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문제 정의
- 본 논문은 대조도의 영향을 잘 관찰할 수 있는 사지 검사에서 관전압 조건을 최적화하는데 목적이 있으며, 정량, 정성적 평가를 통해 선량의 미미한 차이로 인식하지 크지 않았던 사지검사에서 환자의 체형 차이에 따른 관전압이 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
- 그러나 현재의 성능평가는 철저히 정량적 평가 인자들을 이용하여 수행되도록 되어 있으나 실제로 현장에서 육안으로 평가하는 성능과는 미묘한 차이가 있어서 결과적으로 시스템 유지관리의 효율성을 저해할 가능성이 크지만 그 상관관계에 관한 연구는 아직 희소하다. 본 논문도 여러 가지 촬영 조건에서 영상을 획득한 후 정량적 화질평가와 육안평가 결과를 이용하여 그에 따른 상관관계를 보고자 하였으나 관찰자의 주관적인 육안평가의 결과가 일관성이 없었기 때문에 상관관계를 도출해 내기에 어려움이 있었다[11]. 따라서 본 논문의 결과는 CNR과 SNR의 정량평가를 기준으로 하고 육안평가는 평균으로써 참고하였다.
제안 방법
- Ankle phantom을 DAP를 고정한 상태에서 관전압을 50 kV, 55 kV, 60 kV, 65 kV로 4단계 변화시키며 각 단계마다 3회씩 반복 촬영하였다. 관전압의 단계 선택은 식품의약품안전처가 제시한 ‘영상의학 검사에서의 표준촬영기법’에 최적화 조건표 Ankle AP 57 kV를 기준으로 하여 정하였다.
- 3회 반복 측정된 값으로 관전압에 따른 네 그룹간의 조직대조도비(Contrast to noise ratio: CNR)와 신호대잡음비(Signal to noise: SNR)[9]의 값을 아래의 공식 (1), (2)로 산출하였고 각 조건별로 4회 반복 측정하였으며, 통계학적 검정은 95% 신뢰수준에서 Kruskal-Wallis test로 유의한 차이를 분석하였다. CNR은 ROI의 화소 신호 강도의 평균값에서 ROI를 제외한 값을 측정한 후 백그라운드의 신호강도 표준편차를 구하여 ROI를 포함한 표준편차를 더한 다음 전체적으로 나누어주었다. SNR는 백그라운드의 신호 강도 평균값에서 ROI를 제외한 값을 측정해서 ROI를 포함한 표준편차를 전체적으로 나누어 주었다.
- CNR은 ROI의 화소 신호 강도의 평균값에서 ROI를 제외한 값을 측정한 후 백그라운드의 신호강도 표준편차를 구하여 ROI를 포함한 표준편차를 더한 다음 전체적으로 나누어주었다. SNR는 백그라운드의 신호 강도 평균값에서 ROI를 제외한 값을 측정해서 ROI를 포함한 표준편차를 전체적으로 나누어 주었다.
- Wrist phantom을 DAP를 고정한 상태에서 관전압을 40 kV, 45 kV, 50 kV, 55 kV로 4단계 변화시키며 각 단계마다 3회씩 반복 촬영하였다. 관전압의 단계 선택은 식품의약품안전청이 제시한 ‘영상의학 검사에서의 표준촬영기법’에 최적화 조건표[8] Wrist AP 52 kV를 기준으로 하였다.
- [1] 의료 영상 목적을 만족하면서 합리적으로 달성할 수 있는 최소 환자선량으로 수행되어야 하므로 DR은 친환자적인 장비이다.[2] 영상의 화질은 곧 잡음(Noise)에 대한 것으로써 질 높은 영상과 정확한 진단을 위한 필수적인 요소로 자리 잡았다.[3] 영상의 noise는 영상신호에서의 불확정성 또는 부정확성을 의미하며 크게 영상정보를 구성하는 광자 수에 기인한 noise와 영상신호처리 회로에 의한 noise로 구분된다.
- 영상의 정량적 분석을 위하여 의료영상저장전송시스템(Picture archiving communication system(PACS))에 전송된 의료영상표준(Digital imaging and communicationsin medicine: DICOM)파일을 윈도우용 수치 해석 및 프로그래밍 환경을 제공하는 소프트웨어 Image J(Wayne Rasband, National Institutes of Health, USA)를 사용하여 영상을 분석하였다. 각각의 DICOM파일에서 관심영역(Region of interest: ROI)을 설정하여 요골, 경골, 근접한 주변의 연부조직에서 픽셀의 평균값과 표준편차를 각각 측정하였고 방법은 Fig. 1과 같다. 3회 반복 측정된 값으로 관전압에 따른 네 그룹간의 조직대조도비(Contrast to noise ratio: CNR)와 신호대잡음비(Signal to noise: SNR)[9]의 값을 아래의 공식 (1), (2)로 산출하였고 각 조건별로 4회 반복 측정하였으며, 통계학적 검정은 95% 신뢰수준에서 Kruskal-Wallis test로 유의한 차이를 분석하였다.
