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문제 정의
- 11) 하지만 유효 갑상선 깊이와 선원-목 표면간 거리와의 관계식 형성은 팬텀 실험을 통한 다중회귀식 및 임상 실험 자료 등이 필요하기에 다양한 연구가 필요한 상태이다. 따라서 본 실험은 거리로 인한 감마선 감쇠와 유효 갑상선 깊이가 현재 갑상선 섭취율에 어떠한 영향을 미치고, 이로 인해 발생되는 오류를 어떻게 수정할 수 있을 것인가를 고찰하고자 하였다.
- 방사성 요오드 갑상선 섭취율은 거대갑상선 환자의 경우그 체적에 의한 유효 갑상선 깊이가 깊어짐으로 인한 기하 학적 변동이 있는 것이 사실이다. 본 연구는 방사성 요오드 갑상선 섭취율에 있어 검출기와 선원 간 거리와 유효 갑상선 깊이에 따른 기하학적 요인의 영향을 고찰하고자 하였다. 131I 370 kBq 선원을 검출기로부터 거리를 20 cm부터 30 cm까지 1 cm 간격으로 변화시키며 Captus 3000 thyroid uptake system(Capintec, NJ, USA)으로 측정하였다.
- 이에 본 논문은 환자의 목 표면-검출기 간 거리의 변동과 유효갑상선 깊이의 변화가 131I의 표준계수 측정 시 계수율에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고, 방사성 요오드 갑상선 섭취율(RAIU rate)의 오차를 예측해보고자 하였다.
가설 설정
- 또한 이는 단순히 갑상선 섭취율 검사에 오류를 일으키는 것뿐만이 아니라 갑상선 섭취율은 다시 갑상선 기능 항진증 환자의 방사성 동위원소 치료용량의 결정에 사용되는 것을 고려한다면, 이는 다시금 재오류를 일으킬 수 있다고 생각된다.10) 이와 같은 오류를 줄이기 위해서는 선원을 투여하기 전 검출기-선원 간 거리를 변화시켜주거나, 투여한 이후에 검출기-목 표면 간 거리를 변화시켜주거나, 혹은 섭취율이 측정된 이후 Correction Factor를 곱하여 변환하는 방법을 사용하는 것이 유용할 것이다.11) 하지만 유효 갑상선 깊이와 선원-목 표면간 거리와의 관계식 형성은 팬텀 실험을 통한 다중회귀식 및 임상 실험 자료 등이 필요하기에 다양한 연구가 필요한 상태이다.
- 선원을 검출기(probe)의 중앙에 위치시킨 뒤, 팬텀이 없는 상태에서 검출기-선원 간 거리를 20 cm부터 30 cm까지 1 cm 간격으로 변화시키며 각각 20초 씩 30회 반복 측정하였다. 이 경우를 유효 갑상선 깊이 0 cm인 경우로 가정하였다. 다음에는 선원을 Standard thy-roid uptake neck phantom (Nuclear associate, NY, USA)에 삽입하여 유효 갑상선 깊이를 적용한 후, 팬텀이 없을 때와 동일한 방법으로 계수하였다.
제안 방법
- 본 연구는 방사성 요오드 갑상선 섭취율에 있어 검출기와 선원 간 거리와 유효 갑상선 깊이에 따른 기하학적 요인의 영향을 고찰하고자 하였다. 131I 370 kBq 선원을 검출기로부터 거리를 20 cm부터 30 cm까지 1 cm 간격으로 변화시키며 Captus 3000 thyroid uptake system(Capintec, NJ, USA)으로 측정하였다. 유효 갑상선 깊이를 재현하기 위해 목 팬텀을 이용하여 팬텀 내선원의 깊이를 1 cm, 2 cm, 5 cm으로 변화시키며 같은 방법으로 측정하였다.
- 이 경우를 유효 갑상선 깊이 0 cm인 경우로 가정하였다. 다음에는 선원을 Standard thy-roid uptake neck phantom (Nuclear associate, NY, USA)에 삽입하여 유효 갑상선 깊이를 적용한 후, 팬텀이 없을 때와 동일한 방법으로 계수하였다. 목 표면-선원 간 깊이는 환자 마다 서로 다른 유효 갑상선 깊이를 재연하기 위해 1 cm, 2 cm, 5 cm으로 변화하였다(Table 1).
