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문제 정의
- 최근까지 digital radiography에서 다양한 형태로 촬영조건의 최적화가 이루어지고 있으며 과노출과 환자선량 감소를 위해 automatic exposure control (AEC)의 사용이 국제적으로 권고되고 있다[13]. 따라서 본 연구에서는 digital chest radiography에서 AEC를 적용한 상태에서 SID의 증가와 영상의 화질 (image quality) 및 환자선량 (patient dose)의 관계를 평가하여 SID의 최적화에 도움이 되고자 한다.
- 본 연구에서는 임상 X-선 검사에서 많은 부분을 차지하는 digital chest radiography의 SID 180 cm를 기준으로 실제 임상에서 적용 가능한 범위 내에서 SID를 증가시켜가며 patient dose와 image quality를 평가하였다. 임상에서 가장 일반적으로 행해지고 있는 SID 180 cm 를 기준으로 했을 때, ESAK의 경우 거리에 따른 유의한 감소를 확인할 수 있었다.
제안 방법
- Image J를 이용하여 Al판의 중앙부분(signal)과 인접한 phantom 부위 (noise)에 2500 pixels (50 pixel×50 pixel) 크기의 사각형 region of interest (ROI)를 지정하였다(Fig. 2. B).
- Incident air kerma (Ki)를 측정하기 위해 multi function tester(RaySafe Xi, uggledalsvägen 29 427 40 billdal sweden)를 사용하였다.
- C, D). SID 180 cm에서의 영상을 기준영상 (reference image)으로 하여 visual grading analysis (VGA)를 실시하여 주관적인 화질변화를 평가하였다[20]. 각각의 SID에서 영상은 10년 이상의 일반촬영 경력을 가진 10명의 방사선사에 의해 조금 변형시킨 CEC image criteria[5]로 평가되었으며 평가항목은 Table 1에 기술하였다.
- SID를 180 cm에서 340 cm까지 20 cm 단위로 증가시켜가며 각각 10회씩 노출하여 incident air kerma (Ki)를 측정하고 entrance surface air kerma (ESAK)를 계산하였다. ESAK는 phantom 표면에 입사하는 X선 중심축의 한 점에서 측정된 Ki에 후방산란선(backscatter radiation)의 영향이 포함된 환자선량으로 정의된다[15].
- X선 장비의 노출조건을 120 kVp, 320 mA로 설정 후 AEC를 적용하여 Fig. 1과 같이 ANSI sensitometry chest phantom의 중앙(A지점)에 multi function tester의 detector를 위치시켰다.
- 각각의 SID에서 영상은 10년 이상의 일반촬영 경력을 가진 10명의 방사선사에 의해 조금 변형시킨 CEC image criteria[5]로 평가되었으며 평가항목은 Table 1에 기술하였다. 영상 관찰자들은 기준영상과 특정 SID의 영상을 2대의 모니터에 각각 display하고 평가항목에서 따라 영상의 차이에 따른 점수를 부여하였다. scoring은 clearly inferior(VGA –2), slightly inferior (-1), equal to (0), slightly superior (+1), clearly superior (+2) 이다[21].
- 측정된 ESAK는 상업용 monte carlo program PCXMC (STUK, radiation and nuclear safety authority, helsinki, finland)를 사용하여 각각의 SID에서 effective dose (ED)를 결정하였다. 이 프로그램은 cristy에 의해 만들어지고[18] national radiological protection board (NRPB)에 의해 수정된 mathematical phantom을 사용하여[19] ICRP publication 60과 103에서의 tissue weighting factors로 ED를 계산한다.
대상 데이터
- ANSI sensitometry chest phantom 중앙에 Al판 (20 mm×40 mm×4 mm)을 부착하고 각각의 SID에서 영상을 획득하였다(Fig. 2. A).
- 이다. X선관의 초점 크기(focal spot size)는 0.6 mm이며 grid ratio 12:1의 고정형 평행 격자(stationary parallel pattern grid)를 사용하였다. Incident air kerma (Ki)를 측정하기 위해 multi function tester(RaySafe Xi, uggledalsvägen 29 427 40 billdal sweden)를 사용하였다.
- 본 연구에 사용한 imaging system은 한 대학병원에 설치, 운영되고 있는 GE discovery XR 650 digital radiography (DR) system이다. 이 DR system의 검출기는 cesium iodide- amorphous silicon image detector (GE medical systems, milwaukee, wisconsin)로 크기는 3933 mm×3925mm(2017×2013 matrix)이며 pixel pitch는 194 μ m이다.
- 정성적인 영상평가를 위해 chest anthropomorphic phantom을 이용하여 각각의 SID에서 영상을 획득하였다(Fig. 2. C, D). SID 180 cm에서의 영상을 기준영상 (reference image)으로 하여 visual grading analysis (VGA)를 실시하여 주관적인 화질변화를 평가하였다[20].
데이터처리
- 자료의 통계분석은 statistical package for social science (SPSS inc, chicago, USA) 22.0을 사용하였고, image quality data (VGA score, SNR)와 dose data (Ki, ESAK, ED)는 one-way analysis of variance (ANOVA)을 실시하였다. 유의수준 (probability level)은 p<0.
