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문제 정의
- 디지털 흉부단층합성법검사에서 다양한 부가필터를 이용해 유효선량 및 화질평가를 비교해 보고, 피폭선량을 감소시키면서 가장 적합한 필터를 본 연구에서 제시하고자 하였다.
- 이에 본 연구에서는 DTS검사에서 피폭선량을 줄이기 위하여 여러 종류의 부가필터를 사용하여 유효선량 및 화질평 가를 비교해 보았다.
제안 방법
- 0.3 mmCu 필터를 사용하여 조사선량을 구한 결과 1.15 mR였고, 3 mmAl와 0.3 mmNi에서 각각 1.16, 1.08 mR로 0.3 mmCu와 가장 비슷한 조사선량 값이 측정되어 모든 실험에서 Cu 0.3 mm, Al 3.0 mm, Ni 0.3 mm로 실험을 진행하였다.
- 3개의 필터에서 비슷한 투과선량을 보인 두께를 선택하고, 선택한 필터와 DAP meter를 collimator 앞에 부착하여 DTS검사 조건 100 kVp, 320 mA, dose ratio 1:5, speed 400에서 5번씩 조사하여 평균 DAP 값을 측정하였다.
- 시각적 화질평가는 각 각의 부가필터를 콜리메이터 앞에부착하고, AAPM chest phantom의 중앙에 Contrast Detail phantom(CD phantom)을 위치시킨 후 DTS 검사후 raw 영상을 Picture Archiving and Communication System(PACS)로 전송하였다. DTS raw 영상 60개 중 CD phantom의 위치인 가운데 30번째 영상을 선택하여, 식별 가능한 CD 팬텀의 hole을 카운트하였다.
- SNR, CNR측정은 ROI의 신호강도의 평균과 표준편차를 측정한 후, ROI를 제외한 백그라운드의 신호강도 평균과 표준편차를 구하여 다음과 같은 식으로 측정하였다.
- 또한 정량적평가를 위해 Lung chest 팬텀을 디텍터 앞에 위치시키고, 0.3 mmCu, 3 mmAl, 0.3 mmNi 필터를 변경 하면서 DTS 촬영을 한 후, Image J를 이용하여 오른쪽 상단에 백그라운드 관심영역(region of interest, ROI)을 정하고, 폐부분 5곳에 Signal to Noise Ratio(SNR)과 Contrast to Noise Ratio(CNR) 측정에 필요한 평균값과 표준편차를 구하기 위해 ROI를 지정하였다(Figure 2).
- 부가필터의 두께는 Hamer 등 4)의 자료를 참고하여 화질에 변화가 없으면서 entrance skin dose (ESD)를 30% 정도 줄일 수 있는 Cu 0.3 mm를 기준으로 Al, Ni의 두께를 측정하였으며, 동일 관전압에서의 흡수물질별 알루미늄 흡수비를 측정하기 위해서 100 kVp, 320 mAs에서 Unfors Xi platinum를 이용하여 측정하였다.
- 시각적 화질평가는 각 각의 부가필터를 콜리메이터 앞에부착하고, AAPM chest phantom의 중앙에 Contrast Detail phantom(CD phantom)을 위치시킨 후 DTS 검사후 raw 영상을 Picture Archiving and Communication System(PACS)로 전송하였다. DTS raw 영상 60개 중 CD phantom의 위치인 가운데 30번째 영상을 선택하여, 식별 가능한 CD 팬텀의 hole을 카운트하였다.
- 조사선량 측정에 Unfors Xi platinum (Raysafe, Sweden)를, DAP 측정을 위하여 DAP meter (kerma X-plus, 120-104HS, Bahnhofstrasse, Germany)를 사용하였다. 유효선량을 얻기 위한 흡수선량 측정은 유리선량계(DOSE ACE, ASAHI technology co, Japan)와 Rando phantom을 사용하였고, 화질평가를 위해 American Association of Physicists in Medicine(AAPM) chest phantom (76-211, Cardinal Health, USA)과 Contrast Detail phantom(07-652, Cardinal Health, USA), Rando Phantom(ARTF-1007, Radiology support device, Long beach, CA, USA)을 사용하 였다. 유리선량계의 소자는 GD-302M이고, 선량계 판독기는 FGD-100 (ASAHI technology co, Japan)을 사용하였다.
- 평균 흡수선량 값과 표면선량 값을 구하고, 그 값에 방사선하중계수와 조직가중치를 곱하여 유효선량 값을 구하였다.
- 흡수선량을 측정하기 위해 Rando phantom 내부 장기 (thyroid-9, lung-14, heart-16, vertebral-16, liver-20, stomach-19)에 유리선량을 삽입하고, 표면선량을 측정하기 위해 팬텀 바깥 T6레벨 정중앙과 양쪽 폐부분에 유리선량계를 부착하여 DTS 검사조건 100 kVp, 320 mA, dose ratio 1:5, speed 400으로 하여 5번씩 조사하였다(Figure 1).
