[논문]인터벤션에서 자동노출제어장치와 수동노출 사용 시 두께 변화에 따른 선량감소 방안 연구

황준호; 정구민; 최지안; 김현수; 이경배

doi:10.17946/jrst.2018.41.2.115

인터벤션에서 자동노출제어장치와 수동노출 사용 시 두께 변화에 따른 선량감소 방안 연구
A Study on Dose Reduction Method according to Slice Thickness Change using Automatic Exposure Controller and Manual Exposure in Intervention 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.41 no.2, 2018년, pp.115 - 122

황준호 (경희대학교병원 영상의학과) , 정구민 (경희대학교병원 영상의학과) , 최지안 (경희대학교병원 영상의학과) , 김현수 (신구대학교 방사선과) , 이경배 (경희대학교병원 영상의학과)

Abstract ▼ AI-Helper

We aims to perform comparative analysis on the dose area and image qualities varying on the slice thickness when using Automatic Exposure Controller (AEC) and manual exposure; thus, it wants to suggest a measure to reduce exposure dose by setting the optimal examination condition for each slice thickness. The method was to set the thickness as Thin, Normal, and Heavy adult and evaluate the dose area, spatial resolution, low contrast resolution, Signal to Noise Ratio (SNR) and Contrast to Noise Ratio (CNR) according to each slice thickness by using the AEC and the manual exposure controller. The dose area according to each slice thickness all increased both when using the AEC and the manual exposure. However, the manual exposure showed lower dose area product than the AEC. Spatial resolutions and low contrast resolutions were all observed to be higher than the evaluation standard. Also, the SNR and CNR of each thickness all increased when using the AEC. When using the manual exposure, SNR and CNR increased in all cases other than the Heavy Adult. Consequently, the Thin and Normal Adult showed dose reduction about 2 times when using the manual exposure controller, while ensuring the image quality. Heavy adult was able to maintain good image quality by using AEC.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 다양한 인터벤션 장비를 대상으로 실험하지 못한 제한점을 가진다. 그럼에도 불구하고 AEC와 수동노출을 사용하여 두께 변화에 따른 면적선량과 영상화질을 비교분석하고 선량감소와 최적의 영상화질을 얻을 수 있는 방법을 마련하고자 하였다. 두꺼운 두께에서는 수동노출 사용 시 같은 조건이라 할지라도 영상화질이 저하되기 때문에 AEC를 사용하는 것을 권장한다.
특히 현재 임상에서 자주 사용하는 방식인 AEC 같은 경우에는 두께에 따라 선량과 영상화질을 조절하는 방식이기 때문에 두께가 두꺼우면 많은 선량이 발생하게 되며[14-16], 그렇다고 수동노출을 사용하는 경우에는 선량을 감소시킴에 따라 영상화질 또한 함께 감소할 우려가 있기 때문에 두께에 따른 선량과 영상화질을 보장할 수 없게 된다[12]. 따라서 본 연구는 인터벤션 환경에서 영상화질을 유지하면서도 두께에 따른 면적선량을 최소한으로 조절하는 것이 중요하다는 점에 착안하여 AEC와 수동노출을 사용해서 두께 별 면적선량과 영상화질을 비교분석하고 선량감소와 최적의 영상화질을 얻을 수 있는 방법을 마련하고자 하였다.
기존의 연구들은 면적선량과 영상화질의 관계를 비교분석하여 선량을 저감화 할 수 있는 방안을 제안하거나[12,17], 대부분 수동노출과 AEC를 사용하여 선량과 영상화질을 분석해 최적의 검사조건을 얻으려는 연구로 국한 되었고[12,15-17], 이는 다양한 개인차 중 두께를 고려하여 영상화질과 선량을 평가한 경우는 없었다는 것을 의미한다[12-18]. 이에 착안하여 본 연구는 동일한 환경에서 AEC와 수동노출을 사용하여 두께 변화에 따른 면적선량과 영상화질을 비교분석하고, 각 두께 별로 최적의 검사조건을 설정하여 피폭선량을 줄이기 위한 기반을 마련하고자 한다.

