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문제 정의
- 앞서 진행한 선행 연구에서는 AEC를 제어하지 않고 투시 시간 당 발생한 선량으로 측정하여 객관적인 평가를 하지 못하는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 Angiographic System 장비 회사의 엔지니어와 함께 진행하여 AEC를 제어하고 고려한 상황에서의 차폐체에 관련된 연구를 진행하여 연구의 객관성을 높였다. 또한 본 연구에서는 중재적 시술시의 차폐물질을 결정하기 위하여 우선적으로 시뮬레이션 연구를 수행하였고, 동시에 실제적으로 차폐체가 없는 상황에서의 각도 별 시술자의 선량을 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 Angiographic System 장비 회사의 엔지니어와 함께 진행하여 AEC를 제어하고 고려한 상황에서의 차폐체에 관련된 연구를 진행하여 연구의 객관성을 높였다. 또한 본 연구에서는 중재적 시술시의 차폐물질을 결정하기 위하여 우선적으로 시뮬레이션 연구를 수행하였고, 동시에 실제적으로 차폐체가 없는 상황에서의 각도 별 시술자의 선량을 측정하였다. 선량의 측정은 X-선 tube의 각도를 0도부터 시작하여 LAO 120까지 30°씩, Cranial45°부터 Caudal45°까지 15°씩 조절해가며 선량을 측정하였고.
- 다음으로 최근 널리 많이 사용되고 있는 무연차폐체는 가볍고 성능이 우수한 장점이 있지만 가공이 어렵고 가격이 매우 높다는 단점을 가지고 있다. 이러한 점을 보완하고자 본 연구에서는 인체 및 환경에 대한 유해성과 경제성 그리고 가공성으로도 우수한 Nano Tungsten 차폐 물질을 이용하여 실험 하였다. X-선의 차폐는 원자번호 뿐만 아니라 밀도와도 연관성을 가지고 있기 때문에 원자번호가 높다는 이유만으로 차폐율이 높다고 판단할 수 없다.
- 이에 본 연구의 목적은 뇌혈관 중재적 시술 시시술자가 받는 선량을 측정하고 의료 방사선으로부터의 노출을 효율적으로 차단할 수 있는 차폐체를 Nano Tungsten(W)을 이용하여 제작하고 적용하여 시술자가 받는 피폭선량을 화질에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 최소화 할 수 있는 방법을 알아보고자 하는 것이다.
제안 방법
- 각도는 Crinial 45°부터 Caudal 45°까지 15°씩 변화시켜가며 선량을 측정하였다.
- 또한 환자가 받는 선량을 측정하기 위하여 Patient support 위에 Rando phantom을 눕히고 100cm 거리에서 측정하였다. 다음으로 중재적 시술 시 X-선 Tube의 X축 각도에 따라 시술자 및 환자가 받는 선량을 평가하였다. 실험은 Fig.
- 4와 Acryl phantom을 Patient Support 위에 올려둔 후 AEC (Auto Exposure control)모드에서 10회 X-선을 조사하여 평균값인 80 kVp, 20 mAs로 고정시켜 실험하였다. 동일한 조사조건을 얻기 위해 자동 노출제어장치를 Off한 상태로 실험하였다.
- 5와 같이 환자로부터 발생하는 산란선을 측정하기 위해 Patient support 중심에 Acryl phantom을 위치시키고 Rando phantom과의 거리를 시술 시 시술자가 위치하는 거리인 130 cm에서 측정하였다. 또한 환자가 받는 선량을 측정하기 위하여 Patient support 위에 Rando phantom을 눕히고 100cm 거리에서 측정하였다. 다음으로 중재적 시술 시 X-선 Tube의 X축 각도에 따라 시술자 및 환자가 받는 선량을 평가하였다.