- 목 표면-선원 간 깊이는 환자 마다 서로 다른 유효 갑상선 깊이를 재연하기 위해 1 cm, 2 cm, 5 cm으로 변화하였다(Table 1). 단, 유효 갑상선 깊이 5 cm의 경우, 팬텀의 표면이 조준기(collimator)의 끝 부분과 닿는 문제로 22 cm부터 30 cm까지 측정하였다. 또한 모든 계수율은 131I의 에너지 관심영역의 변화에 따른 갑상선 섭취율의 변화를 알아보기 위해 에너지 관심영역을 284.
- 또한 모든 계수율은 131I의 에너지 관심영역의 변화에 따른 갑상선 섭취율의 변화를 알아보기 위해 에너지 관심영역을 284.3keV±10%, 364.4 keV±20%, 364.4 keV±10%, 637.1 keV±6.2%로 4가지로 나누어 측정하였다.
- 1). 마지막으로 검출기-선원 간 거리를 25 cm으로 고정시킨 경우에 대하여 분석하였다. 이 경우 목 표면-선원 간 깊이로 인하여 감마선의 감쇠에 따른 계수율의 변화를 확인할 수가 있으므로, 이를 위해 일원배치 분산분석(One way ANOVA)을 시행하였다.
- 마지막으로 얻어진 결과를 3가지 기준으로 나누어 분석하였다. 첫 번째로 거리와 에너지 관심영역을 변화시킨 경우에 거리에 따라 변화된 계수율을 비교하기 위해 곡선추정 회귀분석, 선형 회귀분석(SPSS ver.
- 다음에는 선원을 Standard thy-roid uptake neck phantom (Nuclear associate, NY, USA)에 삽입하여 유효 갑상선 깊이를 적용한 후, 팬텀이 없을 때와 동일한 방법으로 계수하였다. 목 표면-선원 간 깊이는 환자 마다 서로 다른 유효 갑상선 깊이를 재연하기 위해 1 cm, 2 cm, 5 cm으로 변화하였다(Table 1). 단, 유효 갑상선 깊이 5 cm의 경우, 팬텀의 표면이 조준기(collimator)의 끝 부분과 닿는 문제로 22 cm부터 30 cm까지 측정하였다.
- 5×7 cm)에 담았다. 선원을 검출기(probe)의 중앙에 위치시킨 뒤, 팬텀이 없는 상태에서 검출기-선원 간 거리를 20 cm부터 30 cm까지 1 cm 간격으로 변화시키며 각각 20초 씩 30회 반복 측정하였다. 이 경우를 유효 갑상선 깊이 0 cm인 경우로 가정하였다.
- 131I 370 kBq 선원을 검출기로부터 거리를 20 cm부터 30 cm까지 1 cm 간격으로 변화시키며 Captus 3000 thyroid uptake system(Capintec, NJ, USA)으로 측정하였다. 유효 갑상선 깊이를 재현하기 위해 목 팬텀을 이용하여 팬텀 내선원의 깊이를 1 cm, 2 cm, 5 cm으로 변화시키며 같은 방법으로 측정하였다. 실험 결과, 곡선추정 회귀분석 결과 모든 실험군이 거듭제곱곡선에 높은 상관관계를 보이는 것으로 나타났다(R2≧0.
데이터처리
- 검출기-목 표면 간 거리가 고정 된 유효 갑상선 깊이 25cm 자료를 선형 회귀분석하였고, 회귀식을 통해 유효 갑상선 깊이 0 cm부터 5 cm까지의 예상 계수율과 예상 갑상선 섭취율을 얻었다. 0 cm에서 갑상선 섭취율이 100%라고 가정할 때, 284.
- 18)으로 분석하였다. 두 번째로 검출기-목 표면 간 거리를 25 cm으로 고정시킨 경우의 자료를 수집하여, 목 표면-선원 간 깊이와 계수율과의 관계를 선형 회귀분석하였다(Fig. 1). 마지막으로 검출기-선원 간 거리를 25 cm으로 고정시킨 경우에 대하여 분석하였다.
- 01으로 귀무가설이 기각되어 등분산 가정을 만족하지 못하였다. 따라서 비모수적 통계방법인 Kruskal-Wallis test와 Mann-Whitney test로 분석하였다. 통계 분석 결과 모든 에너지 영역에서 팬텀이 없는 상태의 계수율과, 팬텀으로 유효 갑상선 깊이가 1 cm 적용한 계수율은 유의할 만한 차이가 있는 것으로 보여졌다(p<0.