- 영상의 정량적 분석을 위하여 의료영상저장전송시스템(Picture archiving communication system(PACS))에 전송된 의료영상표준(Digital imaging and communicationsin medicine: DICOM)파일을 윈도우용 수치 해석 및 프로그래밍 환경을 제공하는 소프트웨어 Image J(Wayne Rasband, National Institutes of Health, USA)를 사용하여 영상을 분석하였다. 각각의 DICOM파일에서 관심영역(Region of interest: ROI)을 설정하여 요골, 경골, 근접한 주변의 연부조직에서 픽셀의 평균값과 표준편차를 각각 측정하였고 방법은 Fig.
- 영상의 정성적 분석을 위하여 10년차 이상의 경력을 가진 방사선사 5명이 PACS에서 영상을 비교평가하였다. 평가항목으로 치밀골, 해면골, 관절강, 연부조직을 선정하여 각 부위에 Noise와 주변과의 Contrast 등을 고려하여 5점 Likert scale[10](1점: 매우 나쁨-재검사 필요, 2점: 나쁨-필요 시 재검사, 3점:보통-재검사 필요 없음, 4점: 좋음, 5점: 매우 좋음)으로 평가하여 평균화 하였다.
- 영상의 정성적 분석을 위하여 10년차 이상의 경력을 가진 방사선사 5명이 PACS에서 영상을 비교평가하였다. 평가항목으로 치밀골, 해면골, 관절강, 연부조직을 선정하여 각 부위에 Noise와 주변과의 Contrast 등을 고려하여 5점 Likert scale[10](1점: 매우 나쁨-재검사 필요, 2점: 나쁨-필요 시 재검사, 3점:보통-재검사 필요 없음, 4점: 좋음, 5점: 매우 좋음)으로 평가하여 평균화 하였다.
- 0 mAs 이었다. 환자의 체형의 차이를 두기 위해 10 mm 두께의 삼겹살을 둘러 기존 Phantom보다 +10 mm, +20 mm, +30 mm가 되도록 한 후 DAP를 고정한 상태에서 관전압을 50 kV, 55kV, 60 kV, 65 kV로 4단계 변화시키며 각 단계마다 3회씩 반복 촬영하였다.
- 0 mAs 였다. 환자의 체형의 차이를 두기 위해 10 mm 두께의 삼겹살을 둘러 기존 Phantom보다 +10 mm, +20 mm,+30 mm가 되도록 한 후 DAP를 고정한 상태에서 관전압을 40 kV, 45 kV, 50 kV, 55 kV로 4단계 변화시키며 각 단계마다 3회씩 반복 촬영하였다.
대상 데이터
- 디지털 엑스선 장비는 진단용 발생장치 정기검사를 시행한 Digital DIAGNOST VH(Philips Healthcare, Netherlands)를 사용하였고, Phantom은 Hand/Wrist(RS-114, RSD, USA)와 Foot/Ankle(RS-116, RSD, USA)를 사용하였다. 환자의 체형의 차이 나타나기 위해 캘리퍼스(S-530,Mitutoyo, Japan)로 측정한 10mm 삼겹살을 4장을 준비하고, 촬영조건은 Table 1과 같다.
데이터처리
- 따라서 본 논문의 결과는 CNR과 SNR의 정량평가를 기준으로 하고 육안평가는 평균으로써 참고하였다.
- 1과 같다. 3회 반복 측정된 값으로 관전압에 따른 네 그룹간의 조직대조도비(Contrast to noise ratio: CNR)와 신호대잡음비(Signal to noise: SNR)[9]의 값을 아래의 공식 (1), (2)로 산출하였고 각 조건별로 4회 반복 측정하였으며, 통계학적 검정은 95% 신뢰수준에서 Kruskal-Wallis test로 유의한 차이를 분석하였다. CNR은 ROI의 화소 신호 강도의 평균값에서 ROI를 제외한 값을 측정한 후 백그라운드의 신호강도 표준편차를 구하여 ROI를 포함한 표준편차를 더한 다음 전체적으로 나누어주었다.
이론/모형
- 관전압의 단계 선택은 식품의약품안전처가 제시한 ‘영상의학 검사에서의 표준촬영기법’에 최적화 조건표 Ankle AP 57 kV를 기준으로 하여 정하였다.
- 관전압의 단계 선택은 식품의약품안전청이 제시한 ‘영상의학 검사에서의 표준촬영기법’에 최적화 조건표[8] Wrist AP 52 kV를 기준으로 하였다.
