[논문]흉부 디지털촬영에서 입사표면선량 예측

이원정; 정순철

doi:10.7742/jksr.2019.13.4.573

흉부 디지털촬영에서 입사표면선량 예측
Prediction of Entrance Surface Dose in Chest Digital Radiography 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.13 no.4, 2019년, pp.573 - 579

이원정 (대전보건대학교 방사선(학)과) , 정순철 (대전보건대학교 의무부사관과)

초록
AI-Helper

환자 피폭선량 관리에 입사표면선량(ESD, entrance surface dose)이 국내외적으로 진단참고준위(국내 흉부촬영 $340{\mu}Gy$)로 사용되고 있지만, ESD측정을 위해서는 선량계가 필요하다. 하지만 대부분 병의원에서는 선량계가 구비되어 있지 않고 정기검사 시 전문 업체 측정에 의해 확인할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 흉부 디지털촬영에서 사용자가 쉽게 ESD를 예측할 수 있는 방법에 대해 알아보았다. 흉부 디지털촬영에서 평판형 디텍터(FP, Flat-panel detector)와 IP (Imaging plate detector)를 대상으로 하였고, ESD는 선량계(XI-Platinum, Unfors, Sweden)를 흉부 팬텀(07-646 Duke QC chest phantom, Supertech, Elkhart, USA)의 중앙 표면에 부착시킨 후, 튜브와 디텍터를 180cm 거리를 유지시켜 각 노출조건 조합(관전압과 노출선량)에서 3회 반복측정한 후 평균값을 얻었다. 흉부 팬텀 영상의 다이콤 헤더 정보에서 FP영상은 선량면적곱(DAP, dose-area product)을 확인하였고, IP영상에서는 노출 지수(EI, exposure index)를 확인하였다. 단순선형회귀분석을 통해 FP촬영에서 DAP로부터, IP촬영에서 EI로부터 ESD를 예측할 수 있는 회귀방정식($y={\alpha}+{\beta}X$, ${\alpha}$=직선의 절편, ${\beta}$=직선의 기울기)을 구하였다. FP가 IP 보다 유의하게 낮은 선량을 보였고($85.7{\mu}Gy$ vs. $124.6{\mu}Gy$, p=0.017), 두 디텍터 모두 ESD와 화질 간에 높은 양의 상관성을 보였다. FP에서 수정된 R 제곱(adjusted R2)은 0.978로 ESD의 변동은 DAP 변동에 의해 97.8%의 높은 설명력을 보였다. 단순 회귀식은 $ESD=0.407+68.810{\times}DAP$ 이었다. 위의 회귀식을 이용하여 국내 권고선량($340{\mu}Gy$)과 같은 DAP를 추정한 결과($DAP=0.021+0.014{\times}340{\mu}Gy$), DAP는 4.781 이었다. IP에서 수정된 R 제곱(adjusted R2)은 0.645로 ESD의 변동은 EI 변동에 의해 64.5%의 설명력을 보였다. 단순 회귀식은 $ESD=-63.339+0.188{\times}EI$ 이었다. 위의 회귀식을 이용하여 국내 권고선량($340{\mu}Gy$)과 같은 EI를 추정한 결과($EI=565.431+3.481{\times}340{\mu}Gy$), EI는 1748.97 이었다. 흉부 디지털 촬영에서는 팍스 워크스테이션 영상의 다이콤 헤더 정보에서 ESD를 사용자가 쉽게 예측할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is predicted easily the entrance surface dose (ESD) in chest digital radiography. We used two detector type such as flat-panel detector (FP) and IP (Imaging plate detector). ESD was measured at each exposure condition combined tube voltage with tube current using dosimeter, after attaching on human phantom, it was repeated 3 times. Phantom images were evaluated independently by three chest radiologists after blinding image. Dose-area product (DAP) or exposure index (EI) was checked by Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) header on phantom images. Statistical analysis was performed by the linear regression using SPSS ver. 19.0. ESD was significant difference between FP and IP($85.7{\mu}Gy$ vs. $124.6{\mu}Gy$, p=0.017). ESD was positively correlated with image quality in FP as well as IP. In FP, adjusted R square was 0.978 (97.8%) and linear regression model was $ESD=0.407+68.810{\times}DAP$. DAP was 4.781 by calculating the $DAP=0.021+0.014{\times}340{\mu}Gy$. In IP, adjusted R square was 0.645 (64.5%) and linear regression model was $ESD=-63.339+0.188{\times}EI$. EI was 1748.97 by calculating the $EI=565.431+3.481{\times}340{\mu}Gy$. In chest digital radiography, the ESD can be easily predicted by the DICOM header information.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Duke QC chest phantom images.
표 Table 1. Characteristics of detector type used in this study
그림 Fig. 2. Digital Imaging and Communications in Medicine header on phantom images.
표 Table 2. Comparison of ESD between FP and IP
표 Table 3. Correlation of ESD and Image quality
그림 Fig. 2. Linear regression model for entrance surface dose prediction.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 흉부 디지털영상검사에서 사용자가 쉽게 ESD를 예측할 수 있는 방법에 대해 알아보았다.