제안 방법

AEC와 수동노출을 이용하여 두께 별 영상화질을 평가하였다. 영상화질평가에 이용한 영상은 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일이며, NEMA Phantom의 1번 슬라이스에 내장되어있는 해상력 차트를 통해 영상의 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 평가하였다.
AEC와 수동노출을 이용하여 두께 별로 30회씩 얻은 영상에 대한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)와 대조도 대 잡음비(Contras to Noise Ratio; CNR)를 평가하였다. 저 대조도 분해능의 신호 대 잡음비와 대조도 대잡음비를 평가하기 위해 직사각형의 관심영역(Region of Interest; ROI)을 25, 100 mg/cc는 0.
팬텀은 인터벤션의 정도관리와 영상화질평가에 이용하는 NEMA Standard XR-21 Phantom (National Electric Manufacturers Association, USA)을 사용하였다. 실험은 전후방향으로 위치한 성인을 기준으로 하였으며 환자 두께에 따른 영상화질과 면적선량을 비교분석하기 위하여 각각의 번호를 가진 2.5 cm 두께의 슬라이스를 NEMA Phantom의 메뉴얼에 따라 마른 성인, 보통 성인, 비만 성인으로 조합시켜 실험하였다. 마른 성인은 위에서 아래로 슬라이스 번호를 4-2-1-3, 보통 성인은 5-5-4-2-1-3-5-6, 비만 성인은 7-7-5-5-4-1-2-3-5-6-7-7로 조합하였고 검출기에 대각선 방향으로 배치시켰다.
AEC와 수동노출을 이용하여 두께 별 영상화질을 평가하였다. 영상화질평가에 이용한 영상은 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일이며, NEMA Phantom의 1번 슬라이스에 내장되어있는 해상력 차트를 통해 영상의 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 평가하였다. 공간 분해능과 저 대조도 분해능은 순간촬영을 기준으로 판독용 모니터로 120 cm 거리에서 3인 이상이 관찰하여 평가하였으며, 면적선량과 마찬가지로 30번씩 검사한 후 산출된 평균과 표준편차로 평가하였다.
저 대조도 분해능의 신호 대 잡음비와 대조도 대잡음비를 평가하기 위해 직사각형의 관심영역(Region of Interest; ROI)을 25, 100 mg/cc는 0.7 × 0.6㎠ 로 50, 200 mg/cc는 0.6 × 0.7 ㎠ 으로 각각 설정하였으며, 백그라운드 표준편차는 우측 아래에 지정하였다.

대상 데이터

실험은 2018년 1월 13일부터 23일까지 10 차례에 걸쳐 진행하였다. 방사선 발생장치는 A병원에서 사용 중인 Philips사의 ALLURA XPER FD 20/10 Biplane으로 평판형 검출기(Flat Panel Detector; FPD) 형태이다. 팬텀은 인터벤션의 정도관리와 영상화질평가에 이용하는 NEMA Standard XR-21 Phantom (National Electric Manufacturers Association, USA)을 사용하였다.
실험은 2018년 1월 13일부터 23일까지 10 차례에 걸쳐 진행하였다. 방사선 발생장치는 A병원에서 사용 중인 Philips사의 ALLURA XPER FD 20/10 Biplane으로 평판형 검출기(Flat Panel Detector; FPD) 형태이다.
방사선 발생장치는 A병원에서 사용 중인 Philips사의 ALLURA XPER FD 20/10 Biplane으로 평판형 검출기(Flat Panel Detector; FPD) 형태이다. 팬텀은 인터벤션의 정도관리와 영상화질평가에 이용하는 NEMA Standard XR-21 Phantom (National Electric Manufacturers Association, USA)을 사용하였다. 실험은 전후방향으로 위치한 성인을 기준으로 하였으며 환자 두께에 따른 영상화질과 면적선량을 비교분석하기 위하여 각각의 번호를 가진 2.

