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뇌전산화단층검사에서 방사선량 저감을 위한 최적화 프로토콜 연구

Optimization of Brain Computed Tomography Protocols to Radiation Dose Reduction

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.39 no.3, 2018년, pp.116 - 123  

이재승 (세계아이티(주) 기업부설연구소) ,  권대철 (신한대학교 바이오생태보건대학 방사선학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study is a model experimental study using a phantom to propose an optimized brain CT scan protocol that can reduce the radiation dose of a patient and remain quality of image. We investigate the CT scan parameters of brain CT in clinical medical institutions and to measure the important paramet...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구는 CT 검사에서 임상 실무적으로 접근 가능한 기술적 요인을 분석함으로써 영상의 질을 유지하면서 환자의 피폭 방사선량을 저감할 수 있는 최적화된 CT 검사 프로토콜을 제안하기 위해 팬텀을 이용한 모형적 실험연구이다. 이를 위하여 뇌 CT 검사(brain CT)를 대상으로 임상 의료기관에서 시행되고 있는 CT 스캔 변수를 조사 및 분석하고 CT 영상의 질을 결정하는 중요한 변수들을 측정하여 영상 의학적으로 얻을 수 있는 이득과 방사선 피폭으로 인한 선량학적 손해가 적절하게 균형을 이룰 수 있는 최적화된 CT 검사 프로토콜의 적정성을 제안하고자 한다.
  • 표 1. 본 연구에서 AAPM CT 성능 팬텀을 이용한 CT number, 노이즈, 균일도, 공간분해능 및 대조도 분해능에 대한 영상 평가의 합격 기준.
  • 따라서 본 연구는 CT 검사에서 임상 실무적으로 접근 가능한 기술적 요인을 분석함으로써 영상의 질을 유지하면서 환자의 피폭 방사선량을 저감할 수 있는 최적화된 CT 검사 프로토콜을 제안하기 위해 팬텀을 이용한 모형적 실험연구이다. 이를 위하여 뇌 CT 검사(brain CT)를 대상으로 임상 의료기관에서 시행되고 있는 CT 스캔 변수를 조사 및 분석하고 CT 영상의 질을 결정하는 중요한 변수들을 측정하여 영상 의학적으로 얻을 수 있는 이득과 방사선 피폭으로 인한 선량학적 손해가 적절하게 균형을 이룰 수 있는 최적화된 CT 검사 프로토콜의 적정성을 제안하고자 한다.
  • 추가적으로 X선 속 에너지 영역을 반영하는 관전압의 증가에 따라 에너지 스펙트럼이 고에너지 영역으로 이동하면서 양자 노이즈를 감소시켜 대조도 분해능을 향상시킬 수 있으나 환자의 심부선량을 증가시킬 수 있기 때문에 본 연구에서는 SOMATOM Definition AS+ 나선형 CT 장치의 관전압 설정 조건에 따라 80, 100, 120 kVp 관전압을 임상적으로 CT 영상의 질을 확보하면서 환자의 피폭 방사선량을 최소화할 수 있는 변동 가능한 CT 스캔 변수로 제안하고자 하였다. 따라서 본 연구에서 뇌CT 검사에 대한 새로운 프로토콜을 제안하기 위하여 변경 가능한 CT 스캔 변수를 Table 3에 제시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CT 영상의 질을 결정하는 중요한 변수들이 변화하는 원인은 무엇인가? 일반적으로 CT 영상의 질을 결정하는 중요한 변수는 노이즈(noise), 공간 분해능(spatial resolution), 대조도 분해능(contrast resolution),균일도(field uniformity), 직선성(linearity), 영상 인공물(image artifact) 등이 관여하는 것으로 알려져 있다[10-12]. 이러한 변수들은 관전압(tube voltage) 및 관전류(tube current) 스캔시간, X선속 조절(X-ray collimation), 엑스 선관 회전 시간(rotation time), 영상 범위(field of view, FOV), 절편 두께(slice thickness), 간격(gap), pitch, 매트릭스 또는 픽셀의 크기(matrix and pixel size) 등 매우 다양한 원인으로 변화될 수 있다[10].
미국 내 발생한 전체 암 발생률의 몇 퍼센트 정도가 CT 검사에 기인된 방사선 피폭이 원인인가? 또한 방사선 방호와 관련된 국제기구의 보고서에 따르면 방사선 피폭에 기인된 암 발생 위험은 적은 선량의 방사선 피폭으로도 문턱값(threshold value) 없이 암 발생 가능성이 선형적으로 증가될 잠재적 가능성이 있다는 문턱값 없는 선형비례이론(linear no threshold model, LNT)을 지지하고 있다[5-6]. 특히 Brenner 등은 미국 내 발생한 전체 암 발생률의 약 1.5% 내지 2.0%는 CT 검사에 기인된 방사선 피폭이 그 원인이라는 주장이 제기되었고 캐나다 영상의학과의사연합회(Canadian Association of Radiologists, CAR)에서 전체 CT 검사의약 30% 정도는 영상 의학적 검사가 불필요하거나 유용한 정보를 제공하지 못한다고 발표함으로써 CT 검사에 의한 방사선 피폭 위험성이 사회적 문제점으로 대두되고 있다[7-8].
전산화단층촬영의 의학적 이용 목적은 무엇인가? 전산화단층촬영(computed tomography, CT)의 의학적 이용 목적은 환자의 피폭 방사선량을 최소화하면서 미세한 병변을 진단할 수 있는 최적화 CT 영상을 획득하는 것이라 할 수 있다[1]. 환자의 피폭 방사선량 관점에서 CT 검사는 투과력이 높은 X선 광자가 영상의 재구성에 기여할 수 있도록 X선속 콜리메이터와 다중 검출기가 사용되며 부채꼴 모양의 좁은 X선 속이 나선형으로 회전하면서 환자의 넓은 범위를 노출시키기 때문에 1차선(primary X-ray)에 의한 방사선 피폭뿐만 아니라 기하학적 반음영(geometrical penumbra) 이나 산란선에 기인된 부가적 방사선 피폭이 수반되어 일반 적인 진단용 X선 발생장치와 비교하여 환자의 피폭 방사선량 (multiple scan average dose, MSAD)을 상대적으로 증가시킬 수 있다[2-3].
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참고문헌 (26)

