까지 x-ray를 줄일 수 있다[4-6].
- 이러한 이론과 통계를 바탕으로 연구자는 본원에 내원한 환자 중 반복적으로 CT 검사를 시행하는 환자를 대상으로 기존 흉부 CT 검사 시 적용하던 120 kVp 와 100 kVp 를 이용한 CT 영상을 비교 분석하여 CT value 의 변화에 따른 영상평가, 환자에 대한 피폭선량 감소효과를 실험을 통해 연구하고자 한다.
제안 방법
- CT value의 측정은 흉부 CT 검사 시 일반적으로 포함되는 영역으로 제한을 하였으며 흉부 영상 화질평가 시 평가 대상 인체 기관인 갑상선, 대동맥궁과 우폐동맥의 높이에 위치한 상행대동맥, 하행대동맥, 폐동맥, 상대정맥과 흉추에 각 직경 1cm의 관심부위를 설정하여 3회씩 측정 후 평균치를 기록하였으며 영상의 kernel 값은 B50f medium sharp를 이용하였고 영상 window는 mediastinum 세팅으로 고정 하였다.
- CT 장비를 이용하여 각 팬텀을 통해 얻은 자료를 영상 저장 및 전송체계(PACS; Piview STAR version 5.0, INFINITT)에 전송한 후 프로그램을 이용하여 관전압에 따른 각각의 팬텀 영상의 중심부에서 총 3회에 걸쳐 CT value를 구한 후 평균값을 기록하였다.
- 흉부 CT 검사의 동맥기 시 검사범위는 일반적으로 포함되는 부위로 비극점(Acanthion)부터 신장의 중간부(부신 포함)까지로 가장 최근에 검사한 관전압 120kVp와 동일한 영상범위(FOV)를 적용하여 본 실험에서 시행한 관전압 100kVp의 동맥기 영상과 비교, 분석하였다. 또한, 적절한 image quality control을 위해 실험기간인 약 3~6개월간 매주 정도관리 항목별 calibration 을 실시하였으며 실험을 위해 사용한 전산화 단층촬영 장비가 화질평가를 시행하기에 적합한 장비인지 여부를 확인하였다. 그 방법으로는 인공물의 유무를 확인하기 위하여 AAPM performance phantom 을 이용하였고, CT 장비 정도관리 검사 시 적용되는 동일한 스캔 조건으로 phantom 내부에 알루미늄 핀을 삽입 후 phantom 부위를 스캔한 결과 핀의 모양이 육각형이나 팔각형 그리고 타원형으로 왜곡되어 나타나지 않고 원형 그대로 나타나 본 실험의 화질평가에 적합한 장비임을 확인할 수 있었다.
- 대부분의 영상에서 진단적으로 가치가 있었고 영상의 질 또한 우수하였다. 부가적으로 100 kVp 를 이용한 검사에서 더 높은 혈관의 대조도를 영상의 분석을 통해 평가할 수 있었다. 현재 모든 CT 장비는 120 kVp 또는 140 kVp의 관전압에서 작동되는데 X 선관에 과부하가 걸리지 않고도 좋은 영상을 얻을 수 있도록 설정되었다.
- 일반적인 조영증강 CT 영상에서 보이는 혈관의 농도를 얻기 위하여 자체 제작한 팬텀(시험관)에 조영제와 생리식염수를 각각 여러 가지 비율로 희석하여 관전압을 80 kVp, 100 kVp, 120 kVp, 140 kVp 로 변화를 주어 스캔하였다. 조영제를 사용하지 않고 생리식염수만을 이용한 팬텀을 대조군으로 하고 생리식염수와 조영제의 농도를 1%, 2%, 3%, 5%, 10%의 비율로 희석하였다(Fig.
- 관전류는 100 mAs 로 고정하였고 관전압은 동맥기에서 100 kVp를 이용하여 검사하였다. 조영제는 초당 3 cc, 총 120 cc를 주입한 후 연속적으로 생리 식염수를 초당 2.3cc, 총 30cc를 주입하였다. 흉부 CT 검사의 동맥기 시 검사범위는 일반적으로 포함되는 부위로 비극점(Acanthion)부터 신장의 중간부(부신 포함)까지로 가장 최근에 검사한 관전압 120kVp와 동일한 영상범위(FOV)를 적용하여 본 실험에서 시행한 관전압 100kVp의 동맥기 영상과 비교, 분석하였다.