제안 방법

Fig.2.에 나타낸 바와 같이 모든 영상의 DICOM 헤더에서 FP영상은 선량-면적 곱(DAP, dose-area product)을 확인하였고, IP영상에서는 노출 지수(EI, exposure index)를 확인하였다.
관전압(kVp) 은 두 촬영에서 동일하게 4단계(90, 102, 109, 117)로 설정하였고, 노출선량(mAs)은 FP 촬영에서는 자동노출(automatic exposure control), 4 mAs, 2 mAs, IP촬영에서는 8 mAs, 4 mAs, 2 mAs로 각각 설정하였다. 관전압과 노출선량을 조합해서 ESD를 측정하였고, 팬텀영상을 얻었다.
관전압과 노출선량을 조합하여 Fig.1.의 흉부 팬텀(07-646 Duke QC chest phantom, Supertech, Elkhart, USA)으로 얻은 영상 중 1개 영상을 선택한 후 3명의 흉부 영상의학과 전문의가 독립적인 판독 환경에서 평가하였다. 모든 영상은 촬영방법과 노출조건을 평가자가 알 수 없도록 처리한 후, 판독용 모니터의 해상도는 5M (2048 × 2560)를 이용하여 창 폭과 높이(window width and level)를 3749 × 1874 로 고정하여 폐야, 심장 후방, 횡격막 아래 부위의 원반 수를 평가 하였다.
관전압(kVp) 은 두 촬영에서 동일하게 4단계(90, 102, 109, 117)로 설정하였고, 노출선량(mAs)은 FP 촬영에서는 자동노출(automatic exposure control), 4 mAs, 2 mAs, IP촬영에서는 8 mAs, 4 mAs, 2 mAs로 각각 설정하였다. 관전압과 노출선량을 조합해서 ESD를 측정하였고, 팬텀영상을 얻었다.
선량계(XI-Platinum, Unfors, Sweden)를 흉부 팬텀의 중앙 표면에 부착시킨 후, 튜브와 디텍터를 180㎝ 거리를 유지시켰다. 관전압과 노출선량이 조합된 노출조건에서 3회 반복 측정한 후 평균 값을 얻었다.
단순선형회귀 분석을 통해 FP에서 DAP로부터 ESD를 예측할 수 있는 회귀방정식(y=α+βX, α=직선의 절편, β=직선의 기울기)을 구하였고, IP에서는 EI로부터 ESD를 예측할 수 있는 회귀방정식을 구하였다.
모든 영상은 촬영방법과 노출조건을 평가자가 알 수 없도록 처리한 후, 판독용 모니터의 해상도는 5M (2048 × 2560)를 이용하여 창 폭과 높이(window width and level)를 3749 × 1874 로 고정하여 폐야, 심장 후방, 횡격막 아래 부위의 원반 수를 평가 하였다.
선량계(XI-Platinum, Unfors, Sweden)를 흉부 팬텀의 중앙 표면에 부착시킨 후, 튜브와 디텍터를 180㎝ 거리를 유지시켰다. 관전압과 노출선량이 조합된 노출조건에서 3회 반복 측정한 후 평균 값을 얻었다.
원반 수 평가 방법은 모든 방향으로 경계가 명확히 구분되는 원반은 1개로 계산하고, 경계가 1/2이상 구분(50% 이상)되는 경우는 0.5개, 경계가 1/2 미만(50% 미만)으로 구분되는 경우에는 0.1개로 계산하였고, 부위별 평균 원반 수와 전체 원반 수를 산정 하였다.
본 연구에 사용된 디지털영상검사에서 평판형 검출기(FP, Flat-panel detector) 4대, IP(Imaging plate detector) 5대의 특징을 Table 1에 나타내었다. 인체 흉부 팬텀을 이용하여 ESD를 측정하고, 화질 평가를 위해 팬텀영상을 얻었다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 디지털영상검사에서 평판형 검출기(FP, Flat-panel detector) 4대, IP(Imaging plate detector) 5대의 특징을 Table 1에 나타내었다. 인체 흉부 팬텀을 이용하여 ESD를 측정하고, 화질 평가를 위해 팬텀영상을 얻었다.

