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1 국제방사선방호위원회간행물 93 디지털방사선의학에서 환자선량관리 Managing Patient Dose in Digital Radiology 한양대학교 방사선안전신기술연구센터

2 ICRP Publication 93 디지털방사선의학에서환자선량관리 Managing Patient Dose in Digital Radiology 이 ICRP 간행물의우리말번역본은 ICRP의허락을받아번역하고 ICRP 정신에따라무료로배포합니다. 국제방사선방호위원회

3 역자서문 인류가방사선을발견한후가장먼저의료이용을시도했고지금도가장널리, 가장유용하게이용하고있다. 방사선의위험이많은사람들의입에오르내리지만, 지난 100여년동안방사선으로인해목숨을잃은사람의수는쉽게헤아릴수있는정도임에반해방사선덕분에생명을구한사람수는헤아릴수없을만큼많다. 분명히방사선은항생제와함께현대의학을굴리는두바퀴중하나이다. 원자력발전소나방사성물질이용과정에수반되는방사선피폭은매우위험한것으로생각하여민감하게반응하는사람들이환자로서의료기관에서피폭하는방사선량( 의료상피폭) 에대해서는비교적관대하거나무관심하기도하다는점은특이하다. 사회가민감한원자력방사선에대해서는규제도대단히까다롭지만, 의료방사선에대해서는많은부분을의료인의전문적판단에맡기고있다. 그러나국민의인공방사선피폭중거의대부분을차지하는피폭원은의료방사선이다. 2006년현재가동되는 20기의원자력발전소를비롯하여수많은병원과산업현장에서직업상방사선을취급하는 5만여명의방사선작업종사자가피폭하는방사선량을모두합하더라도하나의대형대학병원에서환자들이진료를위해피폭하는방사선량( 의도적으로매우높은선량을부여하는암치료환자의선량을제외하고) 의 20~30% 정도이다. 더욱이소득수준의향상으로진료의빈도가늘어나고정교한의료방사선기술이추가됨에따라환자가진료과정에서피폭하는의료상피폭은증가하는추세에있다. 생명을위협하는질병의진료를위해방사선피폭을감수는것이지만, 의료목적달성을저해하지않고도환자의피폭을상당히절감할수있는여지가있다. 의료상피폭을 1% 만줄여도직업상피폭의총량보다많은방사선량을국민이덜받게된다. 이와같은관점에서환자의방사선량을최적화할필요성에공감대가형성되어있고, 구체적실천방안도축적되고있다. 이러한실천방안의일부는이미의료현장에서다양한형태로이행되고있다. 워낙의료상피폭의규모가크기때문에, 보다적극적인환자선량감축을유도하기위한노력들이국제방사선방호위원회(ICRP) 를비롯한여러국제기구에서진행되고있다. 지난 10년여에 ICRP가발간한간행물의거의절반이의료상피폭과관련된주제이다. 이번역물은이러한 ICRP의노력을국내에보다적극적으로파급하기위해준비된것이며, 같이준비한번역물시리즈의하나이다. 이보고서는디지털방사선의학에서방사선방호문제를다룬다. 디지털방사선의료특히, 디지털진단방사선기기는근래에빠르게보급되고있고영상의품질이전통적아날로그필름에비해손색이없으며, 영상후처리기능, 편리한전송과전시, 보존의편의성등장점으로장차그보편화가더욱가속될것으로예상된다. 그러나영상획득의 편의성에따른불필요한영상의획득잠재성과, 픽셀의상대적노출로영상을구성하는 - i -

4 본질로인해과노출이영상의품질을저하시키지않는특징으로인해방사선방호의관점에서는환자의피폭을증가시키는경향을보이고있다. 특히어느수준까지는노출이증가할수록대비가개선되는등영상의품질이높아지므로질병을진단하는의사의입장에서는높은노출로얻은영상을선호할수도있다. 장래에는영상기기가노출감시기를내장함으로써이러한문제는다소해소될것으로예상되지만디지털방사선영상의본질과방사선방호관점의특성을이해하고환자선량을최적화하는노력이요구됨은분명하다. 이번역물이이분야방사선방호발전에도움이되기를기대한다. 의학기술의발전은매우빠르다. 비록이번역작업에서지난몇년사이에발간된 ICRP 간행물을대상으로선정했지만, 내용중일부는이미낡은기술일지도모른다. 그러나번역이라는제약이있으므로새로운기술이이미가용하더라도원문을수정하지는않았다. 다만, 난해하거나보충설명이필요한곳에는일부 < 역주> 를달았다. 또, 사용한우리말의학용어는전문가그룹에서도통일되지않은경우도있어, 때로는좋은용어가선정되지않았을수도있음을밝혀둔다. 영문용어의병기가바람직한곳에는작은글씨로병기했다. 진단방사선의학diagnostic radiology 에대해국내전문단체는방사선을사용하지않는수단들의신장과함께 영상의학 으로변경했지만이번역물시리즈에서는전통적인표현을사용했다. 이밖에도비슷한경우들이있다. 2006년 4 월, 이간행물번역인쇄본의국내보급은물론웹을통한전자문서파급까지 ICRP 의승인을받았다. ICRP 의정신에따라번역물은무료로제공된다. ICRP 는종종매우엄밀한표현을갖는간행물을다른언어로옮기는일의어려움을고려하여번역의품질에유념하고있다. 역자나름대로는원문의의미를손상하지않기위해노력했지만미진한부분이있을것으로본다. 그러므로용어를포함하여수정이필요한내용을발견한독자는적극적피드백을통해적어도전자문서가계속개선될수있도록도움을주기바란다. 전자문서는한양대학교방사선안전신기술연구센터(iTRS) 홈페이지( 를포함한관련전문단체의웹에게시할것이다. 끝으로이번역물의보급을승인해준 ICRP와소요비용을지원한한국과학재단에감사드리고, 번역작업에동참해준박상현, 권정완, 박동욱등한양대학교방사선안전연구실학생들의노고에감사한다. 2006년 5월 이재기 - ii -

5 서 문 지난몇년간국제방사선방호위원회( 이하에서는 ICRP) 는의료에서방사선방호 와안전에대한조언을제공하는여러보고서를발간해왔다. 간행물 73은이분 야의전반적인총람이다. 이보고서들은방사선방호의전반적인원리들을요약하 고, 의료와생물의학연구에서전리방사선의다양한사용에이원리들을적용함 에대한조언을제공한다. 이보고서들의대부분은일반적인내용인데 ICRP는어려움이발견되는일부 특정상황에대해논의하고자한다. 그러한문제분야에대한보고서는일상업무 에서직접적으로관련된사람들이쉽게접근할수있는형식으로기술되어야하 며, 그러한보고서들이널리파급되도록모든노력을경주해야한다. 일련의이러한보고서들은 1997년 9 월, 영국옥스퍼드에서열린 ICRP 회의에 서제기되었다. 제3분과위원회의권고에따라 ICRP는의료방사선방호에서쟁점 주제들의보고서를만들기위한여러작업그룹을설치했다. 몇몇보고서들이이미 ICRP 간행물 84, 85, 86, 87 로출간되었다. 이보고서 는간편하고집중된이러한시리즈문서들의연장이다. 몇몇추가적권고보고서 들이준비되고있다. 디지털방사선의학에서선량관리 작업그룹은 2001년 9 월, 네덜란드헤이그 에열린 ICRP 회의에서발족했다. 위임사항은방사선량의증가시킬수있는디 지털방사선의학에특정한방법을검토하는것이었다. 나아가제조업자와사용자 에대해잠재적불필요선량을감축할수있는권고를제공하도록작업그룹에게 요구하였다. 작업그룹위원은다음과같다. E. Vañó ( 그룹장) B. Archer K. Faulkner B. Geiger R. Loose 객원위원은다음과같다. B. Bergh H.P. Busch J.M. Fernández R. Gagne M. Rosenstein C. Sharp M. Wucherer 이보고서를준비하는기간의제3 분과위원회위원은다음과같다. F.A.Mettler,Jr.( 위원장)J.-M.Cosset C.Cousins M.J. Guiberteau I. Gusev L.K. Harding( 서기) - iii -

6 M. Hiraoka J. Liniecki( 부위원장) S. Mattsson P. Ortiz-Lopez L.V. Pinillos-Ashton M.M. Rehani H. Ringertz M. Rosenstein C. Sharp E. Vañó W. Yin 이보고서의목표는위에설명된목적에기여하는것이다. 그목적에최대한유용하도록보고서형식을통상적 ICRP 연보와약간달리했다. -iv-

7 목차 역자서문 1 서 문 3 디지털방사선의학에서환자선량관리 1 요 점 2 용어와약어 3 1. 서 론 이문서의목적 서론 역사 디지털방사선의학이란무엇인가? 본질적디지털방식과디지털방사선의학의차이점 전통적필름의수치화 단순방사선촬영 디지털형광투시 디지털과비디지털기법의비교 디지털방사선촬영에서영상품질과노출준위 디지털방사선촬영의기타특성 디지털방사선의학의환자선량과영상품질 디지털방사선의학에서영상품질과환자선량의관계 디지털방사선촬영 디지털형광투시 의료영상작업에필요한영상품질 투사방사선촬영 디지털형광투시 영상품질평가절차 환자선량에영향을미치는조치 환자선량과영상품질관리를위한실용적조언 초기설정 디지털시스템의운전 선량관련인자들의표시와활용 디지털형광투시시스템을위한특별고려사항 영상압축의영향 38 -v-

8 진단참고준위 실용적조언의점검목록 방사선과전문의와방사선사에게필요한훈련 규제관점과품질경영 방사선방호원리 행위의정당화 최적화 품질관리와영상관리 품질관리 기기성능평가 품질관리시험 감시와문서화 전기안전검사 진단참고준위 디지털영상화에서선량준위감사 결정적상해 DICOM 표준 DICOM 표준 정보보안문제 디지털방사선의학에대한 ICRP 의권고 52 부록 A. 디지털시스템의기초와장점 53 A.1. 서론 54 A.2. 기본용어 55 A.3. 디지털시스템의영상획득과정 56 A.4. 영상처리 58 A.5. 영상품질과영상화성능 65 A.6. 통합선량계측도구 68 부록 B. 환자선량계측: 양과단위 71 B.1. 흡수선량 71 B.2. 커마 72 B.3. 평균장기선량 72 B.4. 등가선량 72 B.5. 유효선량 72 B.6. 선량면적곱 73 B.7. 후방산란인자 74 -vi-

9 B.8. 피부선량 74 부록 C. 디지털방사선의학에서일반교육훈련내용개요 75 참고문헌 78 -vii-

10 디지털방사선의학에서환자선량관리 ICRP 승인: 2003년 11월 요지 - 디지털기술은방사선의학업무를향상시킬잠재성뿐만아니라방사선을남용할위험또한내포하고있다. 넓은역동범위, 후처리성, 다양한관찰선택성, 전자적이송및저장능력등디지털영상화의주요장점들은확실하지만, 영상품질의저하없이과다노출이발생할수있다. 전통적방사선촬영에서는과다노출은 검은 필름을만든다. 디지털시스템에서는넓은선량영역에서좋은영상을얻는다. 디지털형광투시시스템에서는영상을얻고지우는것이매우쉬워서, 아마도필요이상으로많은영상들을얻는경향이있다. 디지털방사선의학에서는높은환자선량이일반적으로영상품질향상을의미한다. 따라서환자에게필요이상으로높은선량을부여하는경향이있다. 의료영상업무에따라다른수준의영상품질이필요한데, 임상적목적을위해추가이득이없는선량은피해야한다. 영상품질은부적절한수준의데이터압축이나후처리에의해손상될수도있다. 이러한모든새로운도전들은최적화과정의한부분이되어야하며, 임상및기술프로토콜에포함되어야한다. 디지털영상화에대해현장의진단참고준위를재평가해야하며, 환자선량변수를운전원제어반에게시해야한다. 디지털기술들이도입되면빈번한환자선량감사가이루어져야한다. 디지털방사선의학에서영상품질과환자선량관리에대한교육이필요하다. 디지털방사선의학은새로운규정들을필요로할것이고, 의료진의새로운도전을유도할것이다. 디지털영상들이얻기쉽고송신하기편함에따라정당화기준이보강되어야한다. 디지털시스템의설치에는영상화성능과선량관리가통합되는것을보장하기위해임상전문가, 의학물리사, 그리고방사선사가같이참여해야한다. 품질관 리에도새로운절차와프로토콜( 영상의시각화, 이송, 검색) 이필요하다. -1-

