[논문]안와 전산화단층촬영검사 시 수정체 선량감소 방법과 영상 평가

문세영; 홍상우; 서지숙; 김영범; 곽완신; 이성영; 김정수

doi:10.17946/jrst.2020.43.5.343

안와 전산화단층촬영검사 시 수정체 선량감소 방법과 영상 평가
Lens Dose Reduction Methods and Image Quality in Orbital Computed Tomography Scan 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.43 no.5, 2020년, pp.343 - 351

문세영 (국민건강보험 일산병원 영상의학과) , 홍상우 (국민건강보험 일산병원 영상의학과) , 서지숙 (국민건강보험 일산병원 영상의학과) , 김영범 (국민건강보험 일산병원 영상의학과) , 곽완신 (국민건강보험 일산병원 영상의학과) , 이성영 (국민건강보험 일산병원 영상의학과) , 김정수 (동남보건대학교 방사선과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed dose reduction and quality of images through dose reduction tools and shielding board to protect sensitive eye lens in radiation during orbit CT examinations for clinical data use. During CT scans of the phantom, surface dose (CT scanner dosimetry phantom, ion chamber-3 times) and quality of image (radiosurgery head phantom, visual assessment-2 times, HU standard deviation) were evaluated using X-care which is dose reduction tools and bismuth shielding board. The results of experiments of eight conditions showed a relatively reduced dose in all other conditions compared to when no conditions were set. In particular, the area corresponding to the ophthalmic part reduced the surface dose by up to 45.7 %. The visual evaluation of images by specialists and the quality evaluation of images analyzed by HU standard deviation were clinically closest to the use of X-care and shielding board (1 cm in height). Therefore, it is believed that the use of shielding board in a suitable location with dose reduction tools while investigating the optimal radiation dose will reduce the exposure dose of sensitive lens at radiation while maintaining the quality of the images with high diagnostic value.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 2019년 기준 안와검사, 부비동검사, 안면부 검사 등 약 2,000여 건 이상 CT검사를 시행하고 있는 본원에서 영상의 질 저하 없이 방사선 감수성이 높은 수정체의 노출선량을 경감하기 위한 방법을 모색하기 위하여 수행되었다. 이와 관련한 선행연구가 이미 여러차례 보고되었으며[28], 실제 많은 임상기관에서 활용하고 있다.
본 연구는 선량감소 도구인 X-care와 방사선 차폐물질로서 bismuth를 통해 표면선량과 영상의 질을 평가하였다. 안와 CT검사 시 수정체의 방사선 노출은 매우 신중해야 할 필요가 있으며, 적극적인 선량 저감의 방법과 최고 수준의 차폐 기술이 함께 동반되어야 할 것으로 판단된다.
본 연구는 팬텀을 대상으로 CT (Somatom Definition Edge, Siemens, Germany) 스캔을 시행한 후 선량 측정과 영상의 질을 평가하는 것으로 진행하였다. 표면선량은 CT scanner dosimetry 팬텀과 이온챔버(IBA dosimetry, Germany)를 이용하여 측정하였으며, 영상평가는 Radiosurgery head 팬텀 (CIRS, model no.
관련 연구에 따르면 bismuth 차폐체 사용으로 수정체에서 37 mGy에서 19 mGy로 47%의 선량 감소효과를 보고하였고[10], Siemens의 선량감소 도구인 X-care 모드를 적용한 CT검사에서 전방 120° 부분의 고정된 영역의 방사선 발생을 감소시키고 240° 부분에서 보완하여 출력을 발생함으로서 표면부 선량의 방사선량을 경감하는 방법도 소개되었다[11]. 저자는 본 연구를 통해 인체에서 방사선 감수성이 높은 대표적 장기인 눈의 수정체 보호를 위해 안와 CT검사 시 선량감소 도구와 차폐체를 통한 선량감소와 영상의 질을 분석하여, 임상적으로 활용할 수 있는 데이터를 제공하고자 한다.

