[논문]근골격계 초음파검사에 사용되는 표재성 검사용 젤 패드 물질의 유용성 평가

한미란; 곽종길; 송종남; 장성주; 한재복

doi:10.7742/jksr.2021.15.6.899

초록
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손가락과 발가락 같은 작은 관절은 초음파 이미징 방식을 사용하여 평가하기에 작고 복잡한 구조물이지만, 최근 초음파 진단장치의 발전과 고주파 탐촉자의 개발로 정상적인 해부학과 다양한 병리 상태를 평가하는 데 근골격계 초음파검사가 유용한 도구로 사용되고 있다. 그러나 의료기관에 보편적으로 보급되어있는 접촉면 6 cm 길이의 선형 탐촉자(Linear Probe : 12-5 MHz)는 기존의 수용성 액체 초음파 젤 사용만으로는 인체의 굴곡진 부위에서 밀착이 되지 않아 영상 소실이 발생하는 검사의 한계가 지적되었고, 이러한 단점을 해결하기 위해 젤 패드의 사용이 증가 되고 있다. 현재 상용화된 워터젤 패드(Watergel Pad)는 사용 편리성이 뛰어나지만, 1회용 소모성 의료용품으로 재 반복 사용이 금지되고 비싼 단점이 있다. 본 연구에서 상용화된 워터젤 패드 사용으로 인한 경제적 부담을 해결하기 위해 저 비용의 수용성 식품 증점제 분말을 탐색하여 원형의 상태를 잘 갖춘 수분을 많이 함유한 탄력성 있는 젤 패드를 제작하였다. 초음파 정도관리용 팬텀 (N-365 Multipurpose Phantom) 영상 평가 결과 카파-카라기난 젤 패드, 아이오타-카라기난 젤 패드, 한천 젤 패드에서 허상 없이 모두 적합 기준안을 만족하였고 식품 증점제 분말을 구입하는 가격은 기존의 상용화된 워터젤 패드에 비해 약 38배 저렴하였다. 이러한 결과로 상용화된 고가의 1회용 워터젤 패드 대신 카파-카라기난, 아이오타-카라기난, 한천 분말을 이용하여 커버 없이 고형화된 탄력성 있는 젤 패드를 만들어 사용한다면 활용성, 편리성, 응용성 등이 우수한 초음파 전달매질의 대체물질로 가능성을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In Musculoskeletal ultrasound examination, a linear transducer (12-5 MHz) with a contact surface length of 6 cm, which is commonly distributed in medical institutions, does not contact with bent fingers and wrist depressions only by using a conventional liquid ultrasound gel, which causes image loss...

In Musculoskeletal ultrasound examination, a linear transducer (12-5 MHz) with a contact surface length of 6 cm, which is commonly distributed in medical institutions, does not contact with bent fingers and wrist depressions only by using a conventional liquid ultrasound gel, which causes image loss. In order to solve this image loss, the use of commercially available Water gel pad is increasing. However, it is a disposable medical product. Repeated use is prohibited and expensive. In this study, in order to reduce the economic burden caused by the use of the commercialized Water gel Pad, we searched for water-soluble food thickener powder that can be easily purchased around our lives and manufactured Gel pads. Among them, kappa-Carrageenan Gel Pad, iota-Carrageenan Gel Pad, and Agar-Agar Gel Pad satisfied the evaluation criteria without artifacts in image evaluation using the N-365 Multipurpose Phantom. Also, the price to purchase the food thickener powder was about 38 times cheaper than the existing commercialized Water gel pad. As a result, if you use the food thickener powder such as kappa-Carrageenan, iota-Carrageenan and Agar-Agar to make solidified elastic Gel pad without a cover instead of the commercially available expensive disposable Water gel pad, the convenience and usefulness of use are improved. It is judged that the manufactured Gel pads can contribute well to the role of efficient ultrasound propagation medium.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Schematic Diagram of how Gel Pads Are Made.
그림 Fig. 2. Manufactured Water Gel Pads. (a) Kappa-Carrageenan Gel pad (b) Iota-Carrageenan Gel pad (c) Agar-Agar Gel pad (d) Aquagel Gel Pad (e) Glucomannan Gel Pad, (f) Guar Gum Gel Pad
그림 Fig. 3. Dead Zone Calibration Image in N-365 Multipurpose Phantom.
그림 Fig. 4. Vertical Measurement Calibration Image in N-365 Multipurpose Phantom.
그림 Fig. 5. Horizontal Measurement Calibration Image in N-365 Multipurpose Phantom.
그림 Fig. 6. Axial·Lateral Resolution Image in N-365 Multipurpose Phantom.
그림 Fig. 7 Sensitivity Measurement Calibration Image in N-365 Multipurpose Phantom.
그림 Fig. 8. Functional Resolution Calibration Image of N-365 Multipurpose Phantom.
그림 Fig. 9. Gray Scale and Displayed Dynamic Range Calibration Image of N-365 Multipurpose Phantom.
그림 Fig. 10. Dead Zone Calibration Image of N-365 Multipurpose Phantom Images by Gel Pads Type.
표 Table 1. Phantom Measurement results of Dead Zone of Candidate Materials
표 Table 2. Phantom Measurement Results of Vertical and Lateral Measurement of Candidate Materials
표 Table 3. Phantom Measurement results of Axial and Lateral Resolution of Candidate Materials
표 Table 4. Phantom Measurement Results of Sensitivity of Candidate Materials
표 Table 6. Phantom Measurement Results of Gray Scale of Candidate Materials
표 Table 5. Phantom Measurement Results of Functional Resolution of Candidate Materials

