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문제 정의
- 현재 널리 사용되고 있는 CT 조영제는 원자번호가 53번인 요오드를 주성분으로 같은 관전압에서 뼈나 연부조직보다도 광전효과의 영향을 많이 받아 높은 대조도를 형성한다. 따라서 본 연구에서는 임상에서 흔히 사용되고 있는 요오드 조영제를 팬톰 조직으로 대체하여 중소병원에서 저비용으로 자가 진단할 수 있는 CT 직선성 정도관리 기술을 개발하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 중소병원 이하의 소규모 의료기관에서 저비용으로 자가 진단할 수 있는 CT 직선성 정도관리 기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 CT 검사 시 환자의 몸무게에 따라 투여량이 달라 남게 되는 미량의 조영제를 이용하였다[15].
- 따라서 본 실험에서 요오드 함량이 높은 조영제일수록, 증류수에 대한 조영제의 희석률이 높을수록 CT number의 값이 증가하였는데 이는 원자번호가 높은 요오드제의 밀도가 높아져 광전효과을 많이 유발하였기 때문이다. 또한 우리는 X-선 에너지 즉, 관전압을 변화시켜 CT number의 직선성을 찾고자 하였다. 그 결과, 관전압 변화에 따라 같은 조영제 혼합비율에서 CT number 값의 차이가 나타났으며 관전압이 높을수록 조영제 희석비율간의 대조도 차이는 작아져 저대조도를 형성하였다.
- 본 연구에서는 요오드 함량이 다른 조영제를 종류별로 희석하고 관전압 변화에 따라 CT number를 구하여 공인된 AAPM CT 성능평가용 팬톰을 대체할 수 있는 CT 직선성 정도관리 기술을 개발하고자 하였다. 그 결과 임상에서 흔히 사용할 수 있는 요오드 조영제를 이용하여 CT 직선성 자가 진단할 수 있는 정도관리 방법으로 유효하다고 판단되며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- CT 장비는 영상의 질을 최적으로 유지하기 위하여 지속적인 팬텀 및 임상검사를 통해 영상의 질을 평가하는 정도관리를 시행하여야 한다[5]. 팬텀을 이용한 정도관리는 영상의 질을 결정하는 요소들을 객관적으로 측정하기 위한 것이다. 평가 항목에는 균일도, CT number, 노이즈, 직선성, 공간 분해능, 대조도 분해능, 단면두께가 있다[6].
제안 방법
- 따라서 획득된 주사기의 단면영상은 G3 viewer에서 관심영역(region of interest, ROI)을 263 ± 1 mm2로 설정하고 ROI 내의 픽셀 평균 값을 CT number로 측정하였다. CT number는 요오드 함량에 따라 증류수로 희석한 비율과 관전압의 조건별로 평가하였다. CT number의 직선성은 조영제 희석비율에 따른 CT number와 조영제 희석비율의 상관관계로 평가하였다.
- CT number는 요오드 함량에 따라 증류수로 희석한 비율과 관전압의 조건별로 평가하였다. CT number의 직선성은 조영제 희석비율에 따른 CT number와 조영제 희석비율의 상관관계로 평가하였다. 이때 직선성 평가는 선형 회귀분석을 통하여 상관계수(R2)가 1에 가까운 정도를 평가하였고 직선의 1 차 회귀방정식을 산출하였다.
- 009의 값이 상승하였다. 각각의 요오드함량 중에서는 400 mgI/ml 조영제에서 상관계수가 0.993으로 AAPM CT 성능평가용 팬톰에서 산출된 상관계수와 가장 근사한 직선성을 구하였다.
- 본 연구에서는 요오드 함량이 다른 조영제를 종류별로 희석하고 관전압 변화에 따라 CT number를 구하여 공인된 AAPM CT 성능평가용 팬톰을 대체할 수 있는 CT 직선성 정도관리 기술을 개발하고자 하였다. 그 결과 임상에서 흔히 사용할 수 있는 요오드 조영제를 이용하여 CT 직선성 자가 진단할 수 있는 정도관리 방법으로 유효하다고 판단되며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 또한 농도의 최댓값을 보이는 조영제 희석비율과 이전 희석비율간의 농도차이가 작아 직선성을 나타내는 상관계수에 영향을 주었다. 따라서 조영제 희석비율구간을 최적화하여 상관계수를 산출하였다.