11 요 점 디지털방사선의학에서는영상당더높은환자선량은일반적으로향상된영상품질을의미한다. 이것은디지털시스템에서필요이상의높은환자선량을사용하는경향을초래할수있다. 의료촬영업무에따라다른수준의영상품질을요구한다. 모든의료촬영업무에대해품질기준을수립해야한다. 목적은불필요한환자선량, 즉의도된임상목적을위해추가이득이없는선량을방지하는것이다. 디지털형광투시시스템에서영상을얻고지우는것이매우쉬워필요이상으로많은영상을얻으려는경향이있을수있다. 이는임상에필요한이상으로환자를조사시킬것이다. 절차프로토콜은이문제를관리하는데적합해야한다. 현장진단참고준위는의료영상획득업무에서환자선량을관리하는데유용한도구이다. 디지털이아닌영상획득업무에대한진단참고준위가유사한특정디지털영상획득절차에적용되지못할수도있다. 방사선사와의료전문가가선량을관리함에도움이되도록운전원제어반( 중재적절차에대해서는 X 선실내부) 에환자선량변수들을전시해야한다. 새로운기술을사용하는진단방사선전문의, 의학물리사, 그리고방사선사에대해디지털방사선의학에서영상품질과환자선량관리에대한기본교육이필요하다. 가까운미래에많은의료시설은필름없이점점디지털영상을펼치고분석하는데의존할것이다. 이러한패러다임변화는새로운지침과규정을요구하고품질경영영역에서의사와방사선과근무자에게새로운도전이될것이다. 시설이디지털영상획득으로전환할때정당화기준은품질보증프로그램을업데이트함에서고려할중요인자중의하나가되어야한다. 디지털시스템에서는영상을얻고검색하는것이상대적으로쉽기때문에검사수가증가할수있다. -2-

12 용어와약어 디지털용어관련사전 ACR = American College of Radiology ADC Analogue-to-digital converter A/D변환기디지털기계에서사용하기위해아날로그신호를디지털데이터로변환하는장치. AEC Automatic exposure control 자동노출제어 Aliasing 에일리어징픽셀간격이영상의공간주파수내용에비해서너무크면 Nyquist 조건( 공간해상도제한참조) 은성립되지않는다. 공간해상도한계를넘는고주파수성분은영상에서인공적저주파수성분( 에일리어징인공물 ) 으로나타날것이다. 실질적인의미는작은물체들이인공적으로확대되어나타나는것이다. 최종영상에서실제로큰세부와에일리어스된작은세부를구분할방법이없다. Bit depth 비트깊이서로다른픽셀값들의최대수는종종 2 의거듭제곱으로표시되는데(2진코딩체계) 이는픽셀값들을저장하는데필요한비트수와같다. 예를들어 4096종의다른픽셀값은 12 비트깊이가(2 12 =4096) 요구된다. 주: 비트깊이는역동범위와관계에서대비해상도를결정한다. CCD Charge-coupled device 전하결합소자광정보를전자정보로변환하는광전장치. CCD는주로텔레비전카메라와영상스캐너에사용되며, 빛을수집하여전기전하축적으로저장하는검출기들의배열로이루어진다. 출력전기신호는컴퓨터코드로변환되고영상으로재구성된다. -3-

13 ( /standards.html에서제공하는,acr 표준참조) CDRAD phantom 팬텀, 모의피폭체디지털시스템의평가에사용한다. 영상품질과관측자의지각력을테스트할수있다. 팬텀은원통형구멍들이있는 Plexiglass 단추로구성되어있다. Characteristic curve(gradation curve) 특성( 변화) 곡선검출기입구흡수선량과검출기출력신호사이의수학적관계를나타낸다. 필름시스템의 S-자곡선과는대조적으로대부분의디지털검출기들은선형관계를보인다. CR Computed radiography 전산화방사선촬영카세트내에필름대신저장형광판 1) storage-phosphor plate을사용하여디지털방사선촬영영상을만드는시스템. 판을노출시킨다음레이저빔으로스캔하여영상으로번역되는디지털정보를얻는다. CRT Cathode ray tube 음극선관 DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine 의학영상전송규격방사선영상이어떻게지각되고구성될지를설명하는프로토콜세트. DICOM 은제조자에독립적이고, ACR과미국전자기기제조자협회National Electronic Manufacturers' Association에의해개발되었다. 이표준은디지털의료영상장치의점 -대- 점연결을강조한다. DICOM 3.0 이최근버전이다. DIMOND Dose and Image Quality in Digital Imaging and Interventional Radiology 디지털영상화와중재방사선에서선량과방사선학적정보를최적화하는수단 에관한유럽연구콘소시엄 European Research Consortium. 1) < 역주> 일본에서는이미지플레이트(IP) 라고부른다. -4-

14 Dose 선량방사선량( 즉, 환자또는영상화장치의방사선량) 을의미하는일반적용어. 이 문서에서 선량' 이라는단어는내용이특정선량계측량에고유하지않을때사용 한다. 내용이분명할때는그양의이름과기호가사용된다.[ 예를들어, 한점에 서의 흡수선량(D), 장기나 조직의 흡수선량(D T ), 선량면적곱dose-area product(dap), 공기커마(K a ), 등]. 이문서에서사용되는선량계측량들의완전한 정의는부록B 에서볼수있다. Dose index Exposure index참조 Dynamic range(of an X-ray detector) X선검출기의역동범위 영상의악화나일그러짐없이영상화장치에받아들여질수있는선량의최대 치와최소치의비. 때로는픽셀값의최대치와최소치의비로역동범위를나타내 기도한다( 검출기입구에서의흡수선량과픽셀값이선형관계에있을때만유 효). 평판검출기flat-panel detector는 10 4 (1부터 까지) 의역동범위를가지고, 필름-스크린시스템은대략 (1부터 30 까지) 의역동범위를가진다.(Hennigs 등, 2001). Dynamic range(of an image or object) 영상과사물의역동범위 X선검출기입사면에투사된방사선장으로부터흡수선량의최대치와최소치의비. 영상의역동범위는주로해부학적영역의특성에의존하지만기술적요인들 ( 예를들어, 빔선질의영향을받을수도있다 ). DQE Detective quantum efficiency 검출양자효율 영상의신호대잡음비(SNR) 와방사선장의 SNR을비교하는영상화성능의일반 적설명을위한물리학적접근. DQE 값 1 은이상적인검출기를나타낸다. DQE 값이 50% 라함은관심검출기가이상적인검출기와동등한 SNR 충실도로영상 을만들어내는데에두배의흡수선량이필요함을의미한다. DQE는통상적으로 공간빈도수의함수로주어진다. 실제검출기의 DQE도빔선질과흡수선량준위 에의존한다. EPR Electronic patient record 전자환자기록전자적형식으로저장된건강관리기록. -5-

15 Exposure 노출임상적목적으로환자를조사시키는행위또는방사선노출을유용한임상영상으로변환하는장치의조사를가리키는일반적인용어. Exposure index 노출지수 형관판의흡수선량과관련하여사용되는용어. 레이저시스템으로영상을읽은 후신호히스토그램이계산되고, 선량준위또는노출지수는픽셀값으로부터 로그함수관계로결정된다.(Huda 등, 1997) FDA Food and Drug Administration(in the USA) 미국 식품의약청 Gradation curve (Characteristic curve 참조) Graininess 입상성잡음지각과관계됨. 잡음원( 양자잡음, 전기잡음, 고정구조물, 확률적인해부 학적요동등) 에의해겉보기에( 또는기대되는) 균질한영역의비균질적인느낌. Grey scale 그레이스케일, 무채색스케일지각명도값의명암으로서영상장비에의해생성된다. 디지털영상의각픽셀값은명도값으로옮겨진다. 픽셀값을지각회색조로의최적화된매핑을위해서는 DICOM 표준에서설명되는 그레이스케일표준디스플레이함수 의개념을사용하여변환해야한다. HIS Hospital information system 병원정보시스템환자정보를저장하고검색하는데사용되는시스템. HIS는실험실정보시스템 LIS과진단방사선정보시스템RIS을포함하거나연결할수있는통합된컴퓨터-기반시스템이다. ICRU International Commission on Radiation Units and Measurements 국제방사선단위측정위원회 IEC International Electrotechnical Commission 국제전자기술위원회 -6-

16 Image matrix 영상행렬영상을구성하는모든픽셀세트를말한다. 행렬의크기는디지털영상의행과열의수이다 ( 예를들면 ). 영상행렬의크기는 X선검출기행렬크기와같을수없다. JPEG Joint Photographic Experts Group JPEG 는자료압축표준이다. JPEG는 2배에서 100 배까지자료를압축한다. Kernel 커널인근픽셀들이관심픽셀에미치는영향을정의하는영상처리알고리듬에서사용되는파라미터. 커널은통상적으로현재처리되고있는픽셀이중앙에위치하는행렬형태로쓴계산도식으로설명할수있다.( 예를들면, 3 3 커널은인접한 8개픽셀들만의정보가중앙픽셀의정보를재계산하는데사용되는것을의미한다 ). LAN Local area network 근거리( 통신) 망범위가제한된( 통상적으로건물또는캠퍼스내) 소수컴퓨터들의통신망. 사용자들이데이터와컴퓨터자원을접근또는공유할수있도록컴퓨터들을연결한다. LIH Last image hold 최종영상고정어떤노출시간종료후마지막얻은영상을계속보여주는투시시스템의한기능. Lossless compression 무손실압축원본영상이데이터손실없이완전히재구성될수있는방식으로디지털영상을압축하고저장하는방법. Modality(or imaging modality) 영상화방식, 영상화기기자기공명영상, 전산화단층영상, 초음파, 디지털방사선영상, 전산화방사선영상, 맘모그래피등과같은이미징장치를설명하는데사용되는일반적인용어. MTF Modulation transfer function 변조전달함수정의된크기의물체대비가영상에서얼마나잘보존되는지를나타낸다. MTF -7-

17 값 1 은대비가전혀저하되지않음을의미한다. MTF 값 0은세부내용이영상에서더이상존재하지않음을의미한다. 통상적으로 MTF는공간빈도수의함수로주어진다.(ICRU, 1986 참조) Nyquist(frequency) 니퀴스트( 빈도) 아날로그신호를충실히샘플링할수있는최소빈도. 이것은항상샘플링할신호의최대빈도의 2 배이다. 실제로는 Nyquist 빈도보다상당히높이머물러원하지않은인공물을만들가능성을피하기위해더높은샘플링빈도를사용한다. Nyquist condition ( 공간해상도범위참조) 니퀴스트조건 Original image 원본영상장비에특정한모든교정들을거친영상( 평판검출기또는저장형광체시스템에서읽혀지는신호 ) PACS Picture archiving and communication system 영상저장전송시스템 다양한영상원으로부터얻은디지털영상과관련환자정보를얻고, 전송하고, 저장하고, 검색하고, 보여주며, 통신망을통해그러한정보를전달할수있는시 스템. Pixel(picture element) 픽셀, 화소디지털영상은개별픽셀들에의해만들어진다. 각픽셀은영상의지정된위치에서영상신호를나타낸다. 영상이통상적으로사각형모양을이루므로픽셀위치는가로와세로좌표에의해표현된다. Pixel aperture 픽셀개구국부적인 X선노출을전기적인신호로변환하는모든방법으로구성된 X선검출기의물리적인구조도또한 픽셀 이라부른다. 검출기기술에따라이러한픽셀들은모양과크기가다른데, 저장형광체시스템에서는레이저점의크기가된다. 영상신호를구성하는민감영역이전기적신호로전환하는데중요한데, 이영역을픽셀개구라부른다. Pixel spacing 픽셀간격픽셀개구중심사이거리. 픽셀간격은장치의공간해상도범위를결정한다. -8-

