[논문]디지털 방사선 촬영장치의 흉부촬영 최적 조사조건에 관한 연구

박지군; 정봉재; 박형후; 노시철; 강상식

doi:10.7742/jksr.2016.10.2.109

초록
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방사선학 영역에서의 디지털 영상 장치의 사용이 급격히 증가되고 있음에도 불구하고, 사용 장치에서의 최적 조사 조건 설정이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 디지털 방사선 장치의 촬영조건에 따른 피폭선량과 화질을 비교 평가하고자 하였다. 이에 CR, DR의 디지털 방사선 촬영장치를 이용하여 현재 사용하고 있는 촬영조건을 기준으로 각 5단계씩 조건을 변경시키면서 피폭선량을 측정하였으며, 획득한 영상은 의료영상전문가 20명에게 일본 결핵예방학회의 평가법을 준용하여 평가하였다. 그 결과, CR 시스템의 경우 기준 조건인 110 kVp, 3.2 mAs에서의 화질평가 86점 보다 120 kVp, 1.5~2.4 mAs에서 화질평가 91, 95.5점으로 보다 우수하게 나타났으며, 이 때 피폭선량 또한 기준 조건에서의 $105.11{\mu}Gy$ 보다 낮은 $61.3{\sim}98.4{\mu}Gy$로 평가되었다. DR 시스템 경우는 오히려 기준 조건인 125 kVp, 3.2 mAs에서의 화질평가 91점보다 관전압이 낮은 영역인 112 kVp, 2.4~3.2 mAs에서 97점, 98.6점 사이의 높은 화질평가 점수를 나타내었으며, 피폭선량 또한 기준 조건에서의 $93{\mu}Gy$ 보다 낮은 $61.5{\mu}Gy$, $77.2{\mu}Gy$로 평가되었다. 이러한 결과는 디지털 장치의 적절한 조사조건을 설정함으로써 동일한 화질의 영상에 대해 환자 피폭선량을 저감시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Despite of increasing the use of the digital imaging device in the radiology area, the setting on the optimal irradiation conditions are insufficient. In this study, the exposure dose and image quality by exposure condition of digital radiography device were compared. The exposure doses were obtaine...

Despite of increasing the use of the digital imaging device in the radiology area, the setting on the optimal irradiation conditions are insufficient. In this study, the exposure dose and image quality by exposure condition of digital radiography device were compared. The exposure doses were obtained by adjusting the exposure condition as 5 steps respectively based on the exposure conditions that are currently used of CR and DR radiography devices. The acquired image has been assessed by 20 medical image professors using the assessment method of the Japanese Society for Tuberculosis Prevent. As a result, in the case of the CR system, the better image quality was obtained in the condition of 120 kVp and 1.5 mAs~2.4 mAs (quality score 91~95.5 points) than standard exposure condition(110 kVp, 3.2 mAs, 86 points). And exposure dose was evaluated as low with $61.3{\sim}98.4{\mu}Gy$ than standard condition($105.11{\mu}Gy$). In DR system, however, the image quality score was higher as 97~98.6 points in the lower tube voltage range (112 kVp, 2.4~3.2 mAs) condition than the standard exposure condition (125 kVp, 3.2 mAs, 91 points). In addition, the exposure dose was $61.5-77.2{\mu}Gy$ lower than standard condition($93{\mu}Gy$). In addition, the exposure dose was low as $61.5-77.2{\mu}Gy$ than standard condition($93{\mu}Gy$). With the results of this study, we confirmed that it is possible to reduce the patient exposure dose with the same image quality by adjusting the optimal exposure condition of digital device.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 CR 및 DR 장치를 이용하여 디지털 방사선 영상장치의 사용에 있어 우수한 화질의 제공뿐만 아니라 환자 피폭선량 저감을 위한 연구로써 흉부촬영에 대한 조사조건 설정 연구를 수행하였다.
이에 본 연구에서는 디지털 방사선 영상장치의 사용에 있어 인체 부위에 대한 최적의 조사조건 설정을 통해 진단능이 우수한 화질의 영상의 제공 뿐만 아니라 환자 피폭선량 저감을 위한 연구로써, 흉부촬영시의 디지털 영상 장치에서의 조사조건 설정에 관한 연구를 수행하였다.