- 일반적인 조영증강 CT 영상에서 보이는 혈관의 농도를 얻기 위하여 자체 제작한 팬텀(시험관)에 조영제와 생리식염수를 각각 여러 가지 비율로 희석하여 관전압을 80 kVp, 100 kVp, 120 kVp, 140 kVp 로 변화를 주어 스캔하였다. 조영제를 사용하지 않고 생리식염수만을 이용한 팬텀을 대조군으로 하고 생리식염수와 조영제의 농도를 1%, 2%, 3%, 5%, 10%의 비율로 희석하였다(Fig. 1).
- 피폭선량 분석은 가장 최근에 시행된 120 kVp 동맥기 영상과 본 연구에서 적용한 100 kVp 동맥기 영상의 DICOM 자료를 이용하여 분석하였으며, 실제 CT 검사자가 받은 선량은 스캔 시 장비에서 표시되는 CTDIVOL 값을 이용하여 비교하였으며 다음과 같은 식의 과정을 통하여 계산되어 장비에서 표시되는 측정값이다. 여기서, CTDIvol 은 슬라이스 당 노출된 선량의 측정값으로 CTDIw 값에 pitch 로 나눈 값이 된다.
- 3cc, 총 30cc를 주입하였다. 흉부 CT 검사의 동맥기 시 검사범위는 일반적으로 포함되는 부위로 비극점(Acanthion)부터 신장의 중간부(부신 포함)까지로 가장 최근에 검사한 관전압 120kVp와 동일한 영상범위(FOV)를 적용하여 본 실험에서 시행한 관전압 100kVp의 동맥기 영상과 비교, 분석하였다. 또한, 적절한 image quality control을 위해 실험기간인 약 3~6개월간 매주 정도관리 항목별 calibration 을 실시하였으며 실험을 위해 사용한 전산화 단층촬영 장비가 화질평가를 시행하기에 적합한 장비인지 여부를 확인하였다.
- 흉부 판독 10년차 이상인 전문의 2인으로 구성된 관찰자가 가장 최근에 시행된 120 kVp 동맥기 영상과 본 연구에서 적용한 100 kVp 동맥기 영상의 DICOM 영상 자료를 비교하여 흉부영상 판독의 평가기준인 인공물, 해상도 및 대조도, 조영증강의 적정성으로 각 부문별로 나누어 Unacceptable, Suboptimal, Adequate, Good, Excellent의 5단계로 CT 영상의 질을 평가하였다. window width와 window level은 400/40으로 고정하였다(Table 2).
대상 데이터
- 본 연구를 위해 사용한 장비는 Somatom Sensation 16(Siemens, Erlangen, Germany)이었고, 흉부 CT 검사 시 이용된 영상 획득 파라미터는 0.75mm 콜리메이터, 5 mm의 절편두께, 13.5mm의 feed/rotation 으로 설정하였다. 관전류는 100 mAs 로 고정하였고 관전압은 동맥기에서 100 kVp를 이용하여 검사하였다.
- 추적검사를 위해 흉부질환을 주소로 내원한 CT 검사자 중 만성 폐질환 및 수술 후 전이 여부를 진단하기위해 정기적으로 추적검사를 시행하는 검사자 중 흉부 CT 검사를 1회 이상 시행한 검사자 20명의 영상을 이용 하였으며, 평균 추적검사 간격은 118일 이었고, 흉부질환 추적검사 간격 범위인 3개월에서 6개월 간격으로 내원한 검사자 이며 11명의 남성(평균나이 62.2세, 연령분포 30세~80세)과 9명의 여성(평균나이 59.3세, 연령분포 40세~80세)으로 구성되었다(Table1).
- 흉부영상의 CT value 의 비교를 위해 본 연구에서 100 kVp 로 시행한 흉부 CT 검사의 동맥기 영상과 대상 환자 중 가장 최근에 120 kVp로 시행한 흉부 CT 검사의 동맥기 영상을 이용하였다.