데이터처리

영상화질평가에 이용한 영상은 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일이며, NEMA Phantom의 1번 슬라이스에 내장되어있는 해상력 차트를 통해 영상의 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 평가하였다. 공간 분해능과 저 대조도 분해능은 순간촬영을 기준으로 판독용 모니터로 120 cm 거리에서 3인 이상이 관찰하여 평가하였으며, 면적선량과 마찬가지로 30번씩 검사한 후 산출된 평균과 표준편차로 평가하였다.
방사선량은 방사선 발생장치에 내장된 면적선량계를 통해 측정하였고, AEC를 이용하여 각각의 두께에 따른 면적선량을 30번씩 측정하여 얻은 평균과 표준편차로 구하였다. 그 후 AEC에서 발생한 관전류량과 동일한 관전류량을 수동노출에 적용하여 각 두께 별로 30번씩 측정한 면적선량의 평균과 표준편차를 측정하였다. 그 외의 검사조건은 관전압은 80 kVp,Field Size는 48 × 48 cm, SID (Source Image Distance)는 100 cm 으로 고정하였다[Table 1]
또한 AEC와 수동노출을 이용하여 얻은 신호 대 잡음비와 대조도 대 잡음비는 SPSS 18.0 (Statistical Package for the Social Science, USA) 통계 프로그램으로 paired t-test를 시행하였고 p<0.05로 통계적 유의성을 분석하였다.
실험은 모두 Spot 촬영을 기준으로 하였다. 방사선량은 방사선 발생장치에 내장된 면적선량계를 통해 측정하였고, AEC를 이용하여 각각의 두께에 따른 면적선량을 30번씩 측정하여 얻은 평균과 표준편차로 구하였다. 그 후 AEC에서 발생한 관전류량과 동일한 관전류량을 수동노출에 적용하여 각 두께 별로 30번씩 측정한 면적선량의 평균과 표준편차를 측정하였다.

성능/효과

AEC와 수동노출을 사용하여 마른 성인, 보통 성인, 비만성인의 면적선량을 얻은 결과, 면적선량은 노출방식 모두 두께에 비례하여 증가하였다. 이는 AEC의 특성 상 두께가 두꺼울수록 관전류량을 증가시켜 영상화질을 조절하기 때문에 나타난 결과이며[14-16], 수동노출 또한 두께가 두꺼울수록 관전류량을 증가시켜준 결과이다[10,12].
이를 토대로 영상화질을 평가한 결과는 다양한 양상을 보였다. NEMA Phantom 사용 시 방사선 발생장치의 공간 분해능 합격기준은 평판형 검출기에 Field size가 45 cm 이상일 때 0.8 lp/mm 이상, 저 대조도 분해능은 최소 200mg/cc인데[23,24], AEC와 수동노출을 이용하여 검사한 두께 별 공간 분해능과 저 대조도 분해능은 모두 합격기준 안에 들었다. 특히 AEC 같은 경우에는 모든 두께에서 합격기준 이상의 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 보였으며 각 두께 별로 비교했을 때에도 공간 분해능과 저 대조도 분해능의 수치 차이가 크게 나지 않아 안정된 영상화질을 얻을 수 있었다.
관전압을 80 kVp로 고정한 후 장비에 내장된 면적선량계로 두께에 따른 면적선량을 30번씩 얻은 결과, AEC는 마른 성인일 때 4 mAs의 관전류량을 나타냈으며, 면적선량의 평균(표준편차)은 478(±3.7) mGycm2이었다.
이는 AEC의 특성 상 두께가 두꺼울수록 관전류량을 증가시켜 영상화질을 조절하기 때문에 나타난 결과이며[14-16], 수동노출 또한 두께가 두꺼울수록 관전류량을 증가시켜준 결과이다[10,12]. 다만 AEC를 사용하여 검사했을 때는 수동노출을 사용하여 검사했을때 보다 모든 두께에서 면적선량이 2배가량 높게 나타났다. 이는 AEC를 사용하면 검출기의 감도가 설정되어서 검출기가 방사선량을 보다 민감하게 인식하기 때문이다[15,16].
동일한 관전압과 관전류량으로 고정한 후 수동노출을 이용하여 면적선량을 얻은 결과, 마른 성인은 4 mAs일 때 면적선량의 평균(표준편차)은 215(±2.5) mGycm2이었다.
두께에 따른 공간 분해능과 저 대조도 분해능의 화질을 평가한 결과, AEC는 마른 성인일 때, 공간 분해능과 저 대조도 분해능의 평균(표준편차)은 1.6(±0.01) lp/mm, 97.8(±21.8)mg/cc이었다.
이는 AEC를 사용하면 검출기의 감도가 설정되어서 검출기가 방사선량을 보다 민감하게 인식하기 때문이다[15,16]. 즉 면적선량은 모든 두께에서 AEC보다 수동노출을 사용 시 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.
8 lp/mm 이상, 저 대조도 분해능은 최소 200mg/cc인데[23,24], AEC와 수동노출을 이용하여 검사한 두께 별 공간 분해능과 저 대조도 분해능은 모두 합격기준 안에 들었다. 특히 AEC 같은 경우에는 모든 두께에서 합격기준 이상의 공간 분해능과 저 대조도 분해능을 보였으며 각 두께 별로 비교했을 때에도 공간 분해능과 저 대조도 분해능의 수치 차이가 크게 나지 않아 안정된 영상화질을 얻을 수 있었다. 이는 AEC의 특성 상 선량과 영상화질을 비례성을 안정적으로 유지하기 때문에 나타난 결과이다[14-16].

