[논문]흉부 X-ray 검사 시 선량 비교를 활용한 유효 Detector Exposure Index 기반의 적절한 관전압 범위 제안

심지나; 이영진

doi:10.7742/jksr.2021.15.2.139

흉부 X-ray 검사 시 선량 비교를 활용한 유효 Detector Exposure Index 기반의 적절한 관전압 범위 제안
Investigation of Tube Voltage Range using Dose Comparison based on Effective Detector Exposure Index in Chest Radiography 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.15 no.2, 2021년, pp.139 - 145

심지나 (세브란스 병원 영상의학과) , 이영진 (가천대학교 보건과학대학 방사선학과)

초록
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본 연구는 흉부 X-ray 검사 시 디지털 영상의 적절한 유효 Detector exposure index (DEI) 범위 내의 영상의 Dose area product (DAP)값과 유효선량을 비교함으로써 적절한 관전압의 범위를 확인하고자 하였다. GE Definium 8000을 사용하여 흉부팬텀을 이용한 Chest PA 검사를 재현하였다. kVp range는 60~130 kVp, mAs range는 2.5 ~ 40 mAs로 설정하였다. 획득한 영상을 유효한 DEI 범위의 영상으로 분류하고 측정한 DAP을 이용하여 PC-Based Monte Carlo Program을 통해 유효선량을 계산하였다. 영상의 정량적 평가를 하기 위해 Picture archiving and communication system을 이용하여 흉추, 갈비뼈가 포함된 폐야부위, 갈비뼈가 포함되지 않은 폐야부위, 간 등 총 네 부분의 Signal to noise ratio (SNR)를 측정하였다. 관전압 별 그룹의 유의성은 Kruskal-wallis test와 사후검정으로 Mann-whitney test를 시행하여 검증하였으며 검증에 사용된 신뢰구간은 95%이다. 총 13개의 관전압 중 적정한 유효 DEI 범위안에 포함된 네개의 관전압 (60~90 kVp)을 각각 비교하였을 때, DAP는 60 kVp를 기준으로 80 kVp, 90 kVp를 비교한 결과에서만 유의한 차이를 보였다 (p= 0.034, 0.021). 유효선량은 모든 관전압 그룹에서 유의한 차이를 보이지 않았다 (p>0.05). SNR은 간 부위에서 80 kVp와 90 kVp를 제외한 모든 그룹에서 유의한 차이를 보였다 (p<0.05). 그러므로 디지털 환경에서 적정한 흉부 X-ray 영상의 농도를 나타내기 위해 100 kVp 이상의 고관전압은 환자 선량 및 영상 측면에서 재고할 필요성이 있다고 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is to confirm the range of tube voltage for Chest X-ray in DR system by comparing with dose area product (DAP) and effective dose in efficient detector exposure index (DEI) range. GE definium 8000 was used to for the phantom study. The range of tube voltage is 60~130 kVp and of mAs is 2.5~40 mAs. The acquired images were classified into efficient DEI groups, then calculated effective dose with DAP by using a PC-Based Monte Carlo Program 2.0. The signal to noise ratio (SNR) was measured at 4 regions, including the thoracic spine, the lung area with the ribs, the lung area without the ribs, and the liver by using Picture Archiving and Communication System. The significance of the group for each tube voltage was verified by performing the kruskal-wallis test and the mann-whitney test as a post-test. When set to 4 groups dependned on the tube voltage, DAP showed significant differences; 60 kVp and 80 kVp, and 60 kVp and 90 kVp (p= 0.034, 0.021). Effective dose exhibited no statistically significant differences from the all of the group (p>0.05). SNR exhibited statistically significant differences from the all of the group in the liver except compared to 80 kVp and 90 kVp (p<0.05). Therefore, high tube voltages of 100 kVp or more need to be reconsidered in terms of patient dose and imaging in order to represent an appropriate chest X-ray image in a digital system.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. The graph of average value of DAP depended on tube voltage.
그림 Fig. 2. The graph of average value of effective dose depended on tube voltage.
그림 Fig. 3. The graph of average value of SNR at the 4 ROIs, including spine, lung with ribs, lung without ribs and liver depended on tube voltage.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 흉부 X-ray 검사 시 방사선사가 디지털 환경에서 선량의 과도함과 부족함을 직관적으로 알 수 있게 설정해놓은 EI를 고려함과 동시에 유효선량을 계산하여 적정한 관전압 범위를 찾아보고자 한다.