18 Pixel value 픽셀값 픽셀에할당되는수치코드. 픽셀값은임의스케일로 X선검출기의흡수선량 을나타낸다. Quantisation 양자화기본적으로아날로그의연속적인양을이산( 디지털) 수치코드로전환하는것. 이산값과 ( 실제의) 아날로그값사이의차이를양자화오차라고부르며, 낮은대비해상도의달성수준을제한한다. 양자화오차는양자잡음에기인하는구역신호의변동보다항상상당히낮아야한다. RAID Redundant array of independent disks 독립적후비디스크열기억장치를만드는표준디스크드라이브와콘트롤러의집합으로하나의디스크처럼작동하면서개별드라이브로가능한이상의성능을제공할수있음. Raw image(raw = read after write) Raw 영상( 선기록후출력영상) 평판검출기또는저장형광체시스템의출력신호. 처리되지않았음을강조하는표현으로는 생자료(raw data) 라는용어가종종사용된다. RIS Radiology information system 방사선의학정보시스템진단방사선과나독립영상센터의정보처리및업무요건을지원하는시스템 Sampling 샘플링픽셀개구에의해포획된신호를합산함으로써하나의값을할당하는물리적인처리. 픽셀개구가일정한크기를가짐으로써개구보다작은세부는퍼진다. SCAR Society for Computer Applications in Radiology Sharpness 선예도작은세부의재생품질시각적인상 Signal normalisation 신호정규화전시된영상의명도를노출에독립적으로정해진일정수준으로유지하는방법으로디지털처리를수행함으로써검출기흡수선량에대해영상신호를조정하는것. -9-

19 SNR Signal-to-noise ratio 신호대잡음비잡음과영상신호정보의비. Spatial filter 공간필터 구조의공간진동수( 즉, 크기) 에의존하는해부학적구조를강화( 또는억제) 하 기위한영상처리기능. 가장일반적인적용은선예효과증대( 소위윤곽강화) 를통해작은세부를강화하는것이다. 그기능은종종다음의두파라미터에의 해조절된다: (i) 강화할크기조절을위한픽셀커널의크기 (ii) 강화를조절하 는크기예를들면퍼센트로표현 ( ). 공간필터의다른용도는역동범위압축또는잡음의억제( 평활화) 등이다. Spatial frequency 공간빈도수 모든신호는조화펄스( 사인과코사인) 로전개할수있다. 영상은무한수의 주기적인사인파와코사인파의조합으로해석될수있다. 짧은파장( 높은공간 빈도수와대등) 은영상에서작은세부와연계되는데반해, 긴파장( 낮은공간빈 도수와대등) 은큰대상과연계된다. 공간빈도수와세부크기사이의관계는역 비례관계이다. 시간주파수( 또는시간진동수) 용어와혼란을피하기위해서 공 간빈도수 가사용된다. 일반적인단위는밀리미터당선쌍(lp/mm) 이다. Spatial resolution limit 공간해상도한계 샘플링정리(Beutel 등, 2000) 에따르면, 신호의빈도를바르게얻어내는데는 적어도두샘플링주기가필요하다. 이는샘플링빈도가 X선영상의가장높은 공간빈도수성분보다적어도두배가될것을요구한다(Nyquist 조건참조). 장 치의샘플링빈도는픽셀간격에의해결정된다. Speed classes 속도등급적당한광학적밀도( 즉, 흑화도) 의영상을얻는데필요한상대적 선량. 속도 등급이높을수록주어진광학적밀도( 즉, 영상) 를얻는데더낮은 선량 이필요 하다. SPIE The International Society for Optical Engineering

20 System gain 시스템증폭도영상증폭관이밝은영상을제공하는능력. 디지털시스템에서는증폭도는수용할만한방사선량으로최적화된영상품질을얻기위해최적화되어야할인자의하나이다. Virtual collimation 가상콜리메이션환자또는팬텀을노출할필요없이수치적방법으로 방법. 이옵션은일부디지털투시시스템에서가능하다. X선빔크기를맞추는 Zoom in/out 당겨보기/ 멀리보기기술적인한계로인해많은영상장치들이영상매트릭스를보여주지는못한다. 을다루기위해당기기알고리즘을제공한다. X선검출기에의해생성되는전체 영상을보여주는소프트웨어는이러한상황디스플레이영역에영상을맞출때소실되는픽셀들이에일리어징인공물을초래할수있는데이현상은영상처 리( 전시되는부분행렬의진동수정보를제한하는조절된공간필터링사용) 에의해억제되어야한다. 대부분의워크스테이션은어떠한보간계산없이정확히하나의디스플레이픽셀에하나의영상픽셀을나타내는특정 온전해상도 full-resolution 모드( 1:1 스케일 ) 를제공한다. -11-

21 1. 서 론 요 의료촬영은아날로그방식의필름으로부터디지털기술로전환됨으로써크게 변모하고있다. 비슷한환자선량에서현재의디지털검출기에의해제공되는진단정보는전 통적인필름- 스크린시스템과대등하거나우월할수있다. 디지털촬영은필름기술과비교하여현실적인기술적이점이있다. 예를들 면, 넓은대비역동범위, 후처리기능성, 다수영상보기, 그리고전자적전송 과검색가능성등이다. 디지털시스템에서는영상품질에악영향없이과노출이발생할수있다. 방사 선의학자나방사선사들이과노출을인지하지못할수도있다. 전통적인방사 선영상에서는, 과도한노출은 검은 필름을만들고불충분한노출은 흰 필 름을만들며, 두경우모두대비를감소시킨다. 디지털시스템에서는영상의 명도는노출수준에관계없이후처리에의해조정될수있다. 현재로서는디지털방사선의학촬영은필름에기초한촬영보다더비싸다. 잘 관리된다면이추가비용은더낮은환자선량에서도상당히높아지는영상품 질, 환자가편안한짧은검사시간으로향상되는업무진행, 검색요구의감 소, 그리고원격전문가상담또는원격방사선의학잠재력으로서정당화될수 있다. 현재디지털방사선촬영시스템으로촬영에접근하는두가지주요기술이있 는데, 전통적인 X선시스템의필름카세트에넣는저장형광판과디지털시스 템전용의평판검출기이다. 디지털투시시스템은통상영상증폭관사용을기본으로한다. 영상증폭관출 력은비디오카메라나 CCD( 전하결합소자) 에투영되어신호가디지털영상으 로변환된다. 새로운시스템은영상증폭관과비디오카메라대신역동평판검 출기를사용한다. 디지털방사선의학영상( 방사선촬영과형광투시) 에의해영상은픽셀행렬로 표현된다. 각픽셀은영상에서개개그레이레벨에해당하는특정한수치를 저장하는데사용된다. 점 -12-

22 1.1. 이문서의목적 (1) 이문서는전통적인필름기반의방사선촬영과형광투시에익숙한방사선의학자, 방사선사, 의학물리학자그리고관심있는모든사람들을겨눈다. 디지털방사선의학과형광투시의기초원리나그임상적용을이해하는데에특별한물리학, 전자공학, 또는컴퓨터지식이긴히필요하지는않다. 이문서는디지털영상화의장점과단점, 방사선량상황, 영상품질요소, 장비비용, 그리고새로운규정과기준에대해논의한다. 다른디지털기술들, 예를들면전산화단층영상CT 이나디지털감산혈관조영술 DSA 은이문서의범위를벗어난다 서론 (2) 지난 10 년간, 선진국에서전통적인형광투시법과방사선촬영법을디지털영상화시스템으로대체하는일이빠르게증가해왔다. 전통적영상업무를디지털영상획득으로바꾸는데는추가적인장치를필요로한다. 디지털영상의처리, 판독, 저장및배포에는다수의컴퓨터, 디지털네트워크, 레이저영상화기, 그리고영상저장전송시스템PACS을필요로한다. 디지털검출기들의넓은역동범위는과노출또는저노출에따른검사의반복을막는다. 그러나이러한역동범위와후처리능력으로인해과/ 저노출영상들이여전히진단품질일수있으므로과/ 저노출을발견하기어렵게된다. 평판검출기의역동범위는진단성능의어떠한감소도없이 30~50% 의선량감소를이룰수있다. 또한이러한역동범위는예를들어소아과검사와같은특별한의학적영상화작업을위해환자선량과영상품질의맞춤기회를제공한다. 나아가디지털기술은원격방사선의학으로원격진단이나전문가상담을가능하게한다. (3) 디지털방사선의학을모든나라에추천할수는없다. 이시스템을뒷받침하는데는최소한의전자공학및기계공학전문수준과하부구조가필요하다. 습식으로처리하는필름기반의전통적방사선의학은간단하고, 안정적이며현재로서는저렴하다 역사 (4) 100년이상 X 선이방사선필름과함께의료영상화에사용되어왔다. 지난 10 여년간컴퓨터응용의새로운발전이방사선의학영상화의스펙트럼을확장 -13-

23 하는새로운기술들을육성시켰다. 자기공명영상장치MRI와 CT 분야에서방사선의학의빠른발전에도불구하고, 아직도폐, 뼈, 그리고위장의검사에서대면적촬영또는일반필름방사선촬영이전체검사의 80% 를차지하여일상방사선의학에서가장큰부분을이룬다. (5) 형광투시시스템과결합한 DSA가 1980 년대초에도입된후, 디지털영상증폭관이투사방사선의학분야에도입되었다. 이새로운방법은주로위장의조사와다른형광투시검사에사용되었다. 그이후몇년에새로운방법의명백한이점( 높은영상품질, 낮은환자선량잠재력, 영상의직접가용성, 간단한취급, 그리고디지털영상정보형식의다른이점들) 으로인해영상증폭기기반시스템이필름- 스크린기술을거의완전히대체하게되었다. (6) 1980년대중반에벽또는탁자에설치된 Bucky시스템과침상검사를위한새로운디지털기술로서저장형광체방사선촬영술이도입되었다. 초기의상당한기술변화, 재정적비용, 그리고한정된영상품질로인해이기술이임상에널리적용되는것이 1990 년대초까지지연되었다. 오늘날은저장형광체기반시스템이디지털투사방사선촬영분야에서기본적인역할을하고있다. (7) 보다최근에는검출기에서영상정보를직접디지털로등록이가능한평판검출기들이개발되었다. 2000년부터이러한검출기들이상용으로가용하게되어일상임상에서서히도입되었다. 역동적인평판검출기들이이미일상임상업무에서영상증폭관을대체하고있다. (8) 연구와임상적용분야의확장이디지털유방촬영mammography에서일어나고있다. 이시스템은다른디지털시스템들보다더높은공간해상도를요구한다. 유방촬영을위해개발된초기의평판검출기또는저장형광체시스템들은 mm당 5~8 선쌍의공간해상도를보였다. 이해상도는전통적필름-스크린시스템보다여전히 50% 낮다. (9) 공간해상도가얻어진데이터의영상품질평가에서중요한고려요소이지만, 잡음영향은주의를필요로하고예를들어유방촬영에서미세석회조직과덩어리검출처럼잡음제한과낮은대조영상화를고려할때특히중요하다. 획득한데이터의영상품질의완전한평가는영상화작업과그레이스케일전달, 해상도, 잡음및입사방사선노출과같은몇몇기초적인파라미터의측정에대해올바른인식을요구한다. -14-

24 1.4. 디지털방사선의학이란무엇인가? (10) 전통적인방사선촬영영상은필름의노출과처리에기반을두고있다. 따라서공간해상도와그레이수준은아날로그값이다. 필름의역동범위또는적정노출범위는필름이만들수있는최대광학밀도에의해제한된다. 이러한제한이없는디지털방사선촬영과형광투시법은영상을표현하기위해이산수치행렬을이용한다. (11) 행렬은체스판과같이가로와세로로나누어진정사각형또는직사각형구역이다. 그림요소에서따와행렬의가장작은요소를픽셀이라고부른다. 행렬에서각각의픽셀위치는그것의가로와세로수 (x,y) 에따라형식화된다. 행렬의각픽셀은보통 8~16 비트범위의이진수를저장하는데사용된다. 8 비트는 0에서 255 사이의정수값을저장할수있고, 16 비트는 0에서 사이의값을저장할수있다. 8 비트의작은그레이수준범위는초음파나레이저영상화장치로필름인쇄에서사용된다. 디지털형광투시법또는디지털방사선촬영에는 10~14 비트가사용된다. 이러한수치들은영상의개별그레이수준에연계된다. 디지털영상에서대조는영상의다른영역에서수치픽셀값들의차이로표현된다 본질적디지털방식과디지털방사선의학의차이점 (12) 디지털방사선촬영과형광투시법은필름에기초한영상획득을대체할수있는새로운기술이다. 대조적으로, CT, MRI, DSA, 단일광자방출CTSPECT, 양전자방출단층촬영PET와같은본질적디지털방식은선행아날로그획득을거치지않는다. X선투사데이터또는무선주파수신호로부터디지털영상을얻는데는컴퓨터가필요하다. 수치화기digitizer를이용해전통적필름을디지털영상으로변환하는것은준디지털방사선의학이다 전통적필름의수치화 (13) 전통적필름은수치화기를사용함으로써디지털영상형식으로변환되어전자적으로저장될수있다. 현대수치화기는거의정보손실없이변환하기에충분한공간해상도와그레이- 레벨해상도를제공한다. 그러나방사선의학과의모든 -15-