제안 방법

CT scanner dosimetry 팬텀의 단면을 시계방향으로 12 h, 3 h, 6 h, 9 h부위와 중심부위를 설정된 CTDI_vol (39.49 mGy)으로 스캔하고 리더기를 통해 계측하였다. 실험에 사용한 CT 스캐너는 CTDI_vol의 25 % 정도의 정상적인 출력이 발생하는 것을 확인하였으며, 이와 같은 영향을 반영하여 실험하였다[21].
2. Subdivided into a total of 8 conditions, the surface dose was measured three times, and the correlation of the dose reduction effect was analyzed through the collected values. CT scanner dosimetry phantom scan (a), Dosimetry direction of phantom hole (b).
영상의 질 평가를 위해 사용한 Radiosurgery Head 팬텀은 방사선 수술에서 치료계획 검증의 정확성을 향상시키기 위해 설계된 팬텀으로 에폭시 재료로 제조되며 내부에 뇌, 뼈, 척수, 척추디스크 및 연조직을 포함하고 있는 팬텀이다. 따라서 인체와 유사한 선흡수계수를 통해 모사할 수 있는 팬텀을 대상으로 영상의 질 평가 실험을 하였으며 어떠한 조건도 설정하지 않은 경우, X-care를 적용한 경우, bismuth 차폐체를 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm), X-care와 bismuth 차폐체를 모두 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm)의 총 8가지 조건으로 세분화하여 CT 영상평가를 위해 2회 스캔하였다[22-24]. 획득한 영상의 전반적인 진단적 가치 평가를 위해 본원 영상의학과 전문의를 대상으로 맹검법(blind test)을 통해 2회 시행하였으며 평가에 영향을 미칠 수 있는 편향적 오류를 최소화하였다.
획득한 영상의 전반적인 진단적 가치 평가를 위해 본원 영상의학과 전문의를 대상으로 맹검법(blind test)을 통해 2회 시행하였으며 평가에 영향을 미칠 수 있는 편향적 오류를 최소화하였다. 또한, 평가의 신뢰도와 정확도 확보를 위해 5가지 등급 (none : 1점, unacceptable : 2점, suboptimal : 3점, average : 4점, superior : 5점)으로 세분화하여 5점 척도로 수치화하였다. 또한, 객관적 평가를 위해 양측 안와 중간에 관심영역 (10 mm)을 설정하여 HU (hounsfield unit)의 표준편차를 측정하였다.
실험에 사용한 CT 스캐너는 CTDI_vol의 25 % 정도의 정상적인 출력이 발생하는 것을 확인하였으며, 이와 같은 영향을 반영하여 실험하였다[21]. 선량이 변하는지 정확한 측정을 위해 어떠한 조건도 설정하지 않은 경우, X-care를 적용한 경우, bismuth 차폐체만 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm), X-care와 bismuth 차폐체를 모두 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm)의 총 8가지 조건으로 세분화하여 표면선량을 측정하였다. 또한, 실험 결과의 정확성과 재현성 확보를 위해 동일한 조건으로 표면선량을 3회 측정하였으며 획득한 결과를 평균과 표준편차를 구하고 통계적으로 검증하여 선량감소 효과의 상관관계를 분석하였다(Fig.
실험은 팬텀을 대상으로 CT 스캔을 시행한 후 선량 측정과 영상의 질을 평가하였다. 임상에서는 환자의 Topography에 맞추어 care kV, care dose 4D를 적용하여 CT 스캔을 시행하는데, 표면선량 측정의 경우 실험 결과에 영향을 미칠 수 있는 환경을 배재하여 오직 선량감소 도구와 차폐체의 효과를 판단하기 위해 care kV, care dose 4D와 같은 선량 자동조절 기능은 적용하지 않았다.
임상에서는 환자의 Topography에 맞추어 care kV, care dose 4D를 적용하여 CT 스캔을 시행하는데, 표면선량 측정의 경우 실험 결과에 영향을 미칠 수 있는 환경을 배재하여 오직 선량감소 도구와 차폐체의 효과를 판단하기 위해 care kV, care dose 4D와 같은 선량 자동조절 기능은 적용하지 않았다. 영상의 질 평가를 위해서는 실제 임상에서 사용하는 방법에 최대한 근접한 조건으로 비교하기 위해 care kV, care dose 4D를 본원 조건으로 설정하였다(Table 1)[19, 20].
또한, 객관적 평가를 위해 양측 안와 중간에 관심영역 (10 mm)을 설정하여 HU (hounsfield unit)의 표준편차를 측정하였다. 이때 본원에서 시행하고 있는 CT 프로토콜인 X-care와 bismuth 차폐체를 이용하지 않은 경우의 결과를 기준으로 7가지 조건의 결과를 수치적으로 비교 분석하였다(Fig. 3).
따라서 산란선 및 노이즈의 증가로 인한 진단적 가치의 손실을 최소화하면서 영상의 질을 개선할 수 있다면 매우 유의미하게 임상적으로 사용 가능할 것으로 판단된다[34]. 한편, 본 연구는 실험 결과에 영향을 미칠 수 있는 환경을 배재하여 오직 선량감소 도구와 차폐체의 효과를 판단하기 위해 care kV, care dose 4D와 같은 선량 자동조절 기능은 적용하지 않았으며, 영상의 질 평가는 실제 임상에서 사용하는 방법에 최대한 근접한 조건으로 비교하기 위해 care kV, care dose 4D를 본원 조건으로 설정하여 실험하였다. 또한, 저자는 본 연구를 진행하는 과정에서 Temporal CT를 추가하여 연구의 상관관계를 분석하려하였으나 Temporal CT검사에 일반적으로 사용하는 고분해능(ultra high resolution; UHR) 모드는 X-care 병합하여 사용이 불가능 한 것으로 파악되어 한계점으로 남는다[35].
따라서 인체와 유사한 선흡수계수를 통해 모사할 수 있는 팬텀을 대상으로 영상의 질 평가 실험을 하였으며 어떠한 조건도 설정하지 않은 경우, X-care를 적용한 경우, bismuth 차폐체를 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm), X-care와 bismuth 차폐체를 모두 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm)의 총 8가지 조건으로 세분화하여 CT 영상평가를 위해 2회 스캔하였다[22-24]. 획득한 영상의 전반적인 진단적 가치 평가를 위해 본원 영상의학과 전문의를 대상으로 맹검법(blind test)을 통해 2회 시행하였으며 평가에 영향을 미칠 수 있는 편향적 오류를 최소화하였다. 또한, 평가의 신뢰도와 정확도 확보를 위해 5가지 등급 (none : 1점, unacceptable : 2점, suboptimal : 3점, average : 4점, superior : 5점)으로 세분화하여 5점 척도로 수치화하였다.