- 본 연구에서 조사조건 (kVp, mAs)은 Fig. 4와 Acryl phantom을 Patient Support 위에 올려둔 후 AEC (Auto Exposure control)모드에서 10회 X-선을 조사하여 평균값인 80 kVp, 20 mAs로 고정시켜 실험하였다. 동일한 조사조건을 얻기 위해 자동 노출제어장치를 Off한 상태로 실험하였다.
- 선량을 측정하기 위해 Rando phantom에 유리선량계를 삽입하였고 Fig. 5와 같이 환자로부터 발생하는 산란선을 측정하기 위해 Patient support 중심에 Acryl phantom을 위치시키고 Rando phantom과의 거리를 시술 시 시술자가 위치하는 거리인 130 cm에서 측정하였다. 또한 환자가 받는 선량을 측정하기 위하여 Patient support 위에 Rando phantom을 눕히고 100cm 거리에서 측정하였다.
- 또한 본 연구에서는 중재적 시술시의 차폐물질을 결정하기 위하여 우선적으로 시뮬레이션 연구를 수행하였고, 동시에 실제적으로 차폐체가 없는 상황에서의 각도 별 시술자의 선량을 측정하였다. 선량의 측정은 X-선 tube의 각도를 0도부터 시작하여 LAO 120까지 30°씩, Cranial45°부터 Caudal45°까지 15°씩 조절해가며 선량을 측정하였고. 최종적으로 최적화된 차폐체를 동일한 위치에 놓고 적용시켜 선량 및 PSNR을 측정하였다.
- 성능 객관성을 위해 진단용 방사선 발생장치의 안전관리에 관한 규칙에 적합판정을 받은 Philips Allura Xper FD 20 (Philips, Eindhoven, Netherlands)를 이용하여 실험하였다.
- 실험은 Fig. 6과 같이 각도는 180°부터 LAO 120°까지 30°씩 변화시켜가며 선량을 측정하였다.
- 7과 같이 새롭게 고안한 차폐 방식을 적용하였다. 이후 앞에서의 실험과 동일한 방식으로 환자 및 시술자의 선량을 측정하였다.
- 6과 같이 각도는 180°부터 LAO 120°까지 30°씩 변화시켜가며 선량을 측정하였다. 중재적 시술 시 X선 Tube의 Z축 각도에 따라 시술자 및 환자가 받는 선량을 평가하였다. 각도는 Crinial 45°부터 Caudal 45°까지 15°씩 변화시켜가며 선량을 측정하였다.
- 선량의 측정은 X-선 tube의 각도를 0도부터 시작하여 LAO 120까지 30°씩, Cranial45°부터 Caudal45°까지 15°씩 조절해가며 선량을 측정하였고. 최종적으로 최적화된 차폐체를 동일한 위치에 놓고 적용시켜 선량 및 PSNR을 측정하였다.
대상 데이터
- USA)을 이용하였으며 건조시킨 뼈, 폐, 기도, 그리고 조직 등가 물질로 이루어져있고 유리 선량계의 삽입이 가능하도록 제작되어있다. 또한 AAPM(american association of physicists in medicine)에서 고안된 평가용 phantom (Model 76-414; Victoreen, NY, USA)을 사용하였다.
- 본 연구에서 선량을 측정하기 위해 Fig. 1과 같이 유리선량계 Dose ACE FDG -1000(ASAHI THECHNO, shizuoka, japan)로 실험하였으며 선량범위는 0.01 mGy ~ 10 Gy이며 측정범위는 15 keV~20 MeV이다.
- 본 연구에서 선량측정을 위해 Fig. 2와 같이 Rando phantom RAN-110 (Churchin Associate LTD. USA)을 이용하였으며 건조시킨 뼈, 폐, 기도, 그리고 조직 등가 물질로 이루어져있고 유리 선량계의 삽입이 가능하도록 제작되어있다. 또한 AAPM(american association of physicists in medicine)에서 고안된 평가용 phantom (Model 76-414; Victoreen, NY, USA)을 사용하였다.