25 영상들을수치화기로변환하고저장하는것은권고할수없다. 높은품질의디지털화나환자나검사내용색인을바르게디지털화하는데는시간과추가적인비용이소요된다. 따라서이전의검사들을디지털기록( 즉, PACS) 으로통합과같은선택된경우에만필름의디지털화를권고할만하다. 다른이유로는전통적필름의복사( 만약환자가추가외부진료를위해병원을떠날때) 절감, 그리고후처리를위해유방영상의디지털화가포함될수도있다. 필름수치화기사용은유방촬영에서유용하다고입증되었다. 이특별한적용에서디지털화된데이터는의사에게상당한보조자역할을한다. (14) 디지털화되지않은부서에서원격방사선의학을위한수치화기-기반또는비디오카메라-기반의영상획득과같은교육용파일을만들기위해필름수치화기를사용하는것은하나의중요한응용이다. 필름기반방사선촬영 X선시스템과통합된수치화기를도입하려는상업적시도들이있었지만성공하지못했다 단순방사선촬영 (15) 카세트를기반으로하는필름-스크린시스템은안정적인기술임이증명되었다. 이시스템의장점은양질의영상품질, 간편한영상획득기술, 그리고무난한비용이다. 반면에좁은역동범위, 후처리불가능, 노출조건, 그리고촬영한필름을한장소에서만사용할수있다는단점들이있다. (16) 모든디지털방사선촬영시스템의주된차이점은영상을얻기위한기술적접근방법즉, X 선검출의물리적과정이어떻게실현되는가하는차이이다. 다음기법들이사용된다. 저장형광판storage-phosphor 기법 셀레늄-실린더검출기 CCD 직/ 간접전환의평판검출기 (17) 저장형광판은디지털방사선촬영에서처음사용된기법이다. 저장형광판은표준규격을가진카세트내에서노출되므로종래의발생장치, X 선관, 벽/ 탁자형버키Bucky 시스템의변화없이사용가능하다. (18) 1994 년, 고체검출기를흉부방사선촬영에응용한셀레늄-실린더기법이처 -16-

26 음으로도입되었다. 이것은현대평판검출기에필적하는높은 X선검출효율을보이지만서있는환자( 흉부, 복부, 척추) 의검사로사용이제한된다. (19) CCD 시스템은시장점유율이매우낮다. 발광스크린영상을 CCD 카메라혹은장치로기록하여디지털영상으로변환한다. (20) 디지털방사선촬영에서가장최근에개발된것이 X 선을직/ 간접적으로전기적신호로변환해주는평판검출기이다. 이검출기는가장높은양자효율, 탁월한영상품질을제공하며, 환자선량을상당히감소시킬수있다[ 적절한품질보증프로그램이동반되어야한다]. 이동식평판디지털방사선촬영장치가신생아촬영에대하여평가된바있는데, 기존의고전적방사선촬영과비교했을때 1/4 정도의선량을필요로하여큰선량감축이확인되었으며, 적시의임상적의사결정에필요한빠른영상가용성을보였다(Samei 등, 2003) 디지털형광투시 (21) 디지털이나고전적형광투시시스템모두가영상증폭관사용을기반으로한다( 새로운평판시스템제외). 기존시스템의경우, 영상증폭장치의출력스크린이광학렌즈에의해필름에투사되었다. 디지털시스템의경우출력스크린은비디오카메라시스템이나 CCD 카메라위로투사된다. 일부시스템은디지털데이터획득에추가하여고전적필름이나저장형광판노출을위한카세트수납기도제공한다. 디지털기능들( 예. 최종영상고정LIH, 가상콜리메이션, 펄스형광투시법, 영상처리등) 에의하여환자선량이감축될수있다 디지털과비디지털기법의비교 (22) 전통적방사선촬영과비교했을때, 디지털방사선촬영은디지털검출기, 컴퓨터, 네트워크, 레이저영상판독기, 워크스테이션, 그리고디지털저장소와같은새로운요소들을필요로한다. 디지털방사선촬영을처음도입할때는작업흐름의일부속성을변경할필요가있다. 또다른주요차이점은노출과영상표현의관계이다. 고전적인필름기반방사선촬영의경우, 필름노출과영상의검은색, 회색혹은흰색결과사이에잘알려진관계가존재하였다. 노출이부족하거나과도할경우결과는대비감소로나타났다. 즉, 과다노출은검은색, 불충분노출은흰색 으로단순화될수있다. 디지털방사선촬영의경우영상의그레이준위 -17-

27 는정규화되고영상의밝기는영상획득장치내의평균흡수선량과는독립적으로설정된다. 정상수준의흡수선량은양질의혹은보통수준의영상을제공하고, 흡수선량을상당량감소시키면영상의화소잡음이증가한다. 디지털방사선촬영의또다른장점으로 창/ 준위 를이용한밝기조정, 확대, 후처리, 그리고다양한디지털이송등이있다. 중요한문제점은과다노출이있더라도영상의질이좋기때문에방사선과의사나방사선사가인지하지못할수있다는점이다 디지털방사선촬영에서영상품질과노출준위 (23) 여러연구를통해서디지털과전통적방사선촬영의노출수준과영상품질을 비교하였다. 이연구들은방사선노출인자들이동일할경우디지털방사선촬영 의진단정보가전통적인것보다뛰어나다고( 또는영상품질이동일할경우디지털 방사선촬영의선량이낮다고) 결론짓고있다. 모든디지털기법들은높은역동범 위를가지며상당수준의과다노출및과소노출방지특징을가지고있다. 디지 털시스템의공간분해능은전통적필름-스크린시스템의절반정도이지만 후 처리기법에의하여양질의진단영상품질이확보된다 디지털방사선촬영의기타특성 (24) 지난십년간, 디지털방사선촬영시스템설비는전세계적으로대폭증가하였고, 특히병원급에서는기존의전통적필름- 기반시스템을많이대체하였다. 디지털방사선촬영만이습식화학처리에서건식레이저영상판독기로변화를수용한다. (25) 디지털방사선촬영장비사용은방사선과의사, 방사선사, 그리고의학물리사에대한특별한훈련을필요로한다. 디지털시스템의장점에도불구하고, 감지되지않는환자병리나고유한디지털인공물발생의위험이존재한다. 이러한인공물중일부는환자병리로잘못해석되기도한다. (26) 디지털영상생성과처리의물리적원리들은특정 디지털팬텀 의사용이나 노출지수exposure index' 의예처럼유도된인자와같은새로운접근방식을요구한다. 서로다른제조사간후처리알고리즘이조화를이루어야한다. 물리적검출기품질을제어하기위해서는원본영상에접근이필요하다. -18-

28 (27) 특정기술의선택을결정하는것은임상환경에의존한다. 촬영빈도가낮거나보통인소규모병원이나연구기관의경우, 저장형광판시스템이적절하며, 융통성있어다목적으로사용할수있는방법이다. 평판검출기는고가이므로흉부검사나버키탁자기반검사가매우많은경우에나적합하다. (28) 산업발전은이미형광투시법에사용가능한영상획득속도를가진평판검출기의가격을낮추었으며, 새로운정렬결정구조로높은양자효율을지닌저장형광판도곧생산될전망이다. (29) 현재디지털방사선촬영은필름기반방사선촬영보다비싸다. 높은비용은 새로운디지털기법의다음장점들이고려되고일상에적용되면정당화될수 있다. 즉, 뛰어난영상품질혹은낮은환자선량, 속도증가로작업흐름개선, 원 격방사선의학과전문가상담, 저장공간축소, 환자검사시간단축으로편안함 증가등의장점이다. -19-

29 2. 디지털방사선의학의환자선량과영상품질 요 디지털방사선의학에서, 높은환자선량은통상향상된영상품질을의미한다. 그러나필요이상으로높은환자선량이사용되는경향이있는데이는피해야 한다. 의료영상작업에따라서로다른수준의영상품질을요구한다. 모든의료영상 화작업에대해품질기준이정립되어야한다. 목적은불필요한환자선량, 즉 의도한임상목적에추가편익이없는선량을피하기위한것이다. 영상품질은적절치않은수준의데이터압축이나후처리기법에의해서도손상 될수있고촬영방식에의존한다. 데이터압축과후처리는방식과의료영상 작업에따라정의되어야한다. 디지털촬영으로획득한미처리unprocessed 데이터가사용자에게가용해야한다. 디지털형광투시시스템은영상획득과제거가매우용이하다. 필요이상의영 상을얻는경향이있는데, 따라서임상학적으로필요한이상으로환자가피폭 할수있다. 절차프로토콜은이러한문제관리에적절해야한다. 현장진단참고준위DRL는의료촬영업무에서환자선량을관리하는유용한도구 이다. 비디지털영상화작업에대한진단참고준위는특정한유사디지털촬영 절차에적용되지못할수도있다. 환자선량인자를운전원제어반( 중재시술의경우 X- 선실내부) 에전시하여방 사선사와의료전문가가선량관리에참조하도록해야한다. 새로운디지털방식을사용하는방사선과의사, 의학물리사, 그리고방사선사는 영상품질과환자선량관리에필요한기초교육을받아야한다 디지털방사선의학에서영상품질( 또는진단정보) 과환자선량의관계 점 (30) 디지털방사선의학에서, 통상영상품질을결정하는인자들( 예, 잡음) 은선량 ( 즉, 환자나영상장비의흡수선량) 과잘연계된다. 디지털검출기의경우, 어느정도선량범위에서는선량이높을수록영상품질이향상된다( 예, 잡음감소). 선량이증가하면신호대잡음비SNR가개선된다( 잡음도선량과함께증가한다). 따라서, 특히자동노출제어AEC가일반적으로가용하지않은검사( 예; 침대에서촬영) 에서선량증가경향이발생할수있다. 영상품질은공간분해능과 SNR에의존하 -20-

30 며, SNR 은주로노출수준에의해좌우된다. 디지털영상의경우잡음은공간분해능을흐리게하고, 대비를감소시킨다(Herrmann 등, 2002) (31) 선량이낮으면잡음에따른영상품질저하효과가명백히나타날것이며, 따라서인지될가능성이높다. 그러나선량이높아질경우, 이로인한영상품질저하가없어과노출을인식하지못할것이다 (FDA,2001) 디지털방사선촬영 (32) 디지털영상시스템에서, 역동범위의증가는과노출혹은노출부족을인식하는것을더어렵게한다. 따라서이와같은시스템의초기설정이더욱문제일수있다. 이러한이유로, AEC 시험프로토콜, 시험장비( 모의피폭체포함), 그리고 X선발생장치와 QA 프로그램의초기설정변경에대한권고를구비하는것이매우중요하다. 디지털영상시스템의 X선에너지함수로서민감도는교체되는필름- 스크린영상시스템과차이를보일것이다. 이러한경우, AEC는반드시다시프로그램되어야한다. 이러한재프로그래밍은현재사용중인비디지털시스템을디지털영상수신기를사용하여업그레이드하거나, X선발생장치를포함한전체시스템을디지털영상시스템으로재설치할때에도적용된다. (33) 그림2.1과 2.2는선량과잡음수준이매우차이나는두개의임상영상을보여준다. 그림2.3 은서로다른선량에서시험용물체의영상을보여준다. 그림2.1. 요추의디지털영상. 형광투시시스템: 상대선량 (a) 10% (b) 100%. 이보고서의그림은 R. Loose, E. Vano, J.M. Fernandez과 B. Geiger 의승낙을받음. -21-