- 따라서 획득된 주사기의 단면영상은 G3 viewer에서 관심영역(region of interest, ROI)을 263 ± 1 mm2로 설정하고 ROI 내의 픽셀 평균 값을 CT number로 측정하였다.
- 본 실험에서는 1 차 증류수에 요오드 함량이 다른 조영제를 5%씩 증가시켜 혼합하여 희석하였다. 희석한 각각의 조영제는 관전압을 변화시켜(90, 120, 140 kVp)스캔한 후 조영제의 CT number의 최댓값까지 측정하였다.
- 본 실험은 CT 직선성의 특성을 알아보기 위해 요오드 함량이 다른 조영제와 증류수를 혼합하고 관전압을 달리하여 CT number의 변화를 측정하였다. 먼저 CT number의 교정을 위해 CT 제조사 전용 팬톰에서 100% 순수한 물의 CT number를 0의 값으로 설정하고 air calibration을 통하여 공기 값을 -1000의 값으로 설정하였다.
- 본 연구에서는 요오드 함량이 다른 조영제를 1 차 증류수로 희석한 비율과 관전압의 조건별로 CT number를 측정하고 직선성을 평가하였다. 이러한 CT 직선성은 CT 장비가 피사체의 선감약계수를 얼마나 정확하게 표현하는지를 나타내는 지표이다.
- MDCT에서 X-선의 조사조건은 관전류량 100 mAs로 고정하고 관전압은 90 kVp, 120 kVp 그리고 140 kVp로 변화를 주며 2 × 5 mm 단면두께로 스캔하였으며 2 회 반복하였다. 스캔방법은 [그림 1]과 같이 주사기의 중심부와 CT 갠트리 중심부를 일치시킨 후 축방향(axial) 스캔하였다. 획득된 주사기의 단면영상은 표준의료영상파일(DICOM)으로 획득하고 PACS에서 저장 및 전송하였다.
- 영상 획득 조건은 관전압 120 kVp, 관전류 250mAs, 검출기의 조합은 2 × 5 mm, 영상 재구성 알고리즘은 표준 재구성 알고리즘을 적용하였다.
- 우리는 더 정밀한 직선성 평가를 위해 상관계수가 가장 높은 90 kVp에서 스캔하여 획득한 CT number의 조영제 희석비율의 구간을 최적화한 후 직선성을 재평가하였다. 그 결과 [표 4]와 같이 조영제 희석비율의 구간은 300 mgI/ml 조영제에서는 5% ∼ 40%, 350 mgI/ml 조영제에서는 5% ∼ 35%, 370 mgI/ml 조영제에서는 5% ∼ 30%, 400 mgI/ml 조영제에서는 5% ∼ 25% 구간에서 직선성을 평가하였다.
- 따라서 본 연구에서는 중소병원 이하의 소규모 의료기관에서 저비용으로 자가 진단할 수 있는 CT 직선성 정도관리 기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 CT 검사 시 환자의 몸무게에 따라 투여량이 달라 남게 되는 미량의 조영제를 이용하였다[15]. 본 실험에서 사용한 요오드제 조영제는 수용성 조영제이기 때문에 증류수와 같은 용제와 희석이 용이하다.
- 조영제에 대한 희석비율과 관전압 변화에 따라 측정된 CT number를 근거로 [표 3]과 같이 선형 회귀방정식을 산출하였고 상관계수를 도출하였다. 그 결과 요오드 함량에 관계없이 90 kVp에서 평균 0.
- 조영제의 혼합비율은 50 ml 주사기에서 1 차 증류수에 대하여 조영제를 5%씩 증가시켜 혼합하여 최고 농도 값이 측정될 때까지 변화시켰다. MDCT에서 X-선의 조사조건은 관전류량 100 mAs로 고정하고 관전압은 90 kVp, 120 kVp 그리고 140 kVp로 변화를 주며 2 × 5 mm 단면두께로 스캔하였으며 2 회 반복하였다.
- 스캔방법은 [그림 1]과 같이 주사기의 중심부와 CT 갠트리 중심부를 일치시킨 후 축방향(axial) 스캔하였다. 획득된 주사기의 단면영상은 표준의료영상파일(DICOM)으로 획득하고 PACS에서 저장 및 전송하였다.