대상 데이터

또한, 차폐체로는 bismuth (0.06 mmPb equivalent, F&L medical products, USA)를 이용하였다(Fig. 1)[15-18].
49 mGy)으로 스캔하고 리더기를 통해 계측하였다. 실험에 사용한 CT 스캐너는 CTDI_vol의 25 % 정도의 정상적인 출력이 발생하는 것을 확인하였으며, 이와 같은 영향을 반영하여 실험하였다[21]. 선량이 변하는지 정확한 측정을 위해 어떠한 조건도 설정하지 않은 경우, X-care를 적용한 경우, bismuth 차폐체만 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm), X-care와 bismuth 차폐체를 모두 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm)의 총 8가지 조건으로 세분화하여 표면선량을 측정하였다.
본 연구는 팬텀을 대상으로 CT (Somatom Definition Edge, Siemens, Germany) 스캔을 시행한 후 선량 측정과 영상의 질을 평가하는 것으로 진행하였다. 표면선량은 CT scanner dosimetry 팬텀과 이온챔버(IBA dosimetry, Germany)를 이용하여 측정하였으며, 영상평가는 Radiosurgery head 팬텀 (CIRS, model no. 605, USA)을 대상으로 CT 영상을 획득하여 평가하였다[12-14]. 선량감소 도구로는 X-care (Siemens, Germany)를 사용하였는데, 이것은 유방과 갑상선 또는 눈의 수정체 등 방사선량에 가장 민감한 신체 부위에 대한 광자의 양을 감소시키기 위해 X선관의 전류를 저하시켜 X선 노출로부터 보호할 수 있으며, 영상의 질 저하를 방지하기 위해 잔류 X선관 전류를 자동으로 조정할 수 있다.