- Tungsten은 X-ray Target으로 흔히 사용되며, 고 에너지 방사선을 차폐하는데 사용되기도 한다. 실험에 사용된 Nano Tungsten 차폐물질은 Fig. 3과 같이 표면 처리된 Nano Tungsten metal powder를 고분자 수지에 고밀도로 분산한 Nano 복합재료를 사용하였다.
- 실험에 사용된 차폐물질은 Nano Tungsten(W)을 사용하였다. Tungsten은 X-ray Target으로 흔히 사용되며, 고 에너지 방사선을 차폐하는데 사용되기도 한다.
- 이렇듯 차폐로 선량을 줄여주기 위해서는 적절한 차폐물질을 사용한 차폐체의 제작과 방법에 관하여 연구가 수행되어야만 한다. 앞선 선행 연구에서 실험에 사용된 주된 차폐물질로는 납과 무연차폐체였다.
- 차폐체는 Nano Tungsten 물질을 이용하여 Fig. 8과 같이 3 ☓ 500 ☓ 1500mm의 크기로 차폐시트를 제작하고 Fig. 7과 같이 새롭게 고안한 차폐 방식을 적용하였다. 이후 앞에서의 실험과 동일한 방식으로 환자 및 시술자의 선량을 측정하였다.
데이터처리
- )프로그램을 사용하였으며 실험결과를 실증 분석하였는데 분석기법은 정규분포를 따르는지를 알아보기 위하여 모든 변수에 대해 Kolmogorov Smirnov적합도 검정을 하여 정규분포를 하는 것을 확인한 후에 기술 통계량을 평균과 표준편차(Mean±SD)로 표시하였다. 유의성검정은 One-way ANOVA 검정법을 이용하였고 Multiple comparison은 Tukey의 B방법을 이용하였다. 모든 분석에서 p 값이 0.
- 통계적 수치의 분석은 Statistical Package for Social Science 18.0 (SPSS Inc, Chicago, IL, U.S.A.)프로그램을 사용하였으며 실험결과를 실증 분석하였는데 분석기법은 정규분포를 따르는지를 알아보기 위하여 모든 변수에 대해 Kolmogorov Smirnov적합도 검정을 하여 정규분포를 하는 것을 확인한 후에 기술 통계량을 평균과 표준편차(Mean±SD)로 표시하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 영상특성평가는 객관적이고 정량적인 방법으로 측정할 수 있고 신호처리분야에서 공학적 Tool로 사용되고 있는 최대 신호 대 잡음비(Peak Signal -to - Noise Ratio, PSNR)를 이용하여 평가하였다. PSNR은 정량적으로 다른 두 영상에 대한 차이를 숫자로 나타낸 값이다.
성능/효과
- 73 μGy로 가장 적은 선량을 받는 것으로 측정되었다. Nano Tungsten 물질의 차폐체를 방식으로 적용한 후 평균적으로 6.44% 감소효과를 보였다.
- 21 μGy로 가장 적은 선량을 받는 것으로 실험결과 측정되었다. Nano Tungsten 물질의 차폐체를 방식으로 적용한 후 평균적으로 9.3% 감소효과를 보였다.
- [1] 또한 새로운 장비의 발달과 건강검진의 증가로 장비의 사용률이 증가하고 있을 뿐만 아니라 인체 피폭량 또한 증가하였다.[2] 이 중 중재적 시술(Interventional Radiology)은 나날이 증가하여 매년 20%의 증가 추세를 보이고 있으며 이러한 증가로 환자와 시술자의 X-선에 대한 피폭 우려 또한 증가하고 있다.
- 결과적으로 X-선관의 각도를 변화시켜 선량을 측정한 결과 본 연구에서 고안한 Nano tungsten 차폐체 유무에 따라 시술자 측에서 평균 7.95% 선량이 감소되는 결과를 나타내었다. 또한 각도에 따라 정 측방향에서 가장 많은 선량이 나타났고 수직방향에서 가장 적은 선량을 받는 것으로 나타났다.