- 본 실험에서는 1 차 증류수에 요오드 함량이 다른 조영제를 5%씩 증가시켜 혼합하여 희석하였다. 희석한 각각의 조영제는 관전압을 변화시켜(90, 120, 140 kVp)스캔한 후 조영제의 CT number의 최댓값까지 측정하였다. 그 결과 모든 조영제가 관전압 변화에 관계없이 3095 HU에서 최대 농도 값을 나타냈다.
대상 데이터
- 실험에 사용한 CT는 4 다중 검출기 전산화단층영상장비(MX8000-IDT, Philips, USA)를 이용 하였다. CT직선성 평가를 위한 조직 대체물질은 임상에서 일반적으로 많이 사용하고 있는 액상형태의 요오드제 조영제를 사용하였다[표 1]. 그리고 조영제를 희석하기 위해 1차 증류수를 사용했으며, 임상에서 손쉽게 구할 수 있는 50 ml 주사기에 담아 스캔하였다.
- 실험에 사용한 CT는 4 다중 검출기 전산화단층영상장비(MX8000-IDT, Philips, USA)를 이용 하였다. CT직선성 평가를 위한 조직 대체물질은 임상에서 일반적으로 많이 사용하고 있는 액상형태의 요오드제 조영제를 사용하였다[표 1].
데이터처리
- 본 실험에 이용할 CT 장비에 대한 직선성 검증은 AAPM의 CT 성능평가용 팬톰(Model 610K, Nuclear Associates, Carle Place, NY, USA)을 이용하여 시행하였다. 영상 획득 조건은 관전압 120 kVp, 관전류 250mAs, 검출기의 조합은 2 × 5 mm, 영상 재구성 알고리즘은 표준 재구성 알고리즘을 적용하였다.
- 이때 직선성 평가는 선형 회귀분석을 통하여 상관계수(R2)가 1에 가까운 정도를 평가하였고 직선의 1 차 회귀방정식을 산출하였다. 선형 회귀분석은 통계분석 프로그램 Minitab 14.2를 이용하였다.
- CT number의 직선성은 조영제 희석비율에 따른 CT number와 조영제 희석비율의 상관관계로 평가하였다. 이때 직선성 평가는 선형 회귀분석을 통하여 상관계수(R2)가 1에 가까운 정도를 평가하였고 직선의 1 차 회귀방정식을 산출하였다. 선형 회귀분석은 통계분석 프로그램 Minitab 14.
이론/모형
- 그리고 조영제를 희석하기 위해 1차 증류수를 사용했으며, 임상에서 손쉽게 구할 수 있는 50 ml 주사기에 담아 스캔하였다. 직선성의 영상평가는 PACS(picture archiving and communication system)의 G3 viewer (Infinitt Healthcare, Korea)를 이용하였다.
성능/효과
- 1. 동일한 관전압에서는 요오드함량이 많을수록 CT number가 증가하였다.
- 2. 요오드함량이 동일한 조영제에서는 관전압이 증가할수록 CT number가 감소하였다.
- 3. 요오드함량이 적은 조영제일수록 희석률에 의한 CT number의 차이가 낮았다.
- 4. AAPM CT 성능평가용 팬톰의 직선성과 가장 근사한 조건은 1 차 증류수에서 400 mgI/ml 조영제를 5% ∼ 25% 구간에서 90 kVp로 스캔하여 획득한 CT number의 값이었다.
- 5. 따라서 기존 AAPM CT 성능평가용 팬톰에서의 직선성 평가 조직인 아크릴, 나일론, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 5 가지 대신 400mgI/ml 조영제를 5%, 10%, 15%, 20%, 25%로 희석한 비율에서 기존 직선성 평가 조직을 대신하여 평가할 수 있다.
- 그 결과 [표 4]와 같이 조영제 희석비율의 구간은 300 mgI/ml 조영제에서는 5% ∼ 40%, 350 mgI/ml 조영제에서는 5% ∼ 35%, 370 mgI/ml 조영제에서는 5% ∼ 30%, 400 mgI/ml 조영제에서는 5% ∼ 25% 구간에서 직선성을 평가하였다.