31 그림2.2. (a) 상대노출지수 1.15, 영상에잡음이매우많다. (b) 상대노출지수 1.87, 충분 한품질의영상. 그림2.3. Siemens Axiom Artis. (a) 저선량모드형광투시법, 20 cm PMMA(polymethyl methacrylate), 13 ugy/fr( 입사 PMMA) (b) cine 정규모드, 20 cm PMMA, 177 ugy/fr ( 입사 PMMA). (34) 디지털검출기의넓은역동범위는영상의품질저하없이검출기흡수선량또는환자의입사부위선량의범위가넓어질수있다. 선량이높을때, 영상이 검게 변하는전통적필름- 스크린시스템에는그렇지않다. 전산화방사선촬영시스템은 10 4 배까지방사선조사량에대해선형반응을보인다(Huda 등, 1997). -22-

32 (35) 디지털검출기에서도과도한선량은신호포화와영상일부분의품질( 진단정보) 손실을유발할수있다( 그림2.4 참조). 이러한현상은그러한과도한선량이사용되었을때흉부영상의폐부분에서쉽게관찰된다( 그림2.5). 이러한경우, 원본영상데이터가가용하면재촬영을피할수있다. 그림 2.4. 어깨통증진단. (a) 가성뼈용해pseudo osteolysis와폐의검은구멍이있는것처럼보이는과노출영상.(b) 정확한노출. 저장형광판,Agfa:ADC70. (36) 이러한명백한포화현상은전형적선량보다 4배또는 5배정도만높으면발생할수있다( 예를들어흉부검사에서 AEC 오용에의한결과). 이는공장에서설정한후처리기준에기인할가능성이있다. 이는사용자-정의후처리를통해불필요한재촬영을막기위해서, 원본영상을일정기간보존할필요성을강조한다 디지털형광투시 (37) 디지털형광투시검사에서는전통적방식처럼카세트나필름교환기를사 용할필요가없기때문에, 다량의영상을얻는것은매우용이하다. 게다가, 임상 -23-

33 진단을향상시킬기대로검사당다수의노출이이루어짐에따라많은영상을선택할수있다. 이러한모든일련의관행은환자의흡수선량을높인다. 진단정보( 영상의숫자와영상품질) 와환자선량간에는직접적인관계가존재한다. 그림2.5. (a) 흉부 LL( 측면) 로획득한흉부 PA 영상. 평판검출기, 125 kv, 6.2 mas, 0.54 mgy( 환자입사선량이필요보다 4 배높음). AEC 중심셀사용. 폐부분에포화영상을볼수있다. (b) 그레이스케일을반전한동일한영상. (c) 동일한영상. 픽셀내용 99% 의등고선. 일부폐영역은어떠한진단정보를제공할수없게포화되었다. 결과적으로재촬영했다. (38) Axelsson 등(2000) 은상부위장검사시, 일부디지털형광투시센터들이검사당노출회수가평균 68 회에달한다는결과를제시하였다. 전통시스템을 사용하는센터들의경우검사당평균노출회수는 16 회이다. -24-

34 (39) 영상자료의즉각가용성과새로운영상을쉽게얻을수있다는점이특정방사선검사의총영상수를증가시키는결과를가져오며, 따라서수반되는방사선피폭을증가시킨다. 디지털영상시스템의사용용이성으로인해발생하는이러한문제들을훈련자료, 현장훈련계속교육에서적시해야한다. (40) 디지털기법에대한영상품질기준을설정하고, 검사당얻을영상의합당한수도포함해야한다. 적절한환자선량관계량과검사당노출수가기록된다면, 진단참고준위는방사선량최적화에유용한수단이될수있다. (41) 또한, 디지털형광투시의경우검사결과를 PACS로전송하기전에무용한영상의삭제가용이하나, 거부분석reject analysis이나환자선량감사를수행하는것을어렵게만든다. 심지어이러한영상들이 PACS로보내져도무용한영상의수를감사하는것은쉽지않으며, 가능하다하여도시간소모적이다 의료영상작업에필요한영상품질( 또는진단정보) 투사( 단순) 방사선촬영 (42) 모든의료영상화작업이동일한수준의영상품질과진단정보를요구하는것은아니다. 각각의영상작업에대하여, 진단혹은영상품질에있어서분명한편익이존재하지않는과도한선량을방지하기위한기준이설정되어야한다. 예를들어골절추적에는그진단에서와동일한수준의영상품질이필요하지않다. 일상적인추적연구, 불안정성평가또는정형외과측정의경우, 디지털기법을적용하면방사선량이전통적필름- 스크린( 속도 400) 기법과비교했을때 75% 까지감소시키는것으로나타났다(Strotzer 등, 1998). (43) 처음에는전통적방사선촬영의품질기준에대한기존지침(CEC, 1996) 을 비록기준의일부( 특히영상의대비수준과관련된기준들) 는디지털촬영과관련성이적지만 디지털촬영에적용할수있다. 이지침은해부학적기준과더불어속도와필름- 스크린조합에관련된일부지시도제공한다. 이기준이디지털시스템의환자선량초기설정에도적용될수있다( 그러나이후기준을디지털촬영에대해최적화해야한다 ). (44) DIMOND 프로젝트를통하여( 용어풀이와 3.7 절참조) 디지털방사선촬영 -25-

35 시영상품질과환자선량관리를위한영상품질의 3 단계수준( 즉고, 중, 저품질) 을설정하였다(Busch, 2003; Busch 등, 2003). 특정영상기법에대하여, 상대 선량 값을( 필름-스크린영상획득에서속도등급 400, 800, 1600에해당하는값) 각각의영상품질수준에배정하였다. 속도등급의수치가높을수록환자선량은낮다. (45) 높은수준, 중간수준혹은낮은수준의영상품질을요구하는임상영상작업의예들을표2.1 에제시하였다(Busch, 2003). (46) 평판검출기, 저장형광판( 즉 CR) 그리고필름-스크린영상기법간의비교연구로얻은영상품질분류결과와 선량 배정의예를표2.2 에나타내었다. 표2.1. 높은수준, 중간수준또는낮은수준의영상품질을요구하는임상영상화작업 (Busch, 2003) 임상문제 영상품질 설명 일차뼈종양 높음 병변을구분해낼수있는영상 감염이나종양지시가없는만성요통 중간퇴행성변화는일반적이며특징적이아니다. 젊은환자( 예; 20 세이하, 척추전위증등) 나고령환자 ( 예, 55 세이상) 에주로사용 폐렴성인: 추적낮음제담등확인. 제담이늦을수있으므로 10일보다짧은간격으로재검사하는것은유용하지않음( 특히고령환자 ). 표2.2. 영상품질의수준( 괄호안숫자는속도등급을나타냄) 높음중간낮음 평판검출기 (400) 평판검출기 (800) 평판검출기 (1600) 저장형광판 (200/400) 저장형광판 (400) 저장형광판 (800) 필름- 스크린(200) 필름- 스크린(400) 필름- 스크린(800) 디지털형광투시 (47) 형광투시와획득한영상을모두사용하는복잡한검사를하는동안영상품질요건이절차전체를통해동일하지는않다. 다양한형광투시모드와다양한 범위의확대배율을활용할수있다. 모드에따라환자선량에차이가난다. 확대 -26-

36 모드또는고선량모드는절차의일부( 예: 협착을정량화할때) 에만필요하다. (48) 일련의영상을획득하는과정에서사용자는영상품질과영상당방사선량에대해여러가지를선택할수있다. 영상당선량은 10 배( 요구되는영상품질에좌우됨) 까지차이가날수있다. 따라서선량관리프로토콜과지침이매우중요하다. 프로토콜은원하는진단정보를획득하였다면계획한일련의촬영을멈추는요건을포함해야한다. (49) 진단참고준위는환자선량관리에유용하고실질적인도구로권고되어왔다 (ICRP, 1996, 2001b). 형광투시검사의경우, DRL 결정시영상의숫자와투시시간을고려하는것이도움이된다(Vano, Gonzalez, 2001; Vano 등, 2001) 영상품질평가절차 (50) 영상품질을평가하는첫단계는시험모의피폭체와관련스프트웨어를활 용하는것이다. 특수한시험모의피폭체를이용하여영상품질평가를위한주요 물리적인자들( 공간분해능, 문턱대조, 잡음, 검출양자효율등) 을평가할수있 다. (51) 물리적인자들의평가만으로는임상영상획득조건을최적화함에불충분하다. 수신기작동특성연구가최적조건을찾기위한더확실한방법이다 (Launders 등, 2001). (52) 통상경험많은방사선과의사를활용한해부학적계수기준을이용하여임상영상품질을평가한다. 디지털방사선의학에서영상품질에기여하는인자( 예: 감시기유형, 영상취급숙련도등) 가여럿이므로이방법이필요하다. 따라서영상품질의평가는새로운시스템이나소프트웨어가임상에사용되기전에수행되어야한다 환자선량에영향을미치는조치 (53) 표2.3에영상품질과환자선량에영향을미칠수있는조치들과그로인한영향을평가하여요약하였다. -27-

37 표2.3. 환자선량을증가시키거나감축하는조치 조치 일반사항( 투사촬영projection과투시 ) 영상에서잡음인식의감소( 즉, 신호대잡음비인지의감소 ) 상당수준잡음감소( 일부영역에서검출기의포화)( 예. 흉부영상의폐) 환자선량에미치는영향 증가 영상품질혹은진단정보에미치는영향 향상 증가악화, 재촬영 명백하게유용하지않은영상에대한판독대또는 증가 일부유용한정보손실 워크스테이션에서의영상삭제 a 가능 반복노출제어어려움 불충분한모니터사용환경(Kunz와 Busch, 2000) ( 예: 밝기와대비부족, 불충분한공간분해능, 등) 워크스테이션의영상시각화성능향상( 창과준위, 반전, 확대등) 후처리시발생하는문제, 수치화기, 프린터, 하드디스크문제( 그림2.6~2.13 참조), 영상획득도중발생하는전력공급장치결함, 네트워크문제등. 부적절한인식이나기타사유에의해네트워크또는 PACS 에서영상손실(Smith, Berlin, 2001) 부정확한디지털후처리에의해발생한인공물에기인하는가상병변또는잘못된병리발생 (Hennigs 등, 2001) b ( 그림2.4. 참조) 증가 감소 정보손실 동일영상에서더많은정보를획득할수있음 증가 간헐적인 영상손실 및 재촬영 증가 재촬영 영향무정보손실, 재촬영필요 PACS 저장영상의 ( 간헐적인) 후처리불가 증가 영상재분석불가 재촬영가능 서로다른후처리기법사용( 반복촬영을피하기위함 ) 이전에촬영된영상을보기위한 PACS의용이한접속과원격방사선의학의허용(Bergh 등, 2000) 절차수의정당화되지않은증가를위해디지털방사선의학을사용함(Reiner 등, 2000) 감소( 재촬영을회피 ) 감소 향상 향상 증가 필수적이지 않은 정보 제공 X선시스템제어반에선량지시기설치감소 c 특정한효과없음 투사촬영고유사항 부적절한교정이나자동노출시스템의오용및미사용허용 질이낮은저장형광판사용( 그림2.14~2.17) 재촬영으로선량증가 증가 영상품질 하락, 재촬영 필요 영상품질 손실, 재촬영 필요 -28-

38 감소불변표2.3. ( 계속) 환자선량에 영상품질 혹은 진단정 조치 미치는영향 보에미치는영향 촬영당영상수감소( 예: 요천골lumbosacral spine 척 추영상회피 ) p 적절한튜브전압사용(Launder 등 2001 참조), 일반적으로디지털시스템을위한올바른방사선촬영기법정립일부재촬영을피하기위한워크스테이션상의후처리가능성( 또한방사선사) 투시촬영고유사항 디지털 형광투시촬영시 촬영 당 영상수 증가 (Partan 등, 2001) 공간분해능향상을위한확대기법사용( 영상증폭장 치나평판검출기를이용한좁은조사야촬영 ) 감소영상품질이약간떨어지거나개선됨 감소 증가 피부선량증가시킬수있음 고선량형광투시촬영이나고선량디지털영상획득방 증가 개선 식사용 가상콜리메이션사용 감소 개선될가능성높음 펄스형광투시촬영 감소시킬수있음 개선 개선 개선 효과없음, 간헐적이고 부분적인 진단정보 손 실 (54) 다음은선량감소및영상품질향상의구체적인예들이다. Strotzer 등(2002) 은평판검출기를사용하여흉부방사선촬영선량을 33% 까지감소시킬수있음을보였다. Fink 등(2002) 은평판검출기를사용하여흉부영상획득시기존의속도200 필름-스크린영상시스템에비하여선량이 50% 감소된결과를보고하였다. Herrmann 등(2002) 은평판검출기를사용하여흉부촬영에의한선량을 50% 까지감소시킬수있음을보였다. -29-