데이터처리

또한, 평가의 신뢰도와 정확도 확보를 위해 5가지 등급 (none : 1점, unacceptable : 2점, suboptimal : 3점, average : 4점, superior : 5점)으로 세분화하여 5점 척도로 수치화하였다. 또한, 객관적 평가를 위해 양측 안와 중간에 관심영역 (10 mm)을 설정하여 HU (hounsfield unit)의 표준편차를 측정하였다. 이때 본원에서 시행하고 있는 CT 프로토콜인 X-care와 bismuth 차폐체를 이용하지 않은 경우의 결과를 기준으로 7가지 조건의 결과를 수치적으로 비교 분석하였다(Fig.
선량이 변하는지 정확한 측정을 위해 어떠한 조건도 설정하지 않은 경우, X-care를 적용한 경우, bismuth 차폐체만 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm), X-care와 bismuth 차폐체를 모두 이용한 경우 (팬텀표면으로부터 차폐체의 높이; 0 cm, 1 cm, 2 cm)의 총 8가지 조건으로 세분화하여 표면선량을 측정하였다. 또한, 실험 결과의 정확성과 재현성 확보를 위해 동일한 조건으로 표면선량을 3회 측정하였으며 획득한 결과를 평균과 표준편차를 구하고 통계적으로 검증하여 선량감소 효과의 상관관계를 분석하였다(Fig. 2).
측정된 결과에 대한 유의성 분석을 위해 분산 분석(analysis of variance; ANOVA)을 적용하였으며, 통계프로그램(SPSS, ver. 22, IBM)을 이용하여 분석한 후 유의수준 95 %를 기준으로 p값이 0.05 미만일 때 유의한 것으로 판단하였다.

성능/효과

CT scanner dosimetry 팬텀의 12 h, 3 h, 6 h, 9 h 시계방향과 중심부위 실험 결과의 각 평균은 어떠한 조건을 설정하지 않은 경우 10.23±09 mGy에서 10.72±24 mGy까지, X-care를 적용한 경우 6.93±03 mGy에서 11.00±33 mGy까지, bisthmus (0 cm)의 경우 9.31±26 mGy에서 10.58±16 mGy까지, bisthmus (1 cm)의 경우 9.44±27 mGy에서 10.69±09mGy까지, bisthmus (2 cm)의 경우 9.56± 25 mGy에서 10.58±20mGy까지, X-care와 bisthmus (0 cm)를 함께 이용한 경우 5.82±17 mGy에서 10.75±07 mGy까지, X-care와 bisthmus (1 cm)를 함께 이용한 경우 6.14±19 mGy에서 11.24±17 mGy까지, X-care와 bisthmus (2 cm)를 함께 이용한 경우 6.40±05mGy에서 10 .99±20 mGy까지 측정되었다.
전문의를 통한 육안적 평가 결과 대부분의 영상은 진단적 가치를 포함하여 수용가능한 수준으로 나타났다. 다만 CT 스캔 조건의 조합에 따라 16회의 영상 중 3회는 영상의 질이 임상적으로 판독은 가능하지만 가급적이면 수용하지 않는 수준으로 나타났다(Fig. 4).
bismuth 차폐체를 구성하는 원자들과 광자의 상호작용에 의한 산란선의 증가로 인한 잡음의 증가가 영상의 질을 저하시켜 임상 판독에 일정부분 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다[25-27]. 또한, HU SD를 이용한 객관적 평가의 경우 본원에서 임상적으로 이용하고 있는 CT 프로토콜과 비교했을 때 상대적으로 X-care와 bisthmus (1 cm)를 함께 이용한 경우가 가장 근접하게 분석되었다(Table 3, 4).
실험을 통해 획득한 영상은 bismuth 차폐체를 구성하는 원자들과 광자의 상호작용에 의한 산란선의 증가로 인한 잡음의 증가가 영상의 질을 저하시켜 임상 판독에 일정부분 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다.
99±20 mGy까지 측정되었다. 특히 CT scanner dosimetry 팬텀의 여러 부위 중 인체의 안와 부위에 해당하는 12 h 방향의 표면선량은 어떠한 조건을 설정하지 않은 경우를 기준으로 상대적으로 비교한 결과 X-care를 적용한 경우 35.35 %, bisthmus (0 cm)의 경우 13.15 %, bisthmus (1 cm)의 경우 11.94%, bisthmus (2cm)의 경우 10.82%, X-care와 bisthmus (0cm)를 함께 이용한 경우 45.70%, X-care와 bisthmus (1cm)를 함께 이용한 경우 42.72 %, X-care와 bisthmus (2 cm)를 함께 이용한 경우 40.29 % 감소하였다(Table 2).
한편 전문의에 의한 영상의 질 평가 결과 bisthmus (0 cm)의 경우 2회 모두 3점, X-care와 bisthmus (0 cm)를 함께 이용한 경우 1회 3점을 제외하고 모든 경우 4점 이상으로 나타났다. 특히 X-care를 단독 적용한 경우 1회 5점으로 나타났다.