성능/효과
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3.3 영상 화질의 평가
가장 최근에 시행된 120 kVp 동맥기 영상과 본 연구에서 적용한 100 kVp 동맥기 영상에 대하여 인공물, 해상도 및 대조도, 조영증강의 적정성을 기준으로 평가한 결과 Unacceptable 0명, Suboptimal 1명, Adequate 3명, Good 10명, Excellent 6명으로 나타났다(Table 6).
- 더불어 나선형 CT 및 다열검출 능력을 가진 검사장비에 의해 검사 속도와 화질이 향상되었다. 그 결과 연동운동이나 호흡에 의한 영상잡음이 적은 매우 신뢰성이 높은 정보를 신체부위에 관계없이 얻을 수 있게 되었다. 이 때문에 CT 의 응용범위는 더욱 발전하여 새로운 적용이 보고됨과 동시에 검사나 판독방법도 새롭게 되었다.
- 또한, 적절한 image quality control을 위해 실험기간인 약 3~6개월간 매주 정도관리 항목별 calibration 을 실시하였으며 실험을 위해 사용한 전산화 단층촬영 장비가 화질평가를 시행하기에 적합한 장비인지 여부를 확인하였다. 그 방법으로는 인공물의 유무를 확인하기 위하여 AAPM performance phantom 을 이용하였고, CT 장비 정도관리 검사 시 적용되는 동일한 스캔 조건으로 phantom 내부에 알루미늄 핀을 삽입 후 phantom 부위를 스캔한 결과 핀의 모양이 육각형이나 팔각형 그리고 타원형으로 왜곡되어 나타나지 않고 원형 그대로 나타나 본 실험의 화질평가에 적합한 장비임을 확인할 수 있었다.
- 다양한 농도의 조영제를 이용 관전압을 변화시켜 스캔한 영상의 DICOM자료의 CT value 측정 결과 동일한 조영제의 희석농도에서 관전압이 낮을수록 CT value가 높아지는 것을 알 수 있었다(Fig 2) (Table 4).
- 본 연구에서도 저 관전압 CT 검사에서 폐실질이 충분히 관찰되었다. 대부분의 영상에서 진단적으로 가치가 있었고 영상의 질 또한 우수하였다. 부가적으로 100 kVp 를 이용한 검사에서 더 높은 혈관의 대조도를 영상의 분석을 통해 평가할 수 있었다.
- 1970년대 개발된 전산화단층촬영(Computed Tomography; CT)은 기술적인 성능과 임상적인 응용면에서 급속하게 발전하였다. 더불어 나선형 CT 및 다열검출 능력을 가진 검사장비에 의해 검사 속도와 화질이 향상되었다. 그 결과 연동운동이나 호흡에 의한 영상잡음이 적은 매우 신뢰성이 높은 정보를 신체부위에 관계없이 얻을 수 있게 되었다.
- 본 연구에서 몸무게를 적용한 저 관전압 CT 검사에서 진단적인 영상의 질의 영상을 도출해 냈는데 관찰자간 상호 “good” 의 평가를 내렸다.
- 20년 전의 표준적인 흉부 CT 검사에서는 많은 검사시간을 소요하였으나 최근에는 같은 정보를 1회의 호흡 시간 내에 얻을 수 있게 되었다[1]. 이처럼 혁신적인 CT 기술 발전으로 인한 진단적 가치의 향상으로 검사건수가 크게 증가하였으며 전체 방사선 검사에서 CT 검사의 비중이 크게 증가하고 있다. 그러나 다른 방사선 검사보다 고 선량을 제공하는 CT 검사로 인한 방사선 피폭 또한 중요한 문제로 대두되고 있으나 여전히 대부분의 병원에서는 CT 검사로 인해 환자가 받는 방사선 피폭은 영상 정보량의 확대와 영상의 질 향상이라는 측면에 가리어져 간과되고 있는 실정이다[2].
- 피폭선량 분석은 검사장비에서 모든 검사 파라미터가 동일시 관전압 변화에 따른 자동 피폭선량 측정값을 기록하였으며, 관전압의 변화에 따른 장비 자체에서 표시해 주는 피폭선량 값으로 120 kVp와 100 kVp에서 CTDIVOL 값을 비교 측정한 결과 각각 7.80 mGy, 5.00 mGy 로 측정되어 표시되었다(Table 5).