제안 방법

다양한 조사조건의 변화에 대해 획득된 영상의 평가를 위해 의료영상전문가 20명(영상의학과 전문의 12명, 응급의학과 전문의 4명, 임상경력 10년 이상 방사선사 4명)에게 일본결핵예방회에서 제안한 평가법을 기준으로 블라인트 테스트를 실시하였다. 디지털 장치를 통해 획득한 평가 영상은 PACS에 의해 저장된 영상을 기타 영상처리하지 않고 동일한 Window width 및 level 하에서 동일한 판독용 모니터(MGD521, BARCO, Belgi um)를 이용하였다.
디지털 방사선 영상 장치의 최적 조사조건 선정을 본 연구에서는 먼저 기존 필드에서 사용하고 있는 CR, DR 두 장치에 대해 흉부촬영시의 일반적인 기준 조사 조건을 기준으로 관전압과 관전류량을 변화시켜 영상을 획득하고, 획득한 영상을 일본결행예방회의 흉부영상판독기준을 적용하여 영상화질을 객관적이고 정량적으로 평가하였다. 또한 사용한 각 조사조건에서의 피폭선량을 산출하여, 현재 사용하고 있는 기준 조사조건에 대한 다른 조사조건에서의 영상화질과 피폭선량을 비교 분석하였다.
디지털 방사선 영상 장치의 최적 조사조건 선정을 본 연구에서는 먼저 기존 필드에서 사용하고 있는 CR, DR 두 장치에 대해 흉부촬영시의 일반적인 기준 조사 조건을 기준으로 관전압과 관전류량을 변화시켜 영상을 획득하고, 획득한 영상을 일본결행예방회의 흉부영상판독기준을 적용하여 영상화질을 객관적이고 정량적으로 평가하였다. 또한 사용한 각 조사조건에서의 피폭선량을 산출하여, 현재 사용하고 있는 기준 조사조건에 대한 다른 조사조건에서의 영상화질과 피폭선량을 비교 분석하였다.
2 mAs이었다. 영상획득을 위한 장치의 조사조건은 설정된 기준조건을 기준으로 관전압을 ±5 %씩 5단계로 조절하였으며, 관전류량 또한 ±30%씩 각 5단계로 조절하였다. 이는 의료 영상 획득시가시농도 변화를 인지할 수 있는 조사조건의 변화이며, 관전압 5 %변화와 관전류량 30 %변화에 대한 정확한 지시값이 설정되지 않은 경우에는 최대한 유사한 값으로 설정하였다.

대상 데이터

DR 장치를 이용한 다양한 촬영조건에서 획득한 영상은 W/W은 2047, W/L은 4095로 장비에서 제공하고 있는 기준 DR Chest 레벨로 통일시켜 평가하였다. 표 3에서 나타난바와 같이 DR 장치에서의 결과는 전반적으로 모두 판독 가능한 우수한 영상으로 나타났다.
다양한 조사조건의 변화에 대해 획득된 영상의 평가를 위해 의료영상전문가 20명(영상의학과 전문의 12명, 응급의학과 전문의 4명, 임상경력 10년 이상 방사선사 4명)에게 일본결핵예방회에서 제안한 평가법을 기준으로 블라인트 테스트를 실시하였다. 디지털 장치를 통해 획득한 평가 영상은 PACS에 의해 저장된 영상을 기타 영상처리하지 않고 동일한 Window width 및 level 하에서 동일한 판독용 모니터(MGD521, BARCO, Belgi um)를 이용하였다. 영상 평가로 제안한 일본결핵예방 회의 흉부판독 평가는 흉부를 해부학적 구조로 크게 폐야부와 종격부로 나누고, 더 세분해서 페야부 말초측, 폐야부 종격측, 종격부 상부, 하부로 분류한다.
본 연구에서는 영상회득을 위해 사용한 디지털 방사선 영상 장치는 CR과 DR 두 대의 장치를 이용하였다. 먼저 CR 방식의 영상획득은 CXD-R185 (Choongwa e Medical Corporation, Korea) 모델의 X선발생장치와 신규 Image Plate(CRMD4.
영상획득을 위해 사용한 흉부 팬텀은 43 cm(L)×36 cm(W)×21 cm(T) 사이즈의 Fluke Biomedical LLC 사의 RS111를 이용하였다. 팬텀을 위한 흉부 촬영조건은 20여개 병원에서 가장 보편적으로 사용하고 있는 관전압과 관전류량을 기준 조건으로 설정하였으며, 설정된 기준 조건은 CR의 경우 110 kVp, 3.