- 마지막으로 검출기-선원 간 거리를 25 cm으로 고정시킨 경우에 대하여 분석하였다. 이 경우 목 표면-선원 간 깊이로 인하여 감마선의 감쇠에 따른 계수율의 변화를 확인할 수가 있으므로, 이를 위해 일원배치 분산분석(One way ANOVA)을 시행하였다. 일원배치 분산분석은 Scheffe법으로 분석되었다.
- 마지막으로 얻어진 결과를 3가지 기준으로 나누어 분석하였다. 첫 번째로 거리와 에너지 관심영역을 변화시킨 경우에 거리에 따라 변화된 계수율을 비교하기 위해 곡선추정 회귀분석, 선형 회귀분석(SPSS ver.18)으로 분석하였다. 두 번째로 검출기-목 표면 간 거리를 25 cm으로 고정시킨 경우의 자료를 수집하여, 목 표면-선원 간 깊이와 계수율과의 관계를 선형 회귀분석하였다(Fig.
이론/모형
- 이 경우 목 표면-선원 간 깊이로 인하여 감마선의 감쇠에 따른 계수율의 변화를 확인할 수가 있으므로, 이를 위해 일원배치 분산분석(One way ANOVA)을 시행하였다. 일원배치 분산분석은 Scheffe법으로 분석되었다.
성능/효과
- 0 cm에서 갑상선 섭취율이 100%라고 가정할 때, 284.3 keV±10% 를 제외한 모든 에너지 관심영역에서 유효 갑상선 깊이가 1 cm 차이가 날 때, 9.32% 이상의 오차가 발생하는 것으로 나타났다(Table 2).
- 12) 선형 회귀 분석을 통한 결과 3의 갑상선 섭취율 예측 결과에서, 364.4 keV±20% 영역에서 최저 오차인 -5.09%가 예측되었다.
- 284.3 keV±10% 에너지 관심영역의 Kruskal-Wallis test에서 모든 유효 갑상선 깊이 간 감마선 계수율의 근사유의확률은 p<0.01으로 귀무가설이 기각되어 유의할 만한 차이가 있는 것으로 나타났다(Table 6).
- 364.4 keV±20% 영역과 637.1 keV±6.2% 영역에서는 유효 갑상선 깊이 1 cm 과 2 cm의 계수율 간의 유의확률이 각각 p=0.354, p=0.397 로 p<0.05를 만족하지 못하므로, 유의할 만한 차이가 있다고 할 수 없었다(Table 4~5).
- 이는 공기의 감약 등에 의해 발생되는 거리 역제곱 법칙 불궤현상이 거의 보이지 않음을 의미한다.7) 곧, 추정된 곡선이 거리가 멀어질수록 거리 당 계수율의 차이가 완만해지는 플래토우(plateau)의 영향으로 검출기-선원 간 거리가 멀어질수록 상대적으로 오차가 감소됨을 예상할 수 있다. 모든 에너지 관심영역에서의 곡선추정 회귀분석에서는 637.
- 본 선형 회귀식을 바탕으로 결과 2에서와 같이 유효 갑상선 깊이 0 cm부터 5 cm까지의 예상 계수율과 예상 갑상선 섭취율을 얻었다(Table 7). 갑상선 섭취율을 100%라고 가정할 때 모든 에너지 관심영역에서 유효 갑상선 깊이 1 cm 당 5.09% 이상의 갑상선 섭취율 오차가 나는 것으로 계산되었다. 364.
- 거리에 따른 변동계수를 선형 회귀분석 한 결과, 검출기-선원 간 거리가 증가함에 따라 모든 깊이의 모든 에너지 관심영역에서 변동계수가 증가하는 것으로 분석되었다. 하지만 364.
- 하지만 다른 에너지 피크(peak)에 비해 낮은 에너지이므로 나타나는 감마선 감쇠와 산란선의 영향이 계측에 어떠한 영향을 주었을 지를 가늠하기 힘든 점, 넓은 반치폭과 높은 변동계수가 결과적으로 더 큰 오류를 줄 지 알 수 없다는 점을 고려한다면 차후 연구가 더 필요하다고 생각된다. 결과 3의 일원배치 분산분석의 결과는 환자의 갑성선 깊이를 예측하여 측정하더라도, 목 전면부로 인한 감마선 감쇠의 영향으로 계수에 오차가 생길 가능성이 있음을 시사한다. 하지만 갑상선 섭취율을 예측한 Table 7의 오차는 결과 2의 예상 갑상선 섭취율의 오차보다 대부분 낮은 것을 알 수 있었다.