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 인체의 굴곡진 부위 등에 적용할 수 있는 상용화된 고가의 1회용 워터젤 패드를 대신하고 직접 손쉽게 제작할 수 있는 카파-카라기난 젤 패드, 아이오타-카라기난 젤 패드, 한천 젤 패드를 제안함으로써 사용 편리성, 활용성, 경제성 면에서 많은 장점이 인정되는 바이다. 팬텀영상평가 결과에서도 모두 적합기준 및 허용범위 이하에 포함되어 적합으로 판정되었으므로 임상에서 실제 사용하기에 무리가 없을 것으로 사료된다.
이에 본 연구는 기존 젤 패드를 대체할 만한 근골격계 표재성 검사용 젤 패드를 제작하기 위하여 임피던스를 최소화하고 투과력을 증대시키며 감도를 높이는 수용성 식품 증점제 분말을 선정하여 본연구에서 제작된 젤 패드의 유용성을 평가하고자 하였다.

제안 방법

넷째, 축·측방향 분해능은 Fig. 6과 같이 측정 점들의 간격 4.0 mm, 3.0 mm, 2.0 mm, 1.0 mm, 0.5 mm 인 6개의 선형표적과 5개의 공간이 구별 되는지 식별이 가능한 선형표적 개수를 육안적으로 평가하였다.
여섯째, 기능적 분해능은 영상에서 낭성구조물을얼마나 잘 나타내주는가를 평가하기 위한 것으로 Fig. 8과 같이 깊이에 따라 놓인 낭성구조물 중 가장 위쪽의 Anechoic Target 그룹인 원형의 직경 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm 의 모양, 크기 등이 명확하게 잘 보이는지 확인하였다. 이때 낭성구조물의모양은 4 등분하여 모든 등분에서 잘 보이면 4 점, 모든 등분이 안보이면 0점으로 형태 평가 단계를 5 단계 척도(4, 3, 2, 1, 0 점)로 구분하여 평가하였고, 낭성구조물의 내부직경은 가장 잘 보이는 테두리를 측정하고 그 값을 비일곱째, 회색조는 원형 구조물들이 수신에코의 진폭에 따라 즉, 가장 낮은 Gray Scale Level인 –T3에서 가장 높은 에코 신호인 T3까지 Echo Signal을 조절하여 밝기로 나타낸 것으로, 6개의 다른 에코의 실린더형 구조물 중 180 도 이상에서 원형이면서 뚜렷하게 구분되는 실린더형 구조물의 개수를 측정하여 적어도 4개 이상보여야 합격이다.
근골격계 초음파검사 시 기존 액체형 초음파 젤 사용만으로는 선형 탐촉자가 인체의 굴곡진 부위에 밀착이 되지 않아 영상 소실이 발생하는 검사의 한계가 지적되었고, 이러한 단점을 해결하기 위해 젤 패드의 사용이 증가하고 있다. 본 연구에서 상용화된 워터젤 패드(Watergel Pad) 사용으로 인한 경제적 부담을 줄이기 위해 저 비용의 수용성 식품 증점제 분말을 탐색하여 고형화 된 원형의 상태를 잘 갖춘 탄력성 있는 젤 패드를 제작하였다. 초음파 정도관리용 팬텀 (N-365 Multi purpose Phantom) 영상평가 결과에서 카파-카라기난 젤 패드, 아이오타-카라기난 젤 패드, 한천 젤 패드는 허상(Artifact) 없이 적합 기준안을 모두 만족하였고 가격은 약 38배 저렴하였다.
임상경력 10년 이상의 방사선사 3명이 초음파 정도 관리용 팬텀(N-365 Multipurpose Phantom) 위에 상용화된 워터젤 패드와 제작된 고정형 젤 패드를 종류별로 올려놓고 불응영역, 수직거리 측정, 수평거리 측정, 축·측방향 분해능, 민감도, 기능적 분해능, 회색조와 동적범위의 측정값을 구하였으며 영상 품질 평가방법과 기준은 아래와 같다.
카파-카라기난과 아이오타-카라기난의 젤 패드는 투명성과 성상이 워낙 비슷하여 실험 시 오류를 방지하기 위하여 아이오타-카라기난에 0.2 g의 갈색 설탕을 소량 첨가하였다.