제안 방법

팬텀의 자세는 후전방향으로 검사하였으며 Source to image distance는 180 cm를 사용하였고 부가 필터로는 알루미늄 2 mm를 사용하였다. 사용된 관전압은 60 kVp, 70 kVp, 80 kVp, 90 kVp, 100 kVp, 110 kVp, 120 kVp, 130 kVp 총 8개로 설정하였다. 관전압에 따른 적정 관전류의 범위를 알아보기 위해 현재 사용하고 있는 Auto exposure control을 적용하여 검사하였을 때, 60 kVp에서는 40 mAs, 130 kVp에서는 2.
선량에 따라 획득한 영상의 정량적 평가를 하기 위해 PACS를 이용하여 흉추, 갈비뼈가 포함된 폐야부위, 갈비뼈가 포함되지 않은 폐야부위, 간 등 총 네 부분의 SNR를 측정하였다. 원형의 Region of interest (ROI)를 주변 다른 조직이 포함되지 않도록 설정하였으며, 3회 측정하여 평균값을 구하였다.
6 이상은 최적화된 흉부영상을 위한 X-ray 양보다 더 많은 양이 사용되었음을 의미한다. 이를 통해 DEI를 기준으로 적정영상 범위인 DEI 0.2 이상 0.6 이하의 영상들을 분류하고 실측 값 DAP를 이용하여 PC-based Monte Carlo (PCXMC, STUK, Helsinki, Finland) 시뮬레이션을 통해 유효선량을 얻었다.
팬텀의 흉추, 갈비뼈가 포함된 폐야부위, 갈비뼈가 포함되지 않은 폐야부위, 간 등 총 네 부분의 SNR을 측정하였다.

대상 데이터

흉부 X-ray를 재현하기 위하여 흉부 팬텀을 사용 하였다. 사용된 장비로는 GE사의 Definium 8000 (GE medical system, milwaukee)이고 획득한 영상의 기술적인 정보를 얻은 Software는 GE PACS system (GE Centricity Radiology RA 1000, GE Medical Systems, Milwaukee, WI)을 사용하였다. 팬텀의 자세는 후전방향으로 검사하였으며 Source to image distance는 180 cm를 사용하였고 부가 필터로는 알루미늄 2 mm를 사용하였다.
7 mm를 사용하였고 측정된 DAP를 기입하였다. 시뮬레이션에 사용되는 광자의 수는 10,000개 이상을 권고하기 때문에, 충분한 광자의 수를 사용하기 위해 20,000개를 적용하였다.
실험 조건에 따른 유효선량을 계산하기 위해 성인 남자 Phantom (175 cm, 73.5 kg)을 사용하였으며, Tube anode angle은 12.5°, 사용된 필터로는 알루미늄 2.7 mm를 사용하였고 측정된 DAP를 기입하였다
각 조건별 선량을 파악하기 위해 장비에서 제공하는 Dose area product (DAP) 값을 사용하였다. 실험에서 설계된 총 8개의 관전압과 13개의 관전류에 따라 각각 조사한 총 104개의 영상은 PACS system에 모두 전송되었고 이를 통해, kVp, mAs, DAP, Image Row, Column, Image Pixel Spacing 정보를 획득하였다.
실험에서 설계된 총 8개의 관전압과 13개의 관전류에 따라 각각 조사한 총 104개의 영상을 얻었고 그 중 적정한 유효 DEI 범위는 0.2에서 0.6에 속하는 영상은 총 16개 영상이다. 16개의 영상 중 60 kV에 해당하는 영상은 4개, 70 kV는 5개, 80 kV는 4개, 90 kV는 3개이다.
흉부 X-ray를 재현하기 위하여 흉부 팬텀을 사용 하였다. 사용된 장비로는 GE사의 Definium 8000 (GE medical system, milwaukee)이고 획득한 영상의 기술적인 정보를 얻은 Software는 GE PACS system (GE Centricity Radiology RA 1000, GE Medical Systems, Milwaukee, WI)을 사용하였다.