39 Hennigs 등(2001) 은넓은영역의실리콘평판검출기를사용하는디지털흉부방사선촬영시스템을흉부의해부학적영상을제공하는전통적방사선촬영과비교하였다. PA 촬영의경우, 말초허파맥관과그레이스케일차이가거의없는허파문hilum을제외한전반적인영역에서디지털시스템이대체로뛰어난영상을제공하였다. 측방촬영의경우, 기관지, 늑골횡격동costodiaphragmatic recess, 그리고허파문영역영상품질이낮은것으로평가되었다. 흉골후방과심장후방폐영역의영상품질은높게평가되었다. (55) 검출기기술과시설의기준체계차이때문에종종선량감소를직접적으로비교하는것이불가능하기도하다 환자선량과영상품질관리를위한실용적조언 초기설정 (56) 새로운디지털시스템을임상행위에처음도입할때, 영상품질과환자선량간의최적의균형을이룰수있도록시스템을설정해야한다. Launders 등 (2001) 은흉부촬영에대한최적의튜브전압범위를선택하는방법론예들을발표하였다. 일부비정질셀레늄기반의 X선시스템들은흉부촬영에대해다른시스템에대한일반적인권고관전압150kV 보다낮은관전압범위(90~110 kv) 에최적화되어있다. (57) CR 의경우, 제작사가과피폭에대한안전조치로노출지수( 용어풀이의 선량지수dose index 참조) 를제공하고있지만권고값의근거는불분명하다. Peters와 Brennan(2002) 은특정 CR 시스템에대한지침으로이동식전산화흉부방사선촬영에서방사선피폭을최소화하기위한최적노출지수를수립하고, CR 제작사가제공하는지침및현재관행과비교하였다. Rill 등(2003) 은발견된결과들을임상에활용할목적으로 3종의상용 CR 시스템을비교하였다 디지털시스템의운전 -30-

40 그림2.6. 허파절제술환자의원본영상을후처리한두영상 (a) 폐조직 (b) 가 슴종격. 그림2.7. 침상디지털방사선촬영 (ADC70) (a) 그리드사용안함, 90 kv, 0.9 mas, 특수후처리 (b) 그리드사용, 117 kv, 1.4 mas, 표준후처리. 50% 이상의상대적인선량감소. -31-

41 그림2.8. PACS에기록중하드디스크문제가발생한경우. 영상의여러부분이결합되어불완전한영상을얻게됨. 그림2.9. 수치화기문제. 수평방향인공물발생. -32-

42 그림2.10. 수치화기문제. 수직방향인공물발생. 그림2.11. 수치화기문제. 수평방향인공물발생. -33-

43 그림2.12. 수치화기문제. 영상하단의포화현상. 그림2.13. 흉부영상의인쇄오류. -34-

44 그림2.14. 저장형광판의인공물. 그림2.15. 저장형광판오사용. 얼룩제거불가. -35-

45 그림2.16. 저장형광판훼손. 그림2.17. 저장형광판훼손 선량관련인자들의표시와활용 (59) 환자선량지표가운전제어반에( 중재방사선절차에서는 X 선실내부) 표시되 면, 이는방사선사, 방사선과의사그리고의학물리사가준비된프로토콜에따라 -36-

46 환자선량을관리하는데도움이될것이다. (60) 일부디지털시스템은노출지수( 용어정리참조) 를제공한다( 예: 선행시각모니터에칼라코드로제시). 노출지수는운전자에게검출기흡수선량이정상범위 ( 예: 녹색혹은파란색) 에있는지, 아니면너무높은범위( 붉은색) 에있는지를알려준다. 이지수는유용한교육및품질관리도구이지만, 노출지수와환자선량이직접적인관계에있지는않다. 현재는제조업체들마다다양한방식으로노출지수를산출하고있는데, 표준화된방식이확립된다면유용할것이다. (61) 선량데이터( 예를들어제어패널에보기쉽게표현된값) 의실시간수집은 DRL 과의비교를가능케하며, 선량관리를용이하게해주고환자가과도하게피 폭하는것을방지하는데도움이된다(Vano 등, 2002). 또한모든환자의개별 선량기록의자동적인편집을용이하게할수있으며, 특정기관에서수행하는 환자선량소급감사를위한데이터를제공한다(Mosser 등, 2002). (62) 표2.4는환자선량데이터에대한여러디지털기법의현황및향후기대되는발전상황을제시하였다. 표2.4. 환자선량데이터에대한디지털기법의현재현황및향후발전기대상황디지털현재사용가능한것향후발전기대기법방사선촬영기술, 환자선량평가및환자데이터전산화방사선촬영술선량또는노출지수의결합. RIS 에저장. 디지털방사선촬영술 방사선촬영기술, 환자 데이터와 환자선량 평 가 DICOM 머릿글header로부터자동정보추출. RIS 에저장. 방사선투시정보. 방사선촬영기술, 방사온라인피부선량지도및 DICOM 머릿글로부터형광투시술선장기하학및노출계자동정보추출. 열당선량인자 RIS 에저장. RIS: 방사선의학정보시스템radiology information system; DICOM: 의학영상전송규격Digital Imaging and Communications in Medicine 디지털형광투시시스템을위한특별고려사항 (63) 디지털형광투시시스템의경우, 영상검출기에서다양한조사야크기와형 -37-

47 광투시( 통상저, 중, 고선량률모드) 및영상획득( 때때로 4단계수준까지의영상품질과선량) 에다양한운전모드가가용하다. 때때로운전모드는제조자설정( 또는최초운영설정) 후처리알고리듬이나기하학적설정(C-arm 방향, 집속, 초점-피부또는초점- 영상검출기사이거리등) 과결합하여사용된다. 나아가서비스기사가이러한운전모드를사용자필요에따라다양한형태의필터, 펄스율모드, 펄스당선량등을조합하여조정할수있다. 방사선과의사는이러한설정들을주지하여절차를최적화할수있도록해야한다. (64) 환자선량을감축할수있는기술에는 (i) 조사이전콜리메이션( 가상콜리메 이션); (ii) 구리혹은탄탈륨필터를이용한빔고도여과 (iii) 특정촬영부위의 차등흡수를보상하기위한반투명여과 (iv) 투시촬영에서관심영역ROI 기법등 이포함된다. (65) 펄스형형광투시는환자선량감축잠재력이있다. 그러나서비스기사는펄스당선량, 펄스폭, 초당펄스수를맞추고, 펄스간격을채우기위해앞데이터를이용하여구성해야한다. 이러한작업은각각의촬영에대해서적절한영상품질을제공하며, 중요하게는선량감축을달성할것이다. 일부시스템의경우, 검사유형의필요에따라사용가능한피폭모드가프로그램화될수도있다. (66) 시설에서최적운전조건을선택하기위하여, 운전조건의모든가능한선택사양과함께의학물리사와서비스기사의도움을받는것이필수적이다. (67) 일부디지털시스템은중재방사선절차로사용될것이다. 이경우에는피부상해와같은결정적영향이더중요할것이다. 환자피부선량관리지침은이보고서에는자세히기술하지않는다. 간행물 85(ICRP, 2001b) 에형광투시를이용한중재방사선절차에대한권고사항들을제공하고있다. (68) 디지털형광투시시스템의실내in-room 운전에서직원의방사선방호도매우중요하다. 영상획득중에산란방사선선량률이형광투시때보다더높다. 요구되는획득영상수가증가하는경향이있다면, 직원의선량도동시에증가하기쉽다 영상압축의영향 (69) 영상압축은 PACS 에저장된영상품질에영향을주며, 영상을사용하기까 -38-

48 지걸리는시간( 네트워크를통한전송속도) 을변화시키는중요한요소가될수있다(Bergh와 Felix, 1999). 압축수준이너무높으면영상품질손실이발생할수있고결과적으로일부촬영의반복을요구하며이로인하여환자는추가선량을받게된다(Tuinenburg 등, 2000). (70) 필요한영상품질과조화를이루는압축수준은촬영방식(CR, 평판검출기, 디지털형광투시등) 과검사종류에크게의존한다. 따라서적당한압축수준은각의료기관의네트워크하부구조와사용가능한하드웨어를고려하여촬영방식마다설정해야한다. (71) Slone 등(2003) 은투시필름또는음극선관CRT을사용하여, 디지털흉부촬 영영상을인지되는수준의영상품질손실없이( 시각적무손실문턱이하) 기본 해독이가능한수준으로압축할수있는지여부를연구하였다. 이들은온전크기 의디지털흉부영상을 JPEG를이용하여 10:1 또는 20:1로압축하고재구성했 을때, 필름이나 CRT 디스플레이가기초해독을위한판독거리에서시각적으 로손실이없다는결론을얻었다. 10:1 압축의경우, 근접검사에서도시각적손 실이없었다. (72) 영상을다른병원으로배포하여일반컴퓨터모니터상에서검토한다면, 높은수준으로압축하는것이가능하다. 이로써전송속도를크게높일수있다. 고도압축영상은진단목적이아니라 2차의견이나참고목적으로만다른의료기관에배포될수있다. 진단목적으로배포한다면특별품질보증프로그램을수행할필요가있다. 압축수준이너무높으면( 예: 컴퓨터모니터에서보기위해), 영상이원본정보를모두갖지못할수도있음을인식하는것이요긴하다 진단참고준위(DRL) (73) 디지털방사선의학의경우, 환자선량을증가시킴으로써영상품질을개선하는것이상대적으로용이하다. 결과적으로환자선량이필요한수준이상으로높은방향으로이동하는경향이있다. 이러한이유로품질보증프로그램의일환으로환자선량평가가필름-스크린방사선의학보다더높은빈도로시행되어야한다. (74) 비디지털영상화업무의 DRL은유사한디지털영상절차에적용되지않을수도있기때문에, 필름-스크린기법을디지털기법으로대체할경우현장 DRL -39-

49 의재평가를반드시수행해야한다 실용적조언의점검목록 (75) 디지털방사선의학에서환자선량관리를위한실용적조언의유용한점검 목록은다음과같다. 임상에새로운디지털시스템을도입할경우, 영상품질과환자선량이최고의 조화를이루도록시스템을설정해야한다. 불필요한영상을워크스테이션에서삭제함을억제하고, 주기적으로통계적거 부율분석을수행한다. 워크스테이션의성능( 후처리기능, 영상을보여주는모니터의옵션등) 을잘 숙지해야한다. PACS 에서영상을손실하는것을막기위해모든영상을정확히식별한다. 디지털시스템의민감도범위와채택된후처리에적합하도록 AEC 교정을요 구한다. AEC 를사용할수있다면수동촬영을피해야한다. 그러나모든오류들이후 처리에의해서수정되는것은아니므로 AEC의올바른사용이보장되어야한 다( 예: 측면센서대신중앙센서를이용하여 PA 흉부영상을얻는오류가 발생할수있다. 이는추가노출을필요로한다.) 전통적방사선촬영과동일한( 혹은더적은) 수준으로유지하기위해검사당 영상수를관리해야한다. 형광투시대신에, 연속적인디지털영상을획득하는것을피해야한다( 디지털 영상을연속적으로획득할때의환자선량이형광투시에의한것보다크게높 다 ). 재촬영을피하기위해얻은영상을방사선사에게보여주는워크스테이션이있 어야한다. X선시스템제어반이나실내모니터에나타난선량지시에주의를기울이고이정보를활용하여환자선량을관리해야한다. 기존영상을검토하기위한 PACS 접속을쉽게하여재촬영을예방한다. 원하는해부학적부위에적합한콜리메이션을해야한다. 촬영이끝나면수학적방법( 즉, 소프트웨어) 이자동으로필요한부분의영상만을취하므로방사선과전문의가영상을받아서해독할때는필요이상의부분이노출되었음을알지못할것이다. 정확하게사전에프로그램된기법을선택해야한다. 예를들어복부촬영 (70~80 kv) 의절차를흉부촬영(120~130 kv) 에적용하면, 높은입사면선 -40-