- 영상평가의 point scale 은 항상 3(adequate)이상 이었다. 하지만 본 연구에서 80 kg 이상인 환자(1명)에게서 선속경화에 의한 인공물과 잡음 증가에 따른 영상의 시각적 변화가 나타났음을 볼 때 저 관전압 CT 검사 시 몸무게에 따른 기본적인 제한이 있음을 보여주고 있다.
- 대부분의 CT 장비에서는 120 kVp 이상의 고관전압이 사용되는데 이는 피사체를 투과하여 검출기에 도달되는 X-선량을 증가시켜 검출기의 반응성을 최대화시키기 위함으로 연부조직에 대한 뼈의 대조도를 감소시키고 피사체 내의 심한 감약 차이로 인해 발생 하는 선속경화 효과 등에 의한 아티팩트의 발생을 억제하고, 연부조직 내의 근소한 감약계수 차이를 감지하기 위함이다[3]. 흉부는 방사선의 감약이 적은 부위로서 높은 고유의 대조도로 인해 저 관전압 CT 촬영 시 실질적으로 방사선 피폭 선량은 감소될 수 있으며 본 연구의 결과에서 관전압을 감소시켜도 영상의 질이 저하되지 않는다는 것이 가능함을 증명하고 있다.
- 흉부영상의 CT value 의 비교를 위해 CT 검사자 중 100 kVp 영상과 가장 최근에 시행한 120 kVp 영상의 DICOM 자료를 이용하여 흉부 CT 의 동맥기 영상의 CT value 측정 결과 상대정맥에서는 100 kVp일때 120 kVp 보다 27.26% 증가 하였고, 폐동맥 24.83% 증가, 하행대 동맥 21.74% 증가, 상행대동맥 20.52% 증가, 대동맥궁은 20.67%증가, 갑상선은 14.06% 증가 하였지만 척추는 1.52% 감소로 측정되었다(Table 3).
후속연구
- 방사선양은 공중보건의 주된 이슈로 CT 가 의료피폭의 한 수단으로 일반대중들에게는 피폭선량의 증가에 큰 요인이 되고 있다. 따라서 CT 스캔 시 필요로 하는 기술적인 여러 요소를 환자에 따라 적정하게 적용하여 영상의 질적 저하 없이 환자의 피폭선량을 감소시키는 노력을 기울여야 할 것이다.
- 반복적으로 추적 CT 검사를 위해 내원한 검사자를 대상으로 기존에 적용한 120 kVp 보다 100 kVp 로 낮은 관전압을 적용하여 흉부 CT 검사를 하더라도 영상의 질적 저하 없이 진단 가치가 있는 영상의 획득과 더불어 피폭선량 감소효과를 얻을 수 있다고 사료된다.
- 이러한 감소는 영상의 잡음의 증가와 관계가 있고 잠재적으로는 영상의 질의 감소와 관련이 있다[11]. 이러한 원리를 추적검사를 위해 내원한 환자에게 적용하면 환자선량감소 뿐만 아니라 정확한 진단을 하는데도 무리가 없을 것으로 사료된다. 1991년 Jones DG 등에 의해 시행된 NPRB survey 에 의하면, 영국의 경우 비록 CT 검사 건수가 전체 방사선 검사의 약 2%만을 차지하였을지라도 CT 검사로 인한 방사선 피폭은 총 인구선량(collective dose to population)의 20% 정도를 차지하였다.
- 또한 각 조직의 감약계수의 변동을 줄이고 선속경화작용으로 인한 인공물의 발생을 감소시키며, 측두골 부위와 같이 감약계수가 높은 물질과 낮은 물질이 인접해 있는 경우 급격한 감약계수 차이로 인해 발생되는 인공물의 발생을 감소시킬 수 있기 때문이다[3]. 하지만 인체 내 각 조직의 에너지 특성이 이러한 결과를 좌우하는 중요한 요인으로 더욱 우수한 저 대조도 분해능 영상을 얻기 위한 고관전압의 사용이 효과적인지에 대해서는 더욱 많은 연구가 필요하다. 그러므로 고관전압의 사용이 저 대조도 분해능을 향상시킨다고 단정하는 것은 무리가 있다.
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