데이터처리

CR 장치를 이용한 다양한 촬영조건에서 획득한 영상은 평가를 위해 W/W은 853, W/L은 284로 장비에서 제공하고 있는 기준 CR Chest 레벨로 통일시켜 평가하였으며, 일본결핵예방회에서 제시하는 판독가능한 화질점수 78점 이상의 영상에 대해서만 피폭선량을 산출하였으며 결과는 표 2에서 나타내고 있다.
조사선량의 측정은 팬텀 중심부에 Radcal 사의 2026 C 모델의 3cc 전리조를 이용하여, 각 조건에서 총 10회 반복 측정하여 산출된 값을 산술 평균하여 처리하였다. 피폭선량의 산출을 위해 각 조사조건에서의 반가층을 측정하여 유효에너지를 산출하고, 이를 바탕으로 질량에너지 흡수계수를 도출한 후, 조사선량과 흡수선량과의 관계를 이용하여 산출하였다.
피폭선량의 산출은 다양한 조사조건에서 영상화질 평가 전문가들에 의해 흉부영상 화질로써 적합한 영상에 대해서만 평가를 수행하였다.

이론/모형

본 연구에서는 영상회득을 위해 사용한 디지털 방사선 영상 장치는 CR과 DR 두 대의 장치를 이용하였다. 먼저 CR 방식의 영상획득은 CXD-R185 (Choongwa e Medical Corporation, Korea) 모델의 X선발생장치와 신규 Image Plate(CRMD4.0 General, AGFA, Germany)를 이용하였고, DR 장치는 평판형 검출기 방식인 INOVISION-LX(Dong Kang Medical System, Korea)를 이용하였다.

성능/효과

그 결과 CR 시스템의 경우, 임상에서 많이 사용하고 있는 기준 조사조건인 110 kVp, 3.2 mAs에서의 환자피폭선량은 105.11 μGy, 화질 점수는 86점으로 평가되었다. 하지만 동일 시스템에서 관전압을 120 kVp로 관전 류량을 1.
그 결과 기준 조사조건인 110 kVp 3.2 mAs에서 환자피폭선량 105.11 μGy, 화질점수 86점으로 나타났으며, 화질점수 78점 이상의 영상에 대해 피폭선량은 최소 82.2 μGy에서 최고 125.78 μGy에 분포하고 있음을 알 수 있다.
기준 조사조건인 125 kVp, 3.2 mAs를 기준으로 관전압에 증가에 관계없이 화질 점수는 우수하게 나타났지만, 관전압이 증가됨에 따라 환자피폭선량이 증가되는 결과를 나타내었다. 하지만 DR 장치에서는 관전압이 낮은 112 kVp 및 118 kVp에서 오히려 기준 조사조건과 높은 관전압에서의 화질 점수에 비해 높은 화질 점수를 나타내었으며, 환자 피폭선량 또한 낮게 측정되었다.
방사선을 이용한 의학 검사가 점차 증가하고 있는 시점에서 방사선 피폭 저감에 대한 문제는 필요하다. 이에 본 연구에서는 디지털 방사선 영상 장치의 사용시 최적의 조사조건 설정에 관한 연구를 수행하였으며, 그 결과 동일한 화질을 유지하면서 환자 피폭선량을 저감시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