- 희석한 각각의 조영제는 관전압을 변화시켜(90, 120, 140 kVp)스캔한 후 조영제의 CT number의 최댓값까지 측정하였다. 그 결과 모든 조영제가 관전압 변화에 관계없이 3095 HU에서 최대 농도 값을 나타냈다. [그림 3](a)은 요오드 함양이 300 mgI/ml인 조영제에 대한 희석비율과 관전압 변화에 따른 CT number 측정 결과 그래프이다.
- 그 결과 요오드 조영제의 CT number의 직선성을 보이는 요오드 함량과 조영제 혼합한 비율 그리고 X-선에너지를 도출하였고, 상관계수가 0.990 이상의 높은 신뢰도가 높은 회귀방정식을 구하였다. 이러한 선형 모델은 Josip Nosil [18]등이 연구한 결과와 일치한다.
- 그 결과 요오드 함량에 관계없이 90 kVp에서 평균 0.979 ± 0.004의 높은 상관계수를 보였다.
- 또한 우리는 X-선 에너지 즉, 관전압을 변화시켜 CT number의 직선성을 찾고자 하였다. 그 결과, 관전압 변화에 따라 같은 조영제 혼합비율에서 CT number 값의 차이가 나타났으며 관전압이 높을수록 조영제 희석비율간의 대조도 차이는 작아져 저대조도를 형성하였다. 이러한 이유는 관전압이 높아질수록 평균유효에너지가 증가하여 물질에 대한 감약 차이를 감소시켰기 때문이다.
- 이러한 결과는 이승완 [17]등이 연구한 결과와 일치하였으며 이는 CT 검사 시 고관전압을 사용하는 이유와 같다. 따라서 본 실험에서 상대적으로 낮은 관전압이 낮은 90 kVp에서 조영제 희석비율간의 감약 차이를 크게 유발하여 일정한 범위 내에서 CT number의 직선성의 특성을 확인할 수 있었다. 이때 0%에서 4%사이의 CT number 값은 급격히 감소하여 직선성 평가에서 제외하였다.
- CT number는 전자밀도, 원자번호 그리고 X-선 에너지에 의존한다[16]. 따라서 본 실험에서 요오드 함량이 높은 조영제일수록, 증류수에 대한 조영제의 희석률이 높을수록 CT number의 값이 증가하였는데 이는 원자번호가 높은 요오드제의 밀도가 높아져 광전효과을 많이 유발하였기 때문이다. 또한 우리는 X-선 에너지 즉, 관전압을 변화시켜 CT number의 직선성을 찾고자 하였다.
- 이는 X-선의 지수함수적으로 감약되는 성질이 이 구간에서 관찰된 것으로 판단된다. 또한 농도의 최댓값을 보이는 조영제 희석비율과 이전 희석비율간의 농도차이가 작아 직선성을 나타내는 상관계수에 영향을 주었다. 따라서 조영제 희석비율구간을 최적화하여 상관계수를 산출하였다.
- 반면 요오드함량이 동일한 조영제에서는 관전압이 증가할수록 CT number가 감소하였다. 또한 요오드함량이 적은 조영제일수록 희석률에 의한 CT number의 차이가 낮았다.
- 본 실험에서 사용된 MDCT 장비는 [표 2]와 같이 AAPM CT 성능평가용 팬톰 각 조직 내에서 측정된 값이 ± 10 HU 이내로 측정되었으며 각 조직들의 선감약계수와 측정된 CT number의 상관계수는 0.994로 직선성이 확보되었다.
- 이를 위해 CT 검사 시 환자의 몸무게에 따라 투여량이 달라 남게 되는 미량의 조영제를 이용하였다[15]. 본 실험에서 사용한 요오드제 조영제는 수용성 조영제이기 때문에 증류수와 같은 용제와 희석이 용이하다. CT number는 전자밀도, 원자번호 그리고 X-선 에너지에 의존한다[16].
후속연구
- 93배 큰 성질이 있기 때문에 증류수와 요오드 조영제를 충분히 교반하고 혼합하여야 한다[19]. 또한 향후 CT 장비의 직선성 이외에 노이즈, 공간분해능, 대조도분해능 등 여러 항목에서도 고가의 팬텀을 대체할 연구들이 되어져야 할 것이다.
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