- 디지털 엑스선 장비는 진단용 발생장치 정기검사를 시행한 Digital DIAGNOST VH(Philips Healthcare, Netherlands)를 사용하였고, Phantom은 Hand/Wrist(RS-114, RSD, USA)와 Foot/Ankle(RS-116, RSD, USA)를 사용하였다. 환자의 체형의 차이 나타나기 위해 캘리퍼스(S-530,Mitutoyo, Japan)로 측정한 10mm 삼겹살을 4장을 준비하고, 촬영조건은 Table 1과 같다.
성능/효과
- 하지만 기본적인 뼈의 크기와 밀도가 다른 성인을 소아와 견주어 비교하는 것은 어렵다고 생각되었고 실험 결과도 관전압이 증가함에 따라 CNR이 감소하였지만 SNR 또한 감소됨을 볼 수 있었다.
- Ankle 실험의 경우는 가장 기본 Phantom에서 관전압의 상관없이 최고 관전압 65 kV에서 최저 관전압 50 kV까지 평균 4.4의 고른 점수가 나왔다. 하지만 Phantom의 두께가 두꺼워지면서 Wrist 실험과 마찬가지로 점수는 전반적으로 낮아졌고 각 두께별로 65, 60, 55 kV의 사이에서는 큰 차이가 없었지만 최저관전압인 50 kV에서는 점수가 급격히 낮아졌다.
- DR장비에서 사지 검사 시 환자의 두께 변화와 사용 관전압 따라 CNR과 SNR의 차이를 확인 하였으며, 실제 육안평가에서도 영상의 질이 관전압 변화에 따라 달라지는 것을 확인하였다. 또한 정량적 영상 평가와 정성적 영상평가의 결과를 같이 평가해야 최적에 검사 조건을 찾을 수 있음을 확인하였다.
- Wrist 실험에서 가장 기본 Phantom 실험이 CNR과 SNR이 가장 높았으며 환자의 체형에 따른 차이를 보기 위한 실험에서는 Phantom이 두꺼워 질수록 CNR과 SNR이 감소하다가 가장 두꺼운 Phantom+30 mm 에서 측정값이 소폭 증가한다. 기본 Phantom 실험에서 최고 관전압 55 kV에서 CNR이 9.
- Wrist와 Ankle 실험 모두에서 관전압이 증가할수록 영상의 CNR과 SNR이 감소하였다.
- 특히 디지털 영상 검사(Digital Radiography: DR)의 발달로 인해 환자의 피폭선량을 줄이면서 영상의 화질의 높이는 것에 대해서도 많은 관심이 이루어지고 있다.[1] 의료 영상 목적을 만족하면서 합리적으로 달성할 수 있는 최소 환자선량으로 수행되어야 하므로 DR은 친환자적인 장비이다.[2] 영상의 화질은 곧 잡음(Noise)에 대한 것으로써 질 높은 영상과 정확한 진단을 위한 필수적인 요소로 자리 잡았다.
- DR장비에서 사지 검사 시 환자의 두께 변화와 사용 관전압 따라 CNR과 SNR의 차이를 확인 하였으며, 실제 육안평가에서도 영상의 질이 관전압 변화에 따라 달라지는 것을 확인하였다. 또한 정량적 영상 평가와 정성적 영상평가의 결과를 같이 평가해야 최적에 검사 조건을 찾을 수 있음을 확인하였다. 올바른 검사 조건은 적정 선량을 통해 최적의 영상의 질을 구현 할 수 있으므로 중요하며, 본 논문은 작은 선량이라 간과했던 사지검사에서 최적화 관전압을 제시하여, 영상 최적화에 더 객관화된 자료로 이용할 수 있다.
- 육안평가의 결과는 Wrist 실험의 경우는 가장 기본 Phantom에서 관전압이 증가할수록 점수가 증가하여 최고관전압인 55 kV에서는 4.6으로 가장 점수가 높았으며 50, 45 kV에선 차이가 별로 없었고 최저관전압인 40 kV에서 3.6으로 낮아졌다. Phantom의 두께가 두꺼워지면서 점수는 전반적으로 낮아졌으나 각 두께별로 55, 50, 45 kV의 사이에서는 큰 차이가 없었지만 최저관전압인 40 kV에서는 점수가 급격히 낮아졌다.
후속연구
- 또한 정량적 영상 평가와 정성적 영상평가의 결과를 같이 평가해야 최적에 검사 조건을 찾을 수 있음을 확인하였다. 올바른 검사 조건은 적정 선량을 통해 최적의 영상의 질을 구현 할 수 있으므로 중요하며, 본 논문은 작은 선량이라 간과했던 사지검사에서 최적화 관전압을 제시하여, 영상 최적화에 더 객관화된 자료로 이용할 수 있다.
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