대상 데이터

Fig. 2와 같이 (a) 카파-카라기난 젤 패드, (b) 아이오타-카라기난 젤 패드, (c) 한천 젤 패드, (d) 아쿠아겔 젤 패드, (e) 곤약 젤 패드, (f) 구아검 젤 패드를 원형 90 mm x 90 mm x 7 mm의 크기로 제작하였다. 상온에서 냉각 후 원형의 petri dish에서 젤 패드를 분리시켰을 때 (a) 카파-카라기난, (b) 아이오타-카라기난, (c) 한천, (d) 아쿠아겔, (e) 곤약으로 만든 젤 패드는 고형화된 원형의 상태를 갖추었지만, (f) 구아검은 시간이 지나도 고형화 상태를 갖추지 못하고 소스처럼 점도만 상승한 채 액상으로 흘러내려 고정형 젤 패드로서의 역할을 하지 못해서 팬텀 영상 평가를 할 수 없었다.
본 병원에 입고되는 1회용 워터젤 패드(Watergel Pad , Bluemtech, Korea)의 1개당 가격은 11, 000원이고, 카파 카라기난(Kappa-Carrageenan, ES 식품 원료, Phillippines) 분말은 100g당 7, 700원, 아이오타 카라기난(Iota-carrageenan, 세림식품원료, Philli ppines) 분말은 100g당 7, 700원, 한천(aga-aga, 세림식품원료, Korea)분말은 100g당 8800원, 첨가제 염화 칼륨 (Potassium chloride, 세림식품원료, Korea) 분말은 30g당 4, 400원에 구입하였다. 카파-카라기난 젤 패드 1개의 제작을 위해 실험을 통해 들어간 카파-카라기난 분말량은 3g이므로 가격은 231원 정도이고 겔화를 위한 첨가한 염화칼륨 0.

데이터처리

또한 종류별 젤 패드의 팬텀 평가결과치는 크론바흐 알파(cronbach’s α)를 이용하여 3명의 평가자간 신뢰도를 분석하였고, α가 0.7 이상이면 신뢰도가 높다고 정의하였다
초음파 정도관리용 팬텀(N-365 Multipurpose Phantom)을 이용하여 획득한 측정값은 SPSS (Statistics Package for the Social Science, Version 24.0, IBM corp, Chicago, IL, USA) 프로그램을 이용하여 기준과 오차범위내의 적합도를 기술 통계량으로 확인하였다. 또한 종류별 젤 패드의 팬텀 평가결과치는 크론바흐 알파(cronbach’s α)를 이용하여 3명의 평가자간 신뢰도를 분석하였고, α가 0.