후속연구

안와 CT검사 시 수정체의 방사선 노출은 매우 신중해야 할 필요가 있으며, 적극적인 선량 저감의 방법과 최고 수준의 차폐 기술이 함께 동반되어야 할 것으로 판단된다. 따라서 최적의 방사선량을 조사하면서 선량감소 도구와 함께 차폐체를 적합한 위치에서 사용하면 진단적 가치가 높은 영상의 질을 유지하면서 방사선에 민감한 수정체의 노출선량을 감소시킬 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전산화단층촬영의 장점은?	1980년대 후반에 나선형 스캔 기술이 적용되고, 1990년대 후반에 다중 검출 기술이 개발된 이후 CT의 임상 적용 수와 영향은 지속적으로 증가하고 있다[1]. CT는 비교적 신속한 스캔 속도와 높은 공간 분해능을 통해 비침습적으로 인체의 내부 장기를 비롯하여 뼈, 연부조직 등을 관찰할 수 있으며[2], 조영제를 사용할 경우 혈관의 정보를 상세하게 획득할 수 있으므로 오늘날 대표적인 영상기법으로 임상에서의 활용도가 매우 높다[3]. 또한, CT 스캔으로 생성된 단층 영상은 다양한 재구성 과정을 통해 여러 평면을 시각화하여 병변을 입체적으로 모사할 수 있으므로, 인체 내부의 질환을 정확하게 진단할 수 있다[4]. 특히 종양의 경우 존재를 확인하고 크기와 위치를 결정하는데 정확한 의료정보를 제공할 수 있으므로 암의 병기 결정, 치료 계획 및 추수 관찰 등 다양한 측면에서 중요한 역할을 하고 있다[5-7]. 이와 같은 CT는 고선량의 전리방사선을 이용하여 일반 방사선검사나 초음파검사에 비해 정확한 진단이 가능하므로 현대 의학에서는 반드시 필요한 진단 도구임에는 분명하지만, 방사선 노출량이 다른 방사선 진단 검사에 비해 상대적으로 많으므로 암 발생에 영향을 미치는 확률은 증가하여 악성 종양의 잠재적 위험이 존재하게 된다[8].
	표면선량은 무엇을 이용하여 측정가능한가?	본 연구는 팬텀을 대상으로 CT (Somatom Definition Edge, Siemens, Germany) 스캔을 시행한 후 선량 측정과 영상의 질을 평가하는 것으로 진행하였다. 표면선량은 CT scanner dosimetry 팬텀과 이온챔버(IBA dosimetry, Germany)를 이용하여 측정하였으며, 영상평가는 Radiosurgery head 팬텀 (CIRS, model no. 605, USA)을 대상으로 CT 영상을 획득하여 평가하였다[12-14].
	CT의 단점은?	특히 종양의 경우 존재를 확인하고 크기와 위치를 결정하는데 정확한 의료정보를 제공할 수 있으므로 암의 병기 결정, 치료 계획 및 추수 관찰 등 다양한 측면에서 중요한 역할을 하고 있다[5-7]. 이와 같은 CT는 고선량의 전리방사선을 이용하여 일반 방사선검사나 초음파검사에 비해 정확한 진단이 가능하므로 현대 의학에서는 반드시 필요한 진단 도구임에는 분명하지만, 방사선 노출량이 다른 방사선 진단 검사에 비해 상대적으로 많으므로 암 발생에 영향을 미치는 확률은 증가하여 악성 종양의 잠재적 위험이 존재하게 된다[8]. 이와 같은 추정에 대해 논란이 있지만, CT의 정확한 진단적 가치를 유지하면서 인체에 대한 방사선 노출을 최소화하는 것이 필요하다[9].

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Kwak YG, Kim JI, Jeong SP. Research on dose reduction during computed tomography scanning by CARE kV system and bismuth. The Journal of the Korea Contents Association. 2014;14(8):233-42.

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Yun JH, Lee KW, Cho YK, Choi JW, Lee JI. Effective dose determination from CT head and neck region. Journal of Radiological Science and Technology. 2011;34(2):105-16.

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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