대상 데이터
- DTS장치는 Definium8000(volume RAD, GE Healthcare, Milwaukee, WI)장비로 CsI/a-Si panel detector를 사용하였으며, 부가필터는 Cu, Al, mmNi 등 3가지를 이용하였다. 조사선량 측정에 Unfors Xi platinum (Raysafe, Sweden)를, DAP 측정을 위하여 DAP meter (kerma X-plus, 120-104HS, Bahnhofstrasse, Germany)를 사용하였다.
- 유효선량을 얻기 위한 흡수선량 측정은 유리선량계(DOSE ACE, ASAHI technology co, Japan)와 Rando phantom을 사용하였고, 화질평가를 위해 American Association of Physicists in Medicine(AAPM) chest phantom (76-211, Cardinal Health, USA)과 Contrast Detail phantom(07-652, Cardinal Health, USA), Rando Phantom(ARTF-1007, Radiology support device, Long beach, CA, USA)을 사용하 였다. 유리선량계의 소자는 GD-302M이고, 선량계 판독기는 FGD-100 (ASAHI technology co, Japan)을 사용하였다.
데이터처리
- 3종류의 부가필터에 따른 DAP 값, 화질평가의 SNR, CNR 의 통계적 유의성을 검정하기 위해 one way ANOVA 검증을 실시하였고, Scheffe test를 통하여 사후검증을 하였으며, 통계프로그램은 SPSS(Ver18.0, USA)을 이용하였다.
- 이 영상평가는 경력 10년차 이상 방사선사 4명이 하였으며, 4명이 카운트한 hole 개수의 평균값으로 그래프를 작성하였다.
성능/효과
- 본 연구를 통해 필터의 화질평가와 선량값 감소, 두께, 필터 특성 등을 종합적으로 고려하였을 때 DTS검사 시 Ni 필터를 사용하는 것이 환자선량을 가장 효율적으로 줄이며, 화질에 영향을 주지 않는 가장 효과적인 방법이라 사료된다.
- 부가필터를 사용하지 않았을 때 폐 ROI 평균값은 SNR 47.010, CNR 42.104이였고, 부가필터를 사용 하였을 때 SNR과 CNR은 평균 19.07, 18.17% 감소하였으며, 또한 각각의 부가필터에 따른 SNR, CNR값은 통계적으로 유의한차이를 보이지 않았다(Table 4), (Table 5), (Table 6).
- 원자번호가 28으로 구리와 비슷한 Ni의 경우 구리와 비슷한 조사선량 값을 보였고, 3개의 필터 중 가장 낮은 DAP 값과 유효선량 값이 나타났으며, 화질평가에서도 다른 필터들과 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 또한 X선 필터 재질로 Ni은 표면선량감소율이 40∼50%로 상당히 우수하면서 Al에 비하여 2∼3배의 완만한 tube load증가율을 보이므로 사용된 재질 중에서 필터 효과가 가장 우수하다는 보고도 있다15).
- 유효선량 계산 결과 필터를 사용하지 않았을 때 0.102 mSv, 0.3 mmCu일 때 0.0613 mSv, 3 mmAl일 때 0.0611 mSv, 0.3 mmNi일 때 0.0530 mSv로 각각 38.8, 40.1, 48% 감소함을 보였다. DAP뿐만 아니라 유효선량에서도 Ni 을 사용 하였을 때 가장 선량이 낮음을 알 수 있었다.
- 필터를 사용하지 않았을 때와 각 필터 종류별 선택된 두께 0.3 mmCu, 3 mmAl, 0.3 mm Ni 일 때 DAP meter로 DTS 검사 후 측정된 DAP 값은 4.32, 1.47, 1.62, 1.17 μGy • cm2 로 통계적으로 유의한 차이를 보였으며(p<0.01), 부가필터로 Ni을 사용할 때 가장 낮은 값을 보였고, 필터를 사용하지 않았을 때보다 각각 65.9, 62.5, 72.9% 감소하였다(Table 1),(Table 2).
- 흡수선량의 변화는 필터를 사용하지 않았을 때에 비해 척추와 피부에서 가장 큰 감소 차이를 보였다. 필터를 사용한 그룹 간끼리 비교해보면 Al 필터를 사용하였을 때 심장, 척추, 위, 피부 부위에서 다른 필터를 사용했을 때보다 높은 흡수선량 값을 보였고, Cu 필터를 사용하였을 때 폐에서 높게 나타났다. 그 외 갑상선이나 간에서는 그래프 간 큰 차이가 나타나지 않았다(Table 3).
후속연구
- 본 연구에선 3개의 국한된 필터만 단독으로 사용하였으나, 복합적으로 짝지어 필터의 특성을 이용하고 보완하면서 선량을 낮출 수 있는 실험도 이루어져야겠다.
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