후속연구

본 연구는 다양한 인터벤션 장비를 대상으로 실험하지 못한 제한점을 가진다. 그럼에도 불구하고 AEC와 수동노출을 사용하여 두께 변화에 따른 면적선량과 영상화질을 비교분석하고 선량감소와 최적의 영상화질을 얻을 수 있는 방법을 마련하고자 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인터벤션 사용 시 방사선 피폭을 특히 더 중요하게 여기는 이유는?	다만 영상의학을 통해 이루어지는 대부분의 검사는 전자를 가속시켜 발생하는 X선을 이용하기 때문에 피폭선량이 문제가 된다[4-6]. 인터벤션은 장시간 정격으로 연속부하를 허용하고, 실시간으로 영상을 확인하는 특징을 가지기 때문에 방사선 피폭은 더욱 중요하게 논의되어진다[7,8]. 그에 따라 인터벤션 방사선 시술 시 발생하는 피폭선량과 관련된 다양한 연구를 진행하고 있으며[7,9], 또한 국제적으로 피폭선량을 줄이기 위한 다양한 권고안이 발표되고 있다[10,11].
	인터벤션은 무엇으로 선량을 평가하는가?	그 중 인터벤션은 국제적으로 방사선 방호의 관점에서 확률적 영향을 최소화하는 데에 권고안의 초점이 맞춰지고 있다[5,6,10]. 인터벤션은 일정 범위의 인체에 흡수된 선량의 총합을 나타내는 지표인 면적선량(Dose Area Product; DAP)으로 선량을 평가하고 있는데, 면적선량은 확률적 영향의 평가와 관련된 방사선 방호의 지표이기 때문이다[5,6,10,11]. 확률적 영향에 기인하여, 비교적 낮은 선량임에도 불구하고 병이 발생할 위험이 있기 때문에[5,6], 인터벤션의 방사선량을 조절하는 것은 중요하다고 할 수 있다[10].
	인터벤션 사용 시 자동노출제어장치를 사용하여 방사선량과 영상화질을 조절하는 것의 문제점은?	다만 AEC를 사용한다 하더라도 방사선량과 영상화질을 모두 적절하게 보장한다고 보기는 어렵다. AEC는 두께에 따라서 관전류량을 조절하는 방식을 통해 선량을 조절하는데[14-16], 두께가 두꺼울수록 많은 관전류량을 발생시키기 때문이다. 그러므로 인터벤션 환경에서 관전류량이 증가한다는 것은 면적선량의 증가를 의미하며 이는 보다 많은 방사선량이 발생된다는 의미이다[12,17].

참고문헌 (24)

Kalra MK, Quick P, Singh S, Sandborg M, Persson A. Whole Spine CT for Evaluation of Scoliosis in Children: Feasibility of Sub-milli Sievert Scanning Protocol. Acta Radiologica. 2013;54(2):226-30.

상세보기
Dazani GB, Valenti R, Migliorini A, Parodi G, Vergara R, Antoniucci D. Percutaneous Coronary Intervention for Chronic Total Occlusions. The American Journal of Cardiology. 2013;112(12):1849-53.

상세보기
Gorostidi M, Villalain C, Ruiz R, Jaunarena I, Lekuona A. Technique for Precaval and Laterocaval Nodes Excision at Extraperitoneal Paraaortic Lymphadenectomy. Gynecologic Oncology. 2018;148(1):233-4.

상세보기
Matsunaga Y, Kawaguchi A, Kobayashi K, Kobayashi M, Asada Y, Minami K, et al. Patient Exposure during Plain Radiography and Mammography in Japen in 1974-2014. Radiation Protection Dosimetry. 2017;176(4):347-53.
International Commission on Radiological Protection (ICRP). Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 60; 1990.
International Commission on Radiological Protection (ICRP). The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 103; 2007.
Crowhurst JA, Whitby M, Thiele D, Halligan T, Westerink A, Crown S, et al. Radiation Dose in Coronary Angiography and Intervention: Initial Result from the Establishment of a Multi Center Diagnostic Reference Level in Queensland Public Hospital. Journal of Medical Radiation Sciences. 2014;61(3):135-41.