- 54) 차폐율이 가장 우수하게 나타난 것으로 보인다. 또한 Nano Tungsten은 납의 Metal powder 입자 크기에 비하여 매우 작기 때문에 납에 비하여 우수한 분산도를 가지고 있어 차폐체를 제작하는데 우수한 차폐물질로 결과를 나타내었다.[12]
- 또한 X-선 tube 각도를 Z축으로 변화시켜 선량을 측정한 결과 Caudal 45°에서 13.85 μGy로 가장적은 선량을 받는 것으로 나타났고 Cranial 45°에서 21.4 μGy로 가장 많은 선량을 받는 것으로 나타났고 One way Anova분석 결과 P 값은 < 0.001 작게 나타나 통계적으로 유의한 차이를 보였다.
- 95% 선량이 감소되는 결과를 나타내었다. 또한 각도에 따라 정 측방향에서 가장 많은 선량이 나타났고 수직방향에서 가장 적은 선량을 받는 것으로 나타났다. 또한 같은 수직이라도 180°보다 0°에서 더 적은 선량을 받는 것으로 나타났다.
- X-선의 차폐는 원자번호 뿐만 아니라 밀도와도 연관성을 가지고 있기 때문에 원자번호가 높다는 이유만으로 차폐율이 높다고 판단할 수 없다. 본 연구에서 사용된 Nano Tungsten은 납보다는 원자번호는 낮지만(Lead: 82, W: 74) 높은 밀도를 가지고 있어(Lead: 11.36, W: 19.54) 차폐율이 가장 우수하게 나타난 것으로 보인다. 또한 Nano Tungsten은 납의 Metal powder 입자 크기에 비하여 매우 작기 때문에 납에 비하여 우수한 분산도를 가지고 있어 차폐체를 제작하는데 우수한 차폐물질로 결과를 나타내었다.
- 본 연구에서 실험한 Nano Tungsten 차폐물질과 새롭게 고안한 차폐방식은 중재적 시술 시 화질에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 시술자 측에서 평균 7.95% 선량이 감소되어 시술자의 선량을 상당히 줄일 수 있는 새로운 방안이 될 수 있음을 확인하였다. Nano Tungsten 차폐물질을 사용할 경우 최근 차폐물질의 이슈로 부각되고 있는 인체 및 환경의 유해성 및 경제성에 관련한 문제점들을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
- 사전 결과를 기반으로 제작한 Nano Tungsten 물질의 차폐체를 적용하고 X-선 tube 각도를 RAO 180°부터 LAO 120° 까지 30°씩 변화시켜가며 시술자가 받는 선량을 측정한 결과 Table 2와 같이 RAO 90°에서 22.48 μGy로 가장 많은 선량을 받는 것으로 측정되었고 0°에서 16.21 μGy로 가장 적은 선량을 받는 것으로 실험결과 측정되었다.
- 001 작게 나타나 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 사후검정 Tukey B 결과 4그룹으로 나누어져 그룹간 선량에 대하여 유의한 차이를 보이는 것으로 나타났다. 또한 X-선 tube 각도를 Z축으로 변화시켜 선량을 측정한 결과 Caudal 45°에서 13.
- 또한 같은 수직이라도 180°보다 0°에서 더 적은 선량을 받는 것으로 나타났다. 이러한 결과의 이유는 연구결과에서 나타난 바와 같이 X-선 Tube의 방향보다는 측정되는 거리에 더 많은 영향을 끼친다는 결과를 확인할 수 있었는데 이는 피사체로부터 멀어 질수록 산란선의 세기는 약해지고 또한 전방산란 > 후방산란 > 측방산란의 순서로 발생되어 결과에 영향을 미친 것으로 보인다. 측방산란에서 heel effect에 따라 음극 측에서 증가하는 추세를 보이는 것 또한 실험결과에 영향을 미친 것으로 보인다.