데이터처리

0, SPSS Inc Chicago, IL, USA) 통계 패키지 프로그램을 사용하여 신뢰구간 95%에서 그룹 간 유의성을 검증하였다. DEI 0.2 값부터 0.6 값까지 분류된 영상들 중 관전압으로 그룹지어 총 네 그룹 (60~90 kVp) 별로 Kruskal Wallis test를 시행하였고 사후검정으로 Mann-Whitney를 시행하였다.
원형의 Region of interest (ROI)를 주변 다른 조직이 포함되지 않도록 설정하였으며, 3회 측정하여 평균값을 구하였다. SNR은 ROI의 Gray scale값을 Standard daviation (SD)로 나눈 값으로 계산하였다.
선량에 따라 획득한 영상의 정량적 평가를 하기 위해 PACS를 이용하여 흉추, 갈비뼈가 포함된 폐야부위, 갈비뼈가 포함되지 않은 폐야부위, 간 등 총 네 부분의 SNR를 측정하였다. 원형의 Region of interest (ROI)를 주변 다른 조직이 포함되지 않도록 설정하였으며, 3회 측정하여 평균값을 구하였다. SNR은 ROI의 Gray scale값을 Standard daviation (SD)로 나눈 값으로 계산하였다.

이론/모형

본 연구에서는 GE사에서 자체적으로 구축한 Detector Exposure Index (DEI)를 사용하여 영상의 적정 농도에 대한 기준으로 삼았다. 흉부 X-ray 검사 시 적정한 유효 DEI 범위는 0.
16개의 영상에서 얻은 DAP값을 통해 PCXMC에서 유효선량을 얻을 수 있었다. 이 논문에서는 ICRP 103에서 제공하는 조직 하중계수를 통해 유효선량을 얻었다. 관전압 그룹에 따른 평균 유효선량의 값은 Fig.

성능/효과

그 결과, 적정한 유효 DEI 범위안에 모든 관전압 범위에서 유효선량은 유의미한 차이를 보이지 않았다. 또한 영상평가에서는 흉부 X-ray에서 평가 영역인 폐야 부분을 제외한 간 영역에서만 모든 관전압 범위에서 유의미한 차이를 나타내었다.
무엇보다 적정한 유효 DEI 범위 안에는 100 kVp 이상의 고관전압이 포함되지 않았다. 다시 말해, 디지털 환경에서 적정한 흉부 X-ray 영상의 농도를 나타내기 위해 100 kVp 이상의 고관 전압은 필요 없이, 유효 DEI 안에서의 사용되는 관전압과 관전류에서는 선량의 차이 및 영상의 차이가 크지 않다는 것을 알 수 있다.
그 결과, 적정한 유효 DEI 범위안에 모든 관전압 범위에서 유효선량은 유의미한 차이를 보이지 않았다. 또한 영상평가에서는 흉부 X-ray에서 평가 영역인 폐야 부분을 제외한 간 영역에서만 모든 관전압 범위에서 유의미한 차이를 나타내었다. DAP의 경우 60 kVp에서 80 kVp과 90 kVp와 유의미한 차이를 나타내며 높게 나타났는데 이는 낮은 관전압을 사용함으로써 적정농도의 영상을 얻기 위해 높은 관전류를 적용한 것이다.
본 연구를 통해 흉부 X-ray 검사 시 적정한 유효 DEI 범위 안에 있는 영상은 100 kVp 이상의 고관 전압이 포함되지 않음을 알 수 있었다. 이는 디지털 환경에서 흉부 X-ray 검사 시 낮은 관전압의 타당성을 확인한 것이며, 이 논문이 환자의 피폭 선량을 낮추는 동시에 진단 가능한 영상을 얻기 위한 토대가 될 수 있음을 시사한다.
본 연구를 통해 흉부 X-ray 검사 시 적정한 유효 DEI 범위 안에 있는 영상은 100 kVp 이상의 고관 전압이 포함되지 않음을 알 수 있었다. 이는 디지털 환경에서 흉부 X-ray 검사 시 낮은 관전압의 타당성을 확인한 것이며, 이 논문이 환자의 피폭 선량을 낮추는 동시에 진단 가능한 영상을 얻기 위한 토대가 될 수 있음을 시사한다.

후속연구

이 논문의 한계점은 하나의 장비에 의존하여 흉부 X-ray 검사의 관전압을 평가하였다는 점과 오직 팬텀으로만 평가하여 개개인이 가지는 신체적 특성을 포함하지 못하였고, 병리학적 정보를 평가하지 못하였다는 것이다. 또한 정성적 평가를 하지 못하여 임상적 유의성에 대한 평가가 부족하다는 점이다.

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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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