상세보기
Morris GM, Salih Z, Wynn GJ, Ahmed FZ, Brown B, Wright DJ, et al. Patient Radiation Dose during Fluoroscopically Guided Biventricular Device Implantation. Acta Cardiology. 2014;69(5):491-5.

상세보기
Coles DR, Smail MA, Negus IS, Wilde P, Oberhoff M, Karsch KR, et al. Comparison of Radiation Doses From Multislice Computerized Tomography Coronary Angiography and Conventional Diagnostic Angiography. Journal of the American College of Cardiology. 2006;47(9):1840-5

상세보기
International Commission on Radiological Protection (ICRP). Avoidance of Radiation Injuries from Medical Interventional Procedures. ICRP Publication 85;2000.
International Commission on Radiological Protection (ICRP). Diagnostic Reference Levels in Medical Imaging. ICRP Publication 135; 2017.
Hwang JH, Jung KM, Kim HS, Kang BS, Lee KB. Dose Reduction According to the Exposure Condition in Intervention Procedure: Focus on the Change of Dose Area and Image Quality. Journal of Radiological Science and Technology. 2017;40(3):393-400

원문보기 상세보기
Spink C, Avannesov M, Schmidt T, Grass M, Schoen G, Adam G, et al. Noise Reduction Angiographic Imaging Technology Reduces Radiation Dose during Bronchial Artery Embolization. European Journal of Radiology. 2017;97:115-8.

상세보기
Doyle P, Martin CJ. Calibrating Automatic Exposure Control Devices for Digital Radiography. Physics in Medicine and Biology. 2006;51(21):5475-85.

상세보기
Moore CS, Wood TJ, Avery G, Balcam S, Needler L, Joshi H, et al. Automatic Exposure Control Calibration and Optimization for Abdomen, Pelvis and Lumbar spine Imaging with an Agfa Computed Radiography System. Physics in Medicine and Biology. 2016;61(21):N551-64.

상세보기
Hwang JH, Lee KB. A study on the Quantitative Analysis Method through the Absorbed Dose and the Histogram in the Performance Evaluation of the Detector according to the Sensitivity Change of Auto Exposure Control(AEC) in DR(Digital Radiography). Journal of the Korea Contents Association. 2018;18(1):232-40.
Kang BS, Yoon YS. Evaluation of Patient Radiation Doses Using DAP Meter in Interventional Radiology Procedures. Journal of Radiological Science and Technology. 2017;40(1):27-34.
Oliveira da Silva MV, Canevaro LV, Hunt J, Rodrigues BBD. Comparing Measured and Calculated Doses in Interventional Cardiology Procedures. Radiation Protection Dosimetry. 2017;176(4):439-43.

상세보기
Shepard SJ, Flynn M, Gingold E, Goldman L, Krugh K, Leong DL, et al. An Exposure Indicator for Digital Radiography: AAPM Task Group 116 (Executive Summary), Journal of Medical Physics. 2009;36(7):2898-914.

상세보기
Sebert JA, Morin RL. The Standardized Exposure Index for Digital Radiography: an Opportunity for Optimization of Radiation Dose to the Pediatric Population. Journal of Pediatric Radiology. 2011;41(5):573-81.

상세보기
Hong SS, Kim HC. A Study on Dose and Image Quality according to X-ray Photon Detection Method in Digital Radiography System. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. 2013;50(12):247-53.
Uffmann M, Schaefer-prokop C. Digital radiography:The Balance Between Image and Required Radiation Dose. European Journal Radiology. 2009;72(2):202-8.

상세보기
Ionita CN, Dohatcu A, Jain A, Keleshis C, Hoffmann KR, Bednarek DR, et al. Modification of the NEMA XR21-2000 Cardiac Phantom for Testing of Imaging Systems used in Endovascular Image Guided Interventions. Physics of Medical Imaging. 2009;7258:72584R-9.
Kang BS, Son JH, Kim SC. Establishment of Quality Control System for Angiographic Unit. Journal of the Korea Contents Association. 2011;11(1):236-44.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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