이론/모형
- SID 180 cm에서의 영상을 기준영상 (reference image)으로 하여 visual grading analysis (VGA)를 실시하여 주관적인 화질변화를 평가하였다[20]. 각각의 SID에서 영상은 10년 이상의 일반촬영 경력을 가진 10명의 방사선사에 의해 조금 변형시킨 CEC image criteria[5]로 평가되었으며 평가항목은 Table 1에 기술하였다. 영상 관찰자들은 기준영상과 특정 SID의 영상을 2대의 모니터에 각각 display하고 평가항목에서 따라 영상의 차이에 따른 점수를 부여하였다.
- 측정된 ESAK는 상업용 monte carlo program PCXMC (STUK, radiation and nuclear safety authority, helsinki, finland)를 사용하여 각각의 SID에서 effective dose (ED)를 결정하였다. 이 프로그램은 cristy에 의해 만들어지고[18] national radiological protection board (NRPB)에 의해 수정된 mathematical phantom을 사용하여[19] ICRP publication 60과 103에서의 tissue weighting factors로 ED를 계산한다. ICRP 103에서 ED는 식 (2)로 정의된다.
- Incident air kerma (Ki)를 측정하기 위해 multi function tester(RaySafe Xi, uggledalsvägen 29 427 40 billdal sweden)를 사용하였다. 환자 선량 평가 및 정량적인 영상평가를 위해 ANSI (american national standards institude) sensitometry chest phantom[14]을 사용하였으며 정성적인 영상평가를 위해 chest anthropomorphic phantom (whole body phantom PBU-60, kyoto kagaku)을 사용하였다. Digital chest radiography의 영상평가를 위해 GE centricity RA600 workstation(GE healthcare, milwaukee, wi, USA), 2-megapixel(1600×1200 Pixels) monitor (MDRC-2120, barco, kortrijk, belgium), “Image J”(1.
성능/효과
- X선을 이용한 진단 영상에서 X-선량이 증가하면 SNR이 개선되고 일반적으로 AEC를 적용하지 않는 검사에서 선량 증가경향이 발생할 수 있다고 하였다[30]. 따라서 본 연구에서는 chest phantom을 AEC를 적용하여 SNR을 측정한 결과, SID 180 cm의 6.049에서 300 cm의 5.556으로 거리증가에 따라 SNR의 유의한 감소가 나타났다. SID가 증가할수록 IR에 도달하는 선량(광자수)는 감소하나 x선 빔의 평균에너지는 증가하여 투과력은 증가하게 된다.
- 03초 정도의 짧은 노출시간 증가가 발생했으나 이로 인한 Tube loading의 영향은 미미하다고 판단하여 고려하지 않았다. 또한 DR장비에서 우수한 화질의 영상을 얻기 위해서는 antiscatter focused grid가 요구되지만 본 연구에서는 200 cm 이상에서 적용할 격자가 없어 고정형 평행 격자(stationary parallel pattern grid)를 사용하여 실험하였으므로 영상에 미세한 영향을 미쳤을 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 “European guidelines on quality criteria for diagnostic radiographic images”에 따른 VGA 결과, SID 증가하더라도 영상의 진단적 가치는 기존의 SID 180cm 영상과 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 이는 kV는 고정하고 mAs를 조절하여 화질을 유지한다는 조건이 전제되었다[8, 9, 11, 22]. 본 연구에서도 AEC를 적용하여 SID를 증가시킨 결과 ESAK는 180 cm의 0.235 mGy를 기준으로 했을 때, 300 cm의 0.206 mGy, 340 cm의 0.202 mGy로 13.1%, 16.0%의 유의한 감소가 관찰되었다. 이는 SID 증가에 따라 air-filter effect에 의해 공기 중에서 잘 흡수되는 soft x-ray가 제거되면서 피부에 입사하는 선량은 감소되는 것으로 판단된다.
- 41%의 감소가 관찰되었다. 장기(organ)의 유효선량은 폐(lung)에서 가장 높은 선량을 나타냈으며, SID 180 cm의 0.214 mSv를 기준으로 했을 때 240 cm, 280 cm, 320 cm에서 0.204 mSv, 0.199 mSv, 0.114 mSv로 각각 5.08%, 6.98%, 9.6%의 감소가 관찰되었다.
- 41%의 감소가 관찰되었다. 장기(organ)의 유효선량은 폐(lung)에서 가장 높은 선량을 나타냈으며, SID 180 cm의 0.214 mSv를 기준으로 했을 때 240 cm, 280 cm, 320 cm에서 0.204 mSv, 0.199 mSv, 0.114 mSv로 각각 5.08%, 6.98%, 9.6%의 감소가 관찰되었다.
- 56%의 감소가 관찰되었다. 통계적으로 SID 증가에 따라 Ki, ESAK는 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다 (p=0.000).
- 46%의 감소가 관찰되었다. 통계적으로 SNR은 SID의 증가에 따라 유의한 차이를 보였다 (p=0.000). 그러나 다른 거리에 비해 SID 260 cm ∼ 300 cm 에서 평균 SNR이 5.
후속연구
- 정성적인 영상 평가인 VGA에서는 유의한 차이가 없는 진단적 가치가 높은 영상으로 평가되었다. 따라서 SID 증가에 따른 장비에 추가적인 부하와 장비 설치 공간의 증가를 배제한다면 digital chest radiography에서 SID를 300 cm까지 증가 시킴으로 화질의 저하 없이 환자선량을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.
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