- 계수율을 일원배치 분산분석과 Mann-Whitney test로 다중비교한 결과, 25 cm의 Levene 통계량 유의수준이 364.4 keV±20%, 364.4 keV±10%, 637.1 keV±6.2% 에너지 관심 영역에서 p≧0.05으로 귀무가설이 기각되지 못하여 등분산 가정을 만족할 수 있었으나, 284.3 keV±10% 영역의 Levene 통계량 유의수준은 p<0.01으로 귀무가설이 기각되어 등분산 가정을 만족하지 못하였다.
- 곧, 유효 갑상선 깊이에 따른 오차를 줄이기 위해서는 364.4 keV±20%의 영역의 사용이 더 적절할 것으로 보인다.
- 본 연구는 방사성 요오드 갑상선 섭취율이 증가함에 따라, 유효 갑상선의 깊이가 깊어짐에 따라, 검출기-갑상선간 거리가 가까워짐에 따라, 부적절한 에너지 관심영역의 설정에 따라 측정의 오차가 커짐을 증명하였다. 따라서 방사성 요오드 투여 이전에 환자의 갑상선 초음파 혹은 CT 사진을 확보하여 대략적인 환자의 갑상선 깊이를 확인하고, 그에 따라 투약 전 표준계수 측정 시 환자의 갑상선 깊이에 맞는 측정 거리 혹은 목 팬텀 두께를 적용하여 측정하는 것이 갑상선 섭취율 오차를 줄이는데 유용할 것으로 생각된다. 또한 갑상선 깊이에 따른 오차는 갑상선 깊이에 따른 보정계수 적용, 364.
- 또한 364.4 keV±10% 에너지 관심영역에서는 유효 갑상선 깊이 1 cm 당 계수율의 변화가 모두 유의할 만한 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.01).
- 또한 Fig.5의 선형 회귀분석 결과에서도 유일하게 284.3 keV±10% 영역에서 깊이가 깊어짐에 따라 계수율이 증가하는 모습을 보였다.
- 또한 갑상선 깊이에 따른 오차는 갑상선 깊이에 따른 보정계수 적용, 364.4 keV±20% 에너지 영역 설정, 디텍터와 선원과의 거리를 연장하였을 때 감소시킬 수 있다고 생각된다.
- 09%의 더 낮은 오차를 보였다. 또한 거리에 따른 계수율의 변동계수는 모든 실험군에서 선형으로 증가되는 것으로 나타났다. 그 중 364.
- 또한 환자의 목 표면을 계측 지점으로 계측하는 경우에 유효 갑상선 깊이로 인한 오류를 줄이기 위해서는, Table 2의 결과와 같이 131I의 주 에너지피크가 아닌 284.3 keV±10% 영역을 유효 갑상선 깊이가 깊은 환자에게 응용한다면 다른 에너지 관심영역을 적용하는 것에 비해 상대적으로 낮은 오차를 보일 것으로 보인다.
- 모든 실험군에서 팬텀을 쓰지 않았을 때와 유효 갑상선 깊이가 1 cm이 적용되었을 때의 계수율이 서로 유의할 만한 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.01).
- 모든 에너지 관심영역에서의 곡선추정 회귀분석에서는 637.1 keV±6.2%의 유효 갑상선 깊이 5 cm에서 가장 낮은 결정계수를 보였다(R2=0.915).
- 4). 본 선형 회귀식을 바탕으로 결과 2에서와 같이 유효 갑상선 깊이 0 cm부터 5 cm까지의 예상 계수율과 예상 갑상선 섭취율을 얻었다(Table 7). 갑상선 섭취율을 100%라고 가정할 때 모든 에너지 관심영역에서 유효 갑상선 깊이 1 cm 당 5.
- 본 연구는 방사성 요오드 갑상선 섭취율이 증가함에 따라, 유효 갑상선의 깊이가 깊어짐에 따라, 검출기-갑상선간 거리가 가까워짐에 따라, 부적절한 에너지 관심영역의 설정에 따라 측정의 오차가 커짐을 증명하였다. 따라서 방사성 요오드 투여 이전에 환자의 갑상선 초음파 혹은 CT 사진을 확보하여 대략적인 환자의 갑상선 깊이를 확인하고, 그에 따라 투약 전 표준계수 측정 시 환자의 갑상선 깊이에 맞는 측정 거리 혹은 목 팬텀 두께를 적용하여 측정하는 것이 갑상선 섭취율 오차를 줄이는데 유용할 것으로 생각된다.