데이터처리

Dada was analyzed by Independent t-test.
Dada was analyzed by Pearson t-test.
모든 통계분석은 SPSS ver.22.0(Chicago, IL, USA) 을 사용하여 FP와 IP 간에 ESD 는 독립 표본 T 검정(Independent t-test)하였고, ESD와 화질의 상관성은 Pearson 상관분석을 실시하였다. 단순선형회귀 분석을 통해 FP에서 DAP로부터 ESD를 예측할 수 있는 회귀방정식(y=α+βX, α=직선의 절편, β=직선의 기울기)을 구하였고, IP에서는 EI로부터 ESD를 예측할 수 있는 회귀방정식을 구하였다.

성능/효과

Table 3에는 ESD와 화질의 상관성을 분석한 결과를 나타내었다. FP에서는 폐야 0.787, 심장 후방 0.882, 횡격막아래 0.894로 모든 부위에서 매우 높은 양의 상관성을 보였으며 특히 횡격막아래가 가장 높은 상관성을 보였다. IP에서는 폐야 0.
894로 모든 부위에서 매우 높은 양의 상관성을 보였으며 특히 횡격막아래가 가장 높은 상관성을 보였다. IP에서는 폐야 0.823, 심장 후방 0.892, 횡격막아래 0.846으로 모든 부위에서 매우 높은 양의 상관성을 보였으며 특히 심장후방이 가장 높은 상관성을 보였다.
^[12] 국내 연구 결과에서도 FP는 IP 보다 낮은 선량으로 좋은 영상을 얻을 수 있고,^[7]FP는 ESD와 화질과의 유의한 양의 상관성을 보였다.^[2] 본 연구에서도 FP 가 IP 보다 유의하게 낮은 선량을 사용했음에도 ESD와 화질과는 높은 상관성을 보여 이전 연구와 유사한 결과를 얻었다. 하지만, 본 연구에서 FP와 IP에서 부위에 따른 상관성의 차이를 밝힐 수 없었는데 이는 향후 기술적인 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
2-a에 나타내었다. 수정된 R 제곱(adjusted R2)은 0.978로 ESD의 변동은 DAP 변동에 의해 97.8%의 높은 설명력을 보였다. 분산분석에서도 주어진 회귀식은 유의하였다(F 통계량 1552.
우리 연구에서는 FP에서 ESD를 측정하지 않고 DAP로부터 ESD를 예측하는데 높은 설명력을 보임으로써 사용자가 영상에서 쉽게 DAP 를 확인하여 ESD를 추정하여 국내외 권고선량과 비교할 수 있고, 국내 DRL (ESD, 340 μGy)과 같은 DAP 값은 4.781 로 정할 수 있다.
위의 회귀식을 이용하여 국내 권고선량(340 μGy)과 같은 DAP 를 추정한 결과(DAP= 0.021 + 0.014 × 340 μGy), 국내 권고선량 DAP는 4.781 이었다.
위의 회귀식을 이용하여 국내 권고선량(340 μGy)과 같은 EI를 추정한 결과 (EI= 565.431 + 3.481 × 340 μGy), 국내 권고선량 EI 는 1748.97 이었다.
환자 선량관리를 위해 ESD를 측정하여 국내외적으로 권고하고 있지만, ESD를 측정하기 위해서는 선량계를 구입하는 등 불편함이 따르기 때문에 잘 이루어지지 않고 있다. 이와 같은 배경 하에 본 연구에서는 FP와 IP 영상의 DICOM 헤더 정보에서 쉽게 확인할 수 있는 DAP 또는 EI를 선형회귀식에 대입하여 ESD를 추정함으로써 흉부 디지털영상검사를 할 때 쉽게 환자 선량관리를 할 수 있다.