- 적극적으로 차폐할 수 있는 차폐방식을 고안함에 따라서 이를 기반으로 영상을 획득하여 PSNR을 분석한 결과는 39 dB을 나타내었다. PSNR은 30 dB을 기준으로 그 이상의 수치는 상대적으로 차이가 없는 것을 의미 하는데 영상에 영향을 미치지 않았음을 의미한다.
- 제작한 차폐체를 새롭게 고안한 방식으로 적용하고 X-선 tube 각도를 Crinial 45°부터 Caudal 45°까지 15° 씩 변화시켜가며 시술자가 받는 선량을 측정한 결과 Table 3과 같이 Cranial 45°에서 19.68 μGy로 가장 많은 선량을 받는 것으로 측정되었고 Caudal 30° 에서 13.73 μGy로 가장 적은 선량을 받는 것으로 측정되었다.
- 차폐체가 유무에 따른 영상의 차이를 알아보기위해 PSNR값을 측정한 결과 38.44±0.93 dB로 측정되었다.
- 93 dB로 측정되었다. 최대값은 39.39 dB, 최소값은 37.53 dB으로 측정되었다.
후속연구
- 95% 선량이 감소되어 시술자의 선량을 상당히 줄일 수 있는 새로운 방안이 될 수 있음을 확인하였다. Nano Tungsten 차폐물질을 사용할 경우 최근 차폐물질의 이슈로 부각되고 있는 인체 및 환경의 유해성 및 경제성에 관련한 문제점들을 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 뇌혈관 중재적 시술 시 소극적이던 차폐에서 보다 적극적으로 선량을 줄이는 방안을 마련하여 피폭선량을 획기적으로 저감화 시키는데 도움이 될 것이라 사료된다.
- 또한 거리역자승법칙을 이용하여 산란선의 발생 원인인 X-선관과 환자의 거리를 최대화하여 피폭선량을 줄일 수 있지만 시술자의 위치를 변경하는 것은 어려운 일이다. 본 연구의 결과와 같이 각도 별 시술자가 받는 선량을 인지하여 시술 시 X-선 tube의 각도를 고려한다면 피폭선량을 어느 정도 줄일 수 있을 것으로 본다. 뿐만 아니라 X-선 방어용 칸막이의 적절한 사용과 방사선 방어용 앞치마 그리고 환자와 시술자의 피폭선량을 줄이기 위한 적극적인 차폐체를 이용하여 피폭 절감에 노력해야 한다.
- Nano Tungsten 차폐물질을 사용할 경우 최근 차폐물질의 이슈로 부각되고 있는 인체 및 환경의 유해성 및 경제성에 관련한 문제점들을 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 뇌혈관 중재적 시술 시 소극적이던 차폐에서 보다 적극적으로 선량을 줄이는 방안을 마련하여 피폭선량을 획기적으로 저감화 시키는데 도움이 될 것이라 사료된다.
- 또한 선량평가 시 AEC의 작동으로 인하여 얼마나 차폐가 되는지 객관적으로 평가하기 어려운 문제점이 있었다. 앞서 진행한 선행 연구에서는 AEC를 제어하지 않고 투시 시간 당 발생한 선량으로 측정하여 객관적인 평가를 하지 못하는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 Angiographic System 장비 회사의 엔지니어와 함께 진행하여 AEC를 제어하고 고려한 상황에서의 차폐체에 관련된 연구를 진행하여 연구의 객관성을 높였다.
- [10,11] 이와 비교하여 뇌혈관 중재적 시술 시환자가 받는 선량과 차폐에 관한 연구는 아직도 미미한 실정이다. 이렇듯 선량을 줄여주기 위해서는 적절한 차폐물질을 사용한 차폐체의 제작과 방법에 관하여 연구가 수행되어야만 한다.
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