50 량을받게될것이다 방사선과전문의와방사선사에게필요한훈련 (76) 디지털기법을사용하는방사선과의사, 의학물리사, 방사선사에게는디지털방사선의학에관한전문훈련이필요하다. 훈련은환자와의료진에대한방사선방호의기초적내용, 설치된 X 선시스템운전에대한세목, 시각화장치사용, 후처리기능, PACS가설치된경우는 PACS 의운영을포함해야한다(Bergh와공동연구자, 2000; Busch, 1997). (77) 유럽컨소시엄 DIMONDDose and Image Quality in Digital Imaging and Interventional Radiology는유럽 7 개국병원의방사선과의사, 의학물리사, 방사선사들을대상으로사용가능한훈련원과관련된훈련주제들을조사한바있다. 주요결과중하나는국가또는국제기관에서제공하는디지털방사선의학훈련자원이부족하다는것이었다. 또한디지털방사선의학으로전환하는과도기에, 30~35% 의전문가들이현장훈련을받았고나머지 23~28% 는디지털기기의제조업자의협조아래현장훈련을받았다는결과를얻었다. DIMOND는전산화및디지털방사선촬영, 디지털형광투시, 디지털유방촬영술, 그리고디지털시각화및결과보고와관한문제에대한구체적훈련목표에대한지침들을제작하고있다. 이조사에추가하여희망훈련시간도제안된바있다(Peer 등, 2003). (78) 디지털방사선의학훈련주제의요강을아래에나타내었다. 의상세목록은부록C 에제공된다. 디지털영상획득을위한 X선시스템 영상획득 영상후처리 영상전송 영상분석 품질관리 (QC) 디지털시각화와보고관련사항 워크스테이션 영상전시 영상전송과기록저장 환자선량관리 훈련프로그램 -41-

51 (79) 방사선방호훈련을받지않은의사가디지털형광투시시스템을사용하는경우들이있는데, 이는환자선량관리에영향을준다(Archer와 Wager, 2000). 이들을위한훈련프로그램에환자와의료진의방사선방호에관한기초를포함해야한다. -42-

52 3. 규제관점과품질경영 요 가까운장래에많은의료시설들은점점디지털영상의전시와분석에의존하게 되어무필름으로될것이다. 이러한패러다임변화는새로운지침과규제를 필요로할것이며, 의사와방사선의학종사자에대해품질경영분야의새로운 도전을요구할것이다. 디지털시스템을개시하거나새로운기술을도입할때는임상전문가, 의학물 리사및방사선사가관계해야한다. 이러한협력의목표는적절한환자선량에 서수용가능한영상을생산하기위해영상획득능력과방사선량관리가통합 됨을보장하기위함이다. 합의된절차포로토콜의개발( 정당화와최적화원리 를포함이이러한과정의핵심이될것이다 ). 정당화기준은시설을디지털영상체계로전환하는과정에서 QA 프로그램을 업데이트할때고려해야하는주요요소중하나이다. 디지털시스템은영상 획득과저장이상대적으로용이하기때문에검사빈도가증가하는경향이있 다. 일단디지털시스템이사용되면, 영상품질과환자선량관리를유지함을보장하 기위한포괄적 QC 프로그램이요구된다. QC 프로그램은영상품질이나환자 선량의유의한변화를모두감지할수있어야하며, 임상편익증가없이선 량이높아지는경향을방지해야한다. 디지털방사선의학에서, 진단참고준위는환자선량관리의효과적인참조점이 되어불필요하게높은환자선량을예방할수있다. 점 3.1. 방사선방호원리 행위의정당화(justification) (80) 전통 X 선검사와마찬가지로, 디지털방사선검사의결정도정당화되어야한다. 정당화의개념과의료상방사선피폭정당화의기본원리적용은여러곳에기술되어있다 (IAEA, 1996; ICRP, 1977, 1991). (81) 일반의사들과방사선과의사들은자주방사선절차의사용여부를결정해야한다. 이결정은다음을따라야한다. -43-

53 환자관리와연관하여방사선절차의잠재적가치를평가하고, 절차에따르는위험과이득을평가한다( 예: 필요한임상정보를획득할가능성이크고환자의질병관리에영향을줄것으로보이는가?). 진단에도움을줄수있는최적의절차를결정한다. 이전검사로부터결과를얻을가능성을고려한다. (82) 정당화는주치의와방사선과의사가다음에근거하여방사선절차를결정함을의미한다. 환자병력, 환자의임상검사, 임상병리실험결과 방사선검사기법또는대안기법의가용성 (83) 독자들은모범방사선의료의예를제시하는간행물들(WHO, 1983, 1987; RCR, 1993; CEC, 1996, 2000) 을참조하기바란다. (84) Reiner 등(2000) 은일부종합의료시설의경우전통방식에서디지털방사선의학으로전환된이후로방사선검사수가크게증가한것으로보고하였다. 이연구는미국의여러병원에서대해수행되었는데, 무필름시스템으로전환한뒤입원환자이용( 즉, 환자- 일당검사수) 이 82%(0.265에서 검사/ 환자-일로증가) 증가한것을나타내었다. 이는필름을기반으로하는병원들의전국증가량인 11% (0.190에서 검사/ 환자- 일로증가) 보다매우큰값이다. 외래환자이용( 즉외래당검사수) 은전국필름기반병원에서 19% 감소에반해 21% (0.108에서 검사/ 왜래) 증가하였다. (85) 이러한증가는디지털시스템이상대적으로영상획득및저장이용이하기때문에발생한결과로보인다. 따라서정당화기준은시설을디지털영상체계로전환하여 QA 프로그램을업데이트할때고려할주요요소의하나가되어야한다 최적화(Optimisation) (86) 디지털방사선의학절차의최적화( 방사선방호목적) 는검사하는신체부위조직이받는흡수선량을그환자에게필요한임상정보를획득과조화되는수준으로관리함을의미한다(ICRP, 1991). 이개념은특히디지털방사선의학에서중요한데, 검사가넓은선량범위에서행해질수있기때문이다. 선량이높을수록 최고의영상( 최소잡음의영상) 을얻는다. 그러나많은경우, 낮은선량에서도충 -44-

54 분한진단품질의영상을얻을수있다. 따라서방사선검사는요구되는의료영상목적을만족하면서합리적으로달성할수있는최소환자선량(ALARA) 으로수행되어야한다. (87) 디지털방사선의료에서방사선방호최적화에는다양한양상이있다. 일부는설비디자인고려나환자선량감축을위한기술적방법에적용된다. 다르게는방사선검사와기술변수들을적절하게선택함으로써불필요한환자선량을감축하는운영접근도있다. 예를들어, 디지털형광투시시스템에서는영상생성이손쉽기때문에임상적으로필요한이상으로영상을획득하는경향이증가한다. 따라서디지털방사선의학기술과프로토콜을위한방사선방호의최적화는이러한절차에대한전반적 QA 프로그램의핵심적인부분이다 품질관리와영상관리 품질관리 (88) 품질관리(QC) 는각단위에서얻는디지털영상이일관되게최고품질을유지함을보장하기위해, 영상팀이제공하는일련의다른기술절차들에관한공정이다. 영상관리는시스템의정지시간을최소화하고최대효율을유지할수있도록돕는다. (89) 일반적으로 QC 책임자가선임하는방사선사가대개의학물리사의지도아래규정된 QC 시험을수행한다. 또한의학물리사는디지털영상이영상생산에필요한방사선량에대해최적화되었는지를확인하는시험을수행한다. 영상처리와네트워크시스템의문제점을평가하고시정하며수리의기안, 유지관리를관장할영상관리전문가가있어야한다. (90) 품질관리책임의사는 QC 프로그램의요건을이해하고, 그이행과감독의최종책임을진다. 요약하면, 영상품질이최적화되고환자선량이적절하게관리되며시스템의문제가적시에효과적으로시정되는것을보장하기위해포괄적 인 QC 프로그램이필요하다. 구체적인업무는 QC 팀의각구성원이수행한다. -45-

55 기기성능평가 (91) 디지털방사선의학시스템을임상적으로사용하기에앞서수용시험 acceptance test을통과해야한다. 수행하는시험은시스템의전반적인영상획득능력, 수용가능한영상을얻기위해필요한환자선량을평가하도록설계된다. 수용보고서는제조자가명시한모든사항을포함하여수행된각시험의결과를제시해야한다. 요건을충족시키지못한항목이있거나개선필요가있다면, 이러한항목들은임상에사용되기전에시정되어야한다. 시정조치는 X선장치수리필요나영상품질향상을위한권고( 기술인자및시각화조건의변화등) 를포함한다. (92) 초기수용평가이후, 장치에대해매년마다, 그리고수리를받거나 X 선관, AEC 또는디지털수신기와같은주요부품을교체한이후에는조사해야한다. 성능평가를위한구체적시험은디지털시스템유형에따라다르다. 예를들어, 전영역full-field 디지털유방촬영시스템의성능시험은 CR 기기의시험과다를것이다. 다음목록은대부분의디지털방사선촬영시스템에권고되는수용시험의일부이다. 콜리메이션평가 인공물평가 디지털수신기균일성 선질평가( 반가층측정) 관전압정확성과재현성 노출재현성 영상품질 모니터시스템증폭도 방사선출력과입사선량. (93) 의학물리사가수행하는가장중요한측정은환자선량평가이다. 수용가능한영상을얻기위해필요한선량은제2장에서논의하였던여러변수들의직접적인영향을받는다. 여러종류의의료방사선검사의 DRL에대한권고는제3.4 절에서검토할것이다. (94) 시스템증폭도는영상증폭관이밝은영상을생성하는능력을의미한다. 디지털시스템에서증폭도는수용가능한선량으로최적의영상품질을획득하기위해최적화되어야하는인자중하나이다. 오래되고부적절하게구성된시스템 -46-

56 은잘못된증폭도값을내기때문에시스템증폭도를감시하는것이중요하다. 형광투시에서부적절한증폭도는영상증폭관의입력선량률을통해감지될수있다. 디지털투사방사선촬영의경우, 각각의장치는설계된특정증폭도를갖는다. 만약증폭도를너무높게설정하면전기적잡음이증폭된다. 증폭도가너무낮으면불량한 SNR 을얻는다. 영상시스템의 SNR이증가할수록시스템이미묘하고낮은대비의병변을구별할수있는능력이향상된다( 제2 장참조). CR 을비롯한다른디지털시스템의증폭도를제어하여일관성과최적화를성취하는것이매우중요하다 품질관리시험 (95) 디지털방사선촬영시스템의품질관리는시간경과에따른시스템성능저하를방지하기위해필요하다. 자격이인증된사람에의해수행되는구체적 QC 시험들은기기종류에따라달라진다. 예를들어디지털흉부촬영시스템의경우전영역디지털유방촬영시스템(FFDM) 의 QC 프로토콜설정과는다를것이다. 전형적으로프로토콜과절차들은제작사나당국에의해명시된다. 일정시험들은매일, 매주, 매월또는매분기마다수행되도록계획된다. 이시험들은시스템이지속적으로최고표준으로작동됨을보장하도록고안되었다. 시험결과는문서화되어야하며, 주기적으로검토되어야한다. (96) 다음목록은디지털방사선촬영시스템에서수행되도록권고된 QC 시험의일부이다. 구체적절차와권고된주기는디지털시스템의유형에따라달라진다. 모니터청결 평면-조사야균일성 팬텀영상품질 대비-잡음비 반복분석 시스템, 모니터, 필름점검 카세트노출감응, 균일성, 인공물(CR 시스템의경우). (97) 추가적으로 영화 TV 엔지니어학회 Society of Motion Picture and Television Engineers(SMPTE) 의시험양식(Gray 등, 1985) 과같은시험영상으로정상운영을모의한조건에서시스템의전시성능을시험해야한다. 전반적인 SMPTE 영상의현상에전체적인공물( 예: 번짐, 밝은전시영역이어두운영역으로번지는현 상bleeding, 공간분해능패턴의에일리어징) 이없는지검사해야한다. 일차해석에 -47-