성능/효과

근골격계 초음파검사 시 기존 액체형 초음파 젤 사용만으로는 선형 탐촉자가 인체의 굴곡진 부위에 밀착이 되지 않아 영상 소실이 발생하는 검사의 한계가 지적되었고, 이러한 단점을 해결하기 위해 젤 패드의 사용이 증가하고 있다. 본 연구에서 상용화된 워터젤 패드(Watergel Pad) 사용으로 인한 경제적 부담을 줄이기 위해 저 비용의 수용성 식품 증점제 분말을 탐색하여 고형화 된 원형의 상태를 잘 갖춘 탄력성 있는 젤 패드를 제작하였다.
수직거리 측정은 Table 2와 같이 빔 축에 놓인 점과 점 사이 수직거리를 측정한 결과 구아검 젤 패드를 제외한 모든 젤 패드에서 적합기준 10.0 ± 1.0 mm 이하에 포함되어 적합으로 판정하였고, 그중 ‘곤약 젤 패드’는 다른 매질에 비해 가장 명확하게 측정되었다.
수평거리 측정은 Table 2와 같이 빔 축과 수직으로 놓인 점과 점 사이를 측정한 결과 구아검 젤 패드를 제외한 모든 젤 패드에서 적합기준 10.0 ± 1.0 mm 이하에 포함되어 적합으로 판정하였고, 그중 ‘카파-카라기난 젤 패드’는 다른 매질에 비해 가장 명확하게 측정되었다.
본 연구에서 상용화된 워터젤 패드(Watergel Pad) 사용으로 인한 경제적 부담을 줄이기 위해 저 비용의 수용성 식품 증점제 분말을 탐색하여 고형화 된 원형의 상태를 잘 갖춘 탄력성 있는 젤 패드를 제작하였다. 초음파 정도관리용 팬텀 (N-365 Multi purpose Phantom) 영상평가 결과에서 카파-카라기난 젤 패드, 아이오타-카라기난 젤 패드, 한천 젤 패드는 허상(Artifact) 없이 적합 기준안을 모두 만족하였고 가격은 약 38배 저렴하였다.
4g의 가격은 58원이다. 합해서 289원으로 기존의 1회용 워터젤 패드 가격과 비교했을 때 약 38배의 차이를 보였다.

후속연구

본 연구에서 제한점은 카파-카라기난 젤 패드, 아이오타-카라기난 젤 패드, 한천 젤 패드가 상용화된 워터 젤 패드(Watergel Pad)를 대신하는 젤 패드로 자리 잡기 위해서는 탐촉자를 이용해 일정한 힘으로 압착 하였을 때 젤 패드의 내구성을 측정할 수 있는 압착 강도 시험을 진행하여 젤 패드의 내구성(Durability) 또는 단단함(Hardness) 정도에 대한 평가가 추가적으로 필요할 것으로 사료된다.
이러한 결과로 상용화된 고가의 1회용 워터젤 패드 대신으로 식품 증점제 분말인 카파-카라기난 (Kappa–Carrageenan), 아이오타-카라기난(Iota-Carra geenan), 한천(Agar-Agar) 가루를 이용하여 커버 없이 부드러운 고체 형태로 수분을 많이 함유한 젤 패드를 만들어 사용한다면 편리성, 활용성, 응용성 등이 우수한 초음파 전달매질의 대체물질로 가능성을 제안한다.

참고문헌 (15)

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http://www.esfood.kr/
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S. A. Lee, B. H. Kim, S. J. Kim, J. N. Kim, S. Y. Park, K. H. Choi, "Current status of ultrasonography of the finger", Journal of Ultrasonography, Vol. 35, No. 2, pp. 110-133, 2016. http://dx.doi.org/10.14366/usg.15051

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Bai Haotian, "Up to how small of a glomus tumor of the finger can the high-resolution ultrasonography with a water-bath immersion technique demonstrate", Hallym University Graduate School Master's Thesis, 2017.
S. H. Kim, S. Y. Ju, S. G. Kim, H. S. Kim, S. C. Ma, "Development and Usability Evaluation of Solid Type Ultrasound Transmission Medium", Journal of Radiation Industry, Vol. 11, No. 4, 2017. http://dx.doi.org/10.23042/radin.2017.11.4.203
J. G. Gwak, G. R. Dong, C. G. Gong, "A study on the propagation medium of the gel pad that can remove the echo defect during carotid ultrasound", Journal of Radiation Industry, Vol. 15, No. 1, pp. 23-30, 2021. http://dx.doi.org/10.23042/radin.2021.15.1.23
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