- 선형회귀분석 결과 깊이에 따른 계수율의 변화는 모두 감소되는 것으로 나타났으나, 284.3 keV ± 10% 영역에서 깊이에 따른 계수율의 변화는 증가되는 것으로 나타났다.
- 유효 갑상선 깊이를 재현하기 위해 목 팬텀을 이용하여 팬텀 내선원의 깊이를 1 cm, 2 cm, 5 cm으로 변화시키며 같은 방법으로 측정하였다. 실험 결과, 곡선추정 회귀분석 결과 모든 실험군이 거듭제곱곡선에 높은 상관관계를 보이는 것으로 나타났다(R2≧0.915). 그러므로 검출기-선원 간 거리가 20 cm보다 30 cm에서 오차가 크게 감소됨을 예상할 수 있다.
- 얻어진 결과 자료를 곡선추정 회귀분석한 결과, 364.4 keV±20%의 모든 실험군에서 얻어진 검출기-선원 간 거리에 따른 감마선 계수율은 거듭제곱곡선과 높은 상관관계를 보였다(R2≧0.99) (Fig. 2).
- 유일하게 284.3 keV±10% 에너지 관심영역의 경우는 깊이가 깊어짐에 따라 계수율이 증가하는 모습을 보였다(R2=0.6349) (Fig. 4).
- 유효 갑상선 깊이에 따른 계수율의 오차를 줄이기 위하여 검출기-선원 간 거리를 연장하는 것은 계수율의 표준편차를 증가시키나, 364.4 keV±20%, 364.4 keV ±10%의 두 영역을 적용한다면 오차를 최소화 할 수 있을 것으로 예상된다.
- 유효갑상선 깊이에 따른 계수율을 선형 회귀분석한 결과에서는 364.4 keV±10%, 364.4 keV±20%, 637.1 keV±6.2% 에너지 관심영역에서 깊이가 깊어짐에 따라 계수율은 낮아지는 것으로 분석되었다(R2 ≧0.7399).
- 이 회귀식을 통해 환자의 예상 갑상선 섭취율을 산출해 보았을 때, 364.4 keV±10%에서 1 cm 당 -6.42%, 364.4 keV±20%의 영역에서 -5.09%의 더 낮은 오차를 보였다.
- 통계 분석 결과 모든 에너지 영역에서 팬텀이 없는 상태의 계수율과, 팬텀으로 유효 갑상선 깊이가 1 cm 적용한 계수율은 유의할 만한 차이가 있는 것으로 보여졌다(p<0.01) (Table 3).
후속연구
- 그러나 본 연구에서는 감마선 감쇠가 흡수체 내에서 상호작용을 피하는 좁은 선속의 측정실험이 아님으로 발생되는 오류와 핵붕괴의 무작위 과정(random process)에 따른 통계적 오차,12) 상대적으로 적은 표본 수로 인한 오차, 실험 과정에서 생기는 일부 거리 변동의 오류가 있음을 고려해야 하고, 갑상선 체적을 점 선원으로 일괄 적용하고, 그에 따른 질량흡수계수를 고려하지 않은 점 등이 제한점으로 생각된다.
- 3 keV±10% 영역을 유효 갑상선 깊이가 깊은 환자에게 응용한다면 다른 에너지 관심영역을 적용하는 것에 비해 상대적으로 낮은 오차를 보일 것으로 보인다. 하지만 다른 에너지 피크(peak)에 비해 낮은 에너지이므로 나타나는 감마선 감쇠와 산란선의 영향이 계측에 어떠한 영향을 주었을 지를 가늠하기 힘든 점, 넓은 반치폭과 높은 변동계수가 결과적으로 더 큰 오류를 줄 지 알 수 없다는 점을 고려한다면 차후 연구가 더 필요하다고 생각된다. 결과 3의 일원배치 분산분석의 결과는 환자의 갑성선 깊이를 예측하여 측정하더라도, 목 전면부로 인한 감마선 감쇠의 영향으로 계수에 오차가 생길 가능성이 있음을 시사한다.
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