후속연구

따라서, 흉부 디지털영상검사에서 FP와 IP는 영상의 DICOM 헤더 정보에서 국내 DRL 내에서 ESD를 사용하는지 사용자가 쉽게 예측할 수 있을 것으로 사료된다. 하지만, 표준화된 방법으로 사용하기 위해서는 다양한 디텍터를 대상으로 한 추가 연구가 필요하다.
본 연구는 일부 제조회사 장치만을 대상으로 실험 및 분석하였기 때문에 본 연구결과를 모든 흉부 디지털에 일반화시키기에는 적절하지 않고, 향후 국내외적으로 다양한 디텍터에 대한 많은 연구가 이루진다면 표준화될 수 있을 것으로 기대한다.
디지털영상검사로 얻은 영상의 DICOM 헤더에는 촬영에 대한 많은 정보를 가지고 있다. 특히 본 연구 목적에 맞는 디텍터에 도달한 선량을 확인할 수 있어 환자 선량관리에 유용하게 이용할 수 있다.^{[1,4,8,10,11]}
^[2] 본 연구에서도 FP 가 IP 보다 유의하게 낮은 선량을 사용했음에도 ESD와 화질과는 높은 상관성을 보여 이전 연구와 유사한 결과를 얻었다. 하지만, 본 연구에서 FP와 IP에서 부위에 따른 상관성의 차이를 밝힐 수 없었는데 이는 향후 기술적인 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
따라서, 흉부 디지털영상검사에서 FP와 IP는 영상의 DICOM 헤더 정보에서 국내 DRL 내에서 ESD를 사용하는지 사용자가 쉽게 예측할 수 있을 것으로 사료된다. 하지만, 표준화된 방법으로 사용하기 위해서는 다양한 디텍터를 대상으로 한 추가 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ESD와 화질과 상관성을 보이지 않았는데 이는 왜 그런가?	팬텀을 이용한 전향적으로 계획된 우리 연구에서는 FP와 IP 모든 부위에서 매우 높은 양의 상관성을 보이는 결과를 얻었는데[7] 등의 국내 실태조사 결과에서는 ESD와 화질과는 상관성을 보이지 않았다. 이는 디지털의 많은 기능들은 선량 감소를 충분히 가져 올 수 있지만 임상에서는 디지털의 많은 장점을 사용하지 못하고 있는 것으로 판단된다.
	ICRP의 사용 범위와 권고 사항은?	ICRP에서는 방사선영상검사에 사용하는 환자 선량은 진단에 적합한 영상을 얻을 수 있는 범위에서 가능한 낮게 사용하여야 하고(ALARA, as low as reasonably achievable), 환자선량 관리를 위한 실용 도구로 DRL을 사용하도록 국내외적으로 권고하고 있다.
	흉부 방사선영상검사의 장점은?	임상에서 흉부 방사선영상검사는 가장 많이 이루어지고 있다. 엑스선을 이용한 흉부 방사선영상검사는 진단과 치료를 위해 유용한 진단 방법이지만 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있어 국제방사선방호위원회(ICRP, International Commission on Radiological Protection)에서는 환자 선량관리에 대한 지침을 발표하였다.[1]

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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