  1. S.P. Raman, M. Mahesh, R.V. Blasko RV, and E. K. Fishman, "CT scan parameters and radiation dose: practical advice for radiologists," J. Am. Coll. Radiol., vol. 10, no. 11, pp. 840-846, 2013. 

  2. T. Kubo, Y. Ohno, H.U. Kauczor, and H. Hatabu, "Radiation dose reduction in chest CT-review of available options," Eur. J. Radiol., vol. 83, no. 10, pp. 1953-1961, 2014. 

  3. M. Mahesh, and E.K. Fishman, "CT dose reduction strategy: to modulate dose or not in certain patients?," J. Am. Coll. Radiol., vol. 9, no. 12, pp. 931-932, 2012. 

  4. D. Teunen, "The European Directive on health protection of individuals against the dangers of ionising radiation in relation to medical exposures (97/43/EURATOM)," J. Radiol. Prot., vol. 18, no. 2, pp. 133-137, 1998. 

  5. National Research Council (NRC), "Committee to Assess Health Risks from Exposure to Low Levels of Ionizing Radiation," Health risks from exposure to low levels of ionizing radiation: BEIR VII phase 2, Washington DC: National Academies Press, 2006. 

  6. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEA), "Effect of ionizing radiation: UNSCEAR 2006 report to the general assembly with scientific annexes," Vienna: United Nations, 2006. 

  7. D.J. Brenner, and E.J. Hall, "Computed tomography: an increasing source of radiation exposure," N. Engl. J. Med., vol. 357, no. 22, pp. 2277-2284, 2007. 

  8. J.J. You, W. Levinson, and A. Laupacis, ":Attitudes of family physicians, specialists and radiologists about the use of computed tomography and magnetic resonance imaging in Ontario," Healthc. Policy, vol. 5, no. 1, pp. 54-65, 2009. 

  9. G.T. Herman, "Fundamentals of computerized tomography: Image reconstruction from projection," 2nd edit., Springer, pp. 89-92, 2009. 

  10. KSMIT, "Textbook of Computed Tomography," 3rd edit., The Korean Society of Medical Imaging Technology (KSMIT), Chung-Ku Pub., Seoul, pp. 537, 2013. 

  11. A. Gervaise, B. Osemont, S. Lecocq, A. Noel, E. Micard, J. Felblinger, and A. Blum, "CT image quality improvement using adaptive iterative dose reduction with wide-volume acquisition on 320-detector CT," Eur. Radiol., vol. 22, no. 2, pp. 295-301, 2012. 