이에 본 연구의 결과에 나타나듯 실제 촬영검사시 사용하고 있는 조사조건에 대한 충분한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영상 평가로 제안한 일본결핵예방 회의 흉부판독 평가에서 흉부를 해부학적 구조로 크게 폐야부와 종격부로 나누고, 더 세분해서 페야부 말초측, 폐야부 종격측, 종격부 상부, 하부로 분류한 이유는?	영상 평가로 제안한 일본결핵예방 회의 흉부판독 평가는 흉부를 해부학적 구조로 크게 폐야부와 종격부로 나누고, 더 세분해서 페야부 말초측, 폐야부 종격측, 종격부 상부, 하부로 분류한다. 그 이유는 각기 농도영역 및 구조에서 화상을 구성하는 요소가 틀리기 때문이다. 이에 폐의 해부학적 구조를 파악하고 혈관음영의 분해능이나 종격부의 묘출에 대해서 일정한 기준을 설정한다.
	2006년 미국방사선방호측정위원회의 보고에 따르면 인공 방사선에 의한 대중의 년간 피폭선량은?	최근 X선 진단검사의 증가 빈도가 높아짐에 따라 의료 방사선에 의한 피폭이 점차 증가하고 있다. 2006년 미국방사선방호측정위원회(NCRP) 보고에 의하면 인공 방사선에 의한 대중의 년간 피폭선량 3.3 mSv 중 가장 많은 비중(약 3.2 mSv 정도)을 차지하는 것이 의료용 방사선의 이용으로 보고하고 있다.
	디지털 영상 장치의 장점은?	[5] 기존의 필름/스크린 기반의 아날로그 영상 방식에 비해 CR(Computed Radiog raphy) 또는 DR(Digital Radiography) 등의 디지털 방사선 영상 장치는 영상화에 필요한 X선 노광량에 대한 진단에 유용한 영상의 농도(디지털 영상의 경우, Gray scale로 표현)를 형성시키는 범위인 노광관용도 또는 동적영역(Dynamic Range) 특성이 다르다.[6] 디지털 영상 장치의 경우 기존 필름/스크린 방식에 비해 매우 넓은 동적영역을 가지고 있기 때문에, 다소 낮은 노출조건이라 하더라도 충분히 진단에 유용한 화질을 제공할 수 있는 장점이 있는 것이다. 그럼에도 불구하고 현재 많은 디지털 영상 시스템을 사용함에 있어 기존 필름/스크린에 최적화된 X선 조사조건을 사용하고 있거나, 최적의 조사조건에 대한 적절한 기준 설정없이 사용하고 있어 환자의 피폭선량 증가의 원인이 될 수 있는 것이다.

참고문헌 (11)

S. C. Bushong, Radiologic science for tehcnologists ; Physics, Biology, and Protection, 10th Ed., Elsevier Publishing Co., pp.6, 2013.
R. M. Harrison, "Digital Radiography", Phys. Med. Biol, Vol. 33, No. 7, pp. 751-784, 1988

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M. J. Yaffe, J. A. Rowlands, "X-ray detectors for digital radiography", Phys. Med. Biol, Vol. 42, pp. 139, 1997
S. H. Jung, Y. S. Kim, Y. B, Kim, M. S. Yoon, S. H. Nam, J. K. Park, "The study of Pbo sintering effect for high efficiency x-ray detection sensor", Journal of the Korean Society of Radiology, Vol. 3, No. 3, pp. 37-41, 2009
B. R. Pakr, D. W. Sung, "A comparative study of image quality and radiation dose with changes in tube voltage and current for digital chest radiography", Journal of Korean Society of Radiology, Vol. 2, No. 2, pp. 131-137, 2010
J. L. Ecuyer, A. Mouton, A. Legros, A. Selmani, S. Degtorov, "Applications of selenium-based alloys for digital radiography", Nuclear Instruments and Methods in Physics Resarch A, Vol. 380, PP. 493-496, 1996

상세보기
Yasahiro sasagawa, "The report of medical exposures in diagnositc radiology(part2)", The journal of japan Association of Radiological Technologists, vol.44, No.11, 1997
J. Heo, "Image quality control of Radiological diagnosis and chest X-ray of Cancer", Journal of Radiological Science and technology, Vol. 18, No. 2 pp. 15-25, 1995
Y. A. Jang, H. S. Moon, H. Y. Lim, H. J. Oh, S. S. Kim, Y. I. Kim, "Comparison study of Chest Analog-digital chest image", Journal of the Korean society of digital imaging technology , Vol. 2, No. 1, pp. 74-82, 1996
S. Reissberg, C. Hoeschen, R. Fiedler, "First clinical experience with a full-size flat panel detector for imaging the peripheral skeletal system", Medical Physics, Vol.33, No. 4, pp. 4169-4175, 2006

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K. Barcher, PO. Smeets, K. Bonnarens, A. D. Hauwere, H. Thierens, "Dose reduction in patients undergoing chest imaging", American Journal of Radiology1, pp. 923-929, 2003

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