  12. C. McCann, and H. Alasti, "Comparative evaluation of image quality from three CT simulation scanners," J. Appl. Clin. Med. Phys., vol. 5, no. 4, pp. 55-70, 2004. 

  13. International Commission on Radiological Protection (ICRP), "The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection," ICRP Publication No.103, Ann. ICRP 37(2-4), 2007. 

  14. R.H. Hyndman, and Y. Fan, "Sample quantiles in statistical packages," Am. Stat., vol. 50, no. 4, pp. 361-365, 1996. 

  15. American Association of Physicists in Medicine (AAPM), "Phantoms for Performance Evaluation and Quality Assurance of CT Scanners," AAPM report No. 1, New York, Am Inst Phys, Diagnostic Radiology Committee Task Force on CT Scanner Phantoms, 1977. 

  16. D.S. Sharma, S.D. Sharma, K.K. Sanu, S. Saju, D.D. Deshpande, and S. Kannan, "Performance evaluation of a dedicated computed tomography scanner used for virtual simulation using in-house fabricated CT phantoms," J. Med. Phys., vol. 31, no. 1, pp. 28-35, 2006. 

  17. S. Trattner, G.D.N, Pearson, C. Chin, D.D. Cody, R. Gupta, C.P. Hess, M.K. Kalra, J.M. Jr. Kofler, M.S. Krishnam, and A.J. Einstein, "Standardization and optimization of CT protocols to achieve low dose," J. Am. Coll. Radiol., vol. 11, no. 3, pp. 271-278, 2014. 

  18. A.B. Sigal-Cinqualbre, R. Hennequin, H.T. Abada, X. Chen, and J.F. Paul, "Low-kilovoltage multi-detector row chest CT in adults: feasibility and effect on image quality and iodine dose," Radiology, vol. 231, no. 1, pp. 169-174, 2004. 

  19. B. Wintersperger, T. Jakobs, P. Herzog, S. Schaller, K. Nikolaou, C. Suess, C. Weber, M. Reiser, and C. Becker, "Aortoiliac multidetector-row CT angiography with low kV settings: improved vessel enhancement and simultaneous reduction of radiation dose," Eur. Radiol., vol. 15, no. 2, pp. 334-341, 2005. 

  20. W. Huda, E.M. Scalzetti, and G. Levin, "Technique factors and image quality as functions of patient weight at abdominal CT," Radiology, vol. 217, no. 2, pp. 430-435, 2000. 

  21. M.K. Kalra, M.M. Maher, T.L. Toth, L.M. Hamberg, M.A. Blake, J.A. Shepard, and S. Saini, "Strategies for CT radiation dose optimization," Radiology, vol. 230, no. 3, pp. 619-628, 2004. 

  22. Y. Nakayama, K. Awai, Y. Funama, D. Liu, T. Nakaura, Y. Tamura, and Y. Yamashita, "Lower tube voltage reduces contrast material and radiation doses on 16-MDCT aortography," AJR Am. J. Roentgenol., vol. 187, no. 5, pp. W490-W497, 2006. 

  23. C. Hohl, G. Muhlenbruch, J.E. Wildberger, C. Leidecker, C. Suss, T. Schmidt, R.W. Gunther, and A.H. Mahnken, "Estimation of radiation exposure in low-dose multislice computed tomography of the heart and comparison with a calculation program," Eur Radiol, Vol. 16, No. 8, pp. 1841-1846, 2006. 

  24. K.J. Chang, D.B. Caovan, D.J. Grand, W. Huda, and W.W. Mayo-Smith, "Reducing radiation dose at CT colonography: decreasing tube voltage to 100 kVp," Radiology, vol. 266, no. 3, pp. 791-800, 2013. 

  25. S. Yamamura, S. Oda, M. Imuta, D. Utsunomiya, M. Yoshida, T. Namimoto, H. Yuki, M. Kidoh, Y. Funama, H. Baba, and Y. Yamashita, "Reducing the radiation dose for CT colonography: Effect of low tube voltage and iterative reconstruction," Acad. Radiol., vol. 23, no. 2, pp. 155-162, 2016. 

  26. A.N. Khan, F. Khosa, W. Shuaib, K. Nasir, R. Blankstein, and M. Clouse, "Effect of tube voltage (100 vs. 120 kVp) on radiation dose and image quality using prospective gating 320 row multi-detector computed tomography angiography," J. Clin. Imaging Sci., vol. 31, no. 3, pp. 62, 2013. 

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