57 사용되는전시모니터는최소한매월시험해야한다 감시와문서화 (98) 디지털영상관리시스템을사용하는모든시설은제3.2절에열거된각영역별감시및평가프로토콜을문서형태로보유해야한다. QC팀은시스템의영상획득, 디지털화, 압축, 전송, 전시, 그리고저장및검색기능의성능을평가하고문서화할책임이있다. (99) 또한지속적인고품질과시스템기능유지를위해컴퓨터에해박하고데이터관리시스템의운영및유지에자격을갖춘보조자를둘것을권고한다 전기안전검사 (100) 전기기기와설비들은최초사용전, 중요한변경후, 그리고적절한정기적간격으로검사를받아야한다. 기기들을사용개시전에전기기기의설치및운전에책임이있는담당자에의해검사가이루어져야한다. 검사결과는문서로보관되어야한다. 사용자는일상검사를수행하고결과를기록할책임이있다 진단참고준위 (101) 진단참고준위는방사선의학에서환자선량관리를위한실용도구로사용 하도록 ICRP 가도입하였다(ICRP, 1991, 1996). 이준위는조사준위의한형태 로서용이한측정량-보통은공기흡수선량또는단순한표준팬텀이나대표적환 자의표면에서조직등가물질의흡수선량- 에적용된다 (ICRP, 1996). DRL 활용 에관한추가적인조언은다른 ICRP 간행물(ICRP, 2001b) 에제시하였다. 특정 영상업무에서 DRL 보다낮은값이반드시최적이라는것은아니며, 그절차가현 재의의료관행수준의환자선량을사용하고있음을나타내는것이다. 지속적으로 DRL 보다높다면, 환자선량에영향을미치는속성들에대해영상절차프로토콜 을변경할필요가있는지를결정하기위한검토가필요하다. 복잡한영상화절차 의 DRL 활용의예는 Vano와 Gonzalez(2001) 또는 Vano 등(2001) 의연구에서 볼수있다. 영국에서일반적인전통진단X 선( 비디지털) 투사에대해 DRL을활 용한결과, 환자선량이 30% 가량감소하였다(Hart 등, 2002). -48-

58 (102) 과도한수준의피폭이고품질영상을주는잠재력때문에, 디지털영상획득에 DRL 을적용하는것은매우중요하다. 또한, 심장연구에서다중씨네촬영 cine run이나방사선투과촬영에서포토스팟photospot 영상의디지털기록이용이함은이러한기술을과다사용하게만든다. (103) 디지털시스템에서환자입사선량혹은선량률측정은용이하게수행된다. 디지털시스템에서이와유사한측정이 QC 프로그램의일부분으로수행되고있 다. 이러한측정으로기기의불량한설정이나교정, 영상증폭관성능이시간경과 에따라저하된것을식별한다. 그러나지금까지는특정디지털연구에적용할 DRL 에대한국제적인합의가이루어지지않았다. 그럼에도불구하고의료영상 시설의관계자는 DRL 관련문헌을조사하여자신의시설에적용하도록노력해 야한다 디지털영상화에서선량준위감사 (104) 디지털영상화에서선량준위감사를위한다양한접근이있다. 어떤사람들은환자표면의입사흡수선량( 환자평면에서 D a, i 또는 D a,e ) 측정을주장하고, 다른사람들은디지털검출기의입사흡수선량( 검출기평면에서 D a, i 또는 D a,e) 측정을주장한다. 두측정전략은그측정철학과측정값에서상당히다르다. (105) 검출기평면의흡수선량을측정하는방법의장점은 QA 프로그램에쉽게통합하여사용할수있다는것이다. 실제측정값은사용된측정프로토콜( 예: 감시체의종류와두께) 에의존한다. 이는서로다른기기간의비교와높은선량이예상되는기기의예측에사용될수있다. 주된결점은측정값이환자의실제흡수선량을반영하지않는다는것이다. 환자흡수선량은환자의크기와조성, 그리고사용된임상프로토콜의영향을받는다(Vano 등, 2002). (106) 두값( 즉, 환자평면과검출기평면에서흡수선량) 사이에는차이가있을것이다. 차이는역자승법칙, 환자체내의감쇠, 그리고임상프로토콜에서기인한다. 차이는특히사용된관전압과관필터에도의존한다 결정적상해 (107) 장시간의형광투시가있는중재방사선시술을받은환자에게발생한결정 -49-

59 적손상에관한보고들이여럿있다(Geise와 O'Dea, 1999; ICRP, 2001b; Vano 등, 1998; Wagner 등, 2000). 중재방사선의학에의한결정적손상은전통적또는디지털형광투시모두에서발생하며, 이는여러요인들이결합된결과이다. 과거의사례분석으로얻은주된기여인자는고선량률기기의사용으로나타났다(Faulkner와 Vano, 2001). 다른원인은중재방사선을시술하는실무자에대한방사선관리훈련및교육의부족이다(Archer와 Wagner, 2000). 형광투시를사용하는중재적시술절차에서방사선상해억제에관한포괄적인논의는다른 ICRP 간행물(2001a) 에서볼수있다 DICOM 표준 DICOM 표준 (108) 의학영상전송Digital Imaging and Communications in Medicine: DICOM 표준은디지털방사선의학영상및다른의학적정보를컴퓨터간에전송하기위한산업표준이다(NEMA, 1996). DICOM 표준은다양한제작사의의료영상기기와시스템사이의디지털정보전달을가능토록한다. 이러한연결성은보건의비용효과측면에서중요하며, 사용자가의료시설내부뿐만아니라원격으로도방사선의학서비스를제공할수있도록해준다. 예를들어, 제작사가다르고동일한지역혹은서로다른지역에설치된워크스테이션, 디지털영상기, 필름수치화기, 공유저장장치, 레이저프린터, 주컴퓨터및대형고속컴퓨터가 DICOM 표준을통해서 상호의사소통 을할수있다. 그결과의료영상의획득과상호교류가더욱효율적으로이루어지고, 따라서의사의진단과치료결정이더욱신속하게이루어지게된다. 추가정보는 에서얻을수있다. (109) 그러나 DICOM 표준과일치하지않아시스템간의사소통이정확하게이루어지지않는문제도발생한다. DICOM 표준과맞지않아영상을분실하거나다른곳에저장하게되면연구를재수행해야하며이는곧환자선량의증가를가져온다. (110) 영국의 Royal College of Radiologists와 American College of Radiology 는원격진료방사선의학표준(ACR, 1998a; RCR, 1999; SCAR, 1994) 과디지털영상관리에관한표준도제작하였다(ACR, 1998b; RCR, 1999). -50-

60 정보보안문제 (111) DICOM 표준은모든환자데이터에대한프라이버시와비밀같은보안 문제를 다루지 않는다. 새로운 규정들, 예를 들어 미국의 Health Insurance Portability and Accountability Act(HIPAA, 2000) 는보안, 데이터건전성, 환자 비밀보장과같은여러분야에엄격한책임체계를요구하고있다. 프라이버시나 디지털전자영상의품질을위한이러한요건은부서나병원내부의인트라넷 영상뿐만아니라원격방사선의학까지미친다. 의료시설은접근제한과암호화를 포함하는다양한수준의시스템보안을시행하는것이필요하다. 환자식별이가 능한건강관리정보를다루는모든조직에서기반시설보호가매우중요한데다 음과같은방법을통해이룰수있다. 네트워크나네트워크자산에승인되지않은접속을방지한다. 데이터접속을방호하기위한접속통제와인증수단을확립한다. 데이터건전성과환자비밀유지를보장한다( 즉, 데이터자체로부터식별인자 를제거한다. 원본데이터가보호되어교체, 압축등으로손상되지않도록한 다 ). (112) PACS 제작사는 PACS 의주요장점( 즉영상과환자정보접속의용이함) 을손상하지않으면서높은수준의데이터보안, 오류감내도fault tolerance, 환자프라이버시를제공하도록압박을받고있다. 디지털시스템구매자는이와같은보안위협에주의해야한다. (113) 때때로, 영상의사용과다른의료시설로전송이쉽지않아불필요하게절차가반복되는수도있다. -51-

61 4. 디지털방사선의학에대한 ICRP의권고 디지털기법을임상에사용하기에앞서방사선과의사, 의학물리사그리고방사 선사들은특히환자선량관리면에서적절한교육을받아야한다. 운영시설에새로운디지털시스템을도입할때는현장 DRL을재검토해야한 다. 운영시설에디지털기법이도입되면환자선량감사빈도를높여야한다. 엄격한 QA 프로그램을위한객관적시험뿐만아니라디지털영상시스템의성 능에대한독립적인시험을위해서사용자가원본영상데이터를이용할수 있도록제공되어야한다. 새로운디지털시스템이나후처리소프트웨어가도입된때에는방사선량에대 한최적화프로그램과계속교육을병행하여수행해야한다. 디지털방사선의학의품질관리는새로운절차와프로토콜을필요로한다. 수용 시험과항구성시험은영상의전시, 전송및저장과관련된속성을포함해야 한다. 네트워크와 PACS 유지전담전문가가가용해야한다. 디지털방사선의학영상의획득과현대통신네트워크를통한전송이용이해짐 에따라주치의는의료 X선영상화절차요청의정당화기준을충분히숙지하 고있어야한다. 산업계는방사선과의사, 방사선사그리고의학물리사에게노출변수와최종환 자선량을알려주는도구제공을촉진해야한다. 노출변수와환자선량은표준 화되어전시되고기록되어야한다. -52-

62 부록 A. 디지털시스템의기초와장점 요 모든디지털방사선촬영장치들은 X 선검출단계, 디지털정보의최종저장, 그리고영상전시수단( 예: 진단품질을제공하는모니터에연결된적절한전시소프트웨어를내장한워크스테이션) 이물리적으로분리된부품이라는특성을갖는다. 의료영상교류분야에는 DICOM 표준프로토콜이확립되어있다. 그러나새로운기술과방식들의급속한발전으로인하여, 서로다른제작사시스템간의호환성과연결성은여전히큰과제로남아있다. 저장형광체시스템은 X선노출에의한영상을잠상정보로기록하기위해저장형광판을사용한다. 이시스템은카세트를사용하기때문에기존 X선장비들을별다른수정없이사용할수있다. 그러나노출변수들은영상데이터와함께자동으로저장되지는않는다. 평판' 검출기는최신개발품이다. X선검출과영상출력이한단계로이루어진다. X선변환기와출력전자회로를통합한집합체가이검출기의일반적특징이다. 평판검출기를탑재한 X선장치는노출변수를영상데이터와함께저장할수있다. 영상정보를수치화함의한가지장점은시각화를개선하기위해영상처리기법을적용할수있다는것이다. 이러한처리능력의결과로영상명도( 또는흑화도) 와노출사이에더이상엄격한상관관계가없다. 모든워크스테이션에서사용할수있는 창설정 기능은화소값의전영역중일부를특정화하여전시할수있게한다. 설정된창영역밖의모든영상정보는보이지않게된다. 창의중점과폭은대개영상의 DICOM 머릿글의일부로전달된다. 창설정이틀리면과소또는과다노출로잘못해석될수있다. 성능이좋지않은전시장치는획득한데이터의품질을손상시킬수있다. 사용자는반드시주요디스플레이지표의물리적특징이나, 특정모델을참고하여영상디스플레이장비의최소요구사항에대한정보를충분히숙지해야한다. 점 -53-

63 A.1. 서론 (A1) 본질적으로디지털기술을사용하는 CT나 MRI 와달리, 모든디지털방사선투사촬영은전통적인( 즉, 아날로그) 기술로부터지속적인개발을거치면서발전한것이다. 방사선의학분야에는다양한디지털응용기술이있으며, 이들각각의응용기술은특정 X 선장치를요구한다. 전통적방사선의학시스템의기존응용범위는크게방사선촬영과형광투시의두그룹으로나뉜다. (A2) 이러한구분은디지털 X 선기기에도동일하게적용된다. 그러나기기의일부품목은방사선촬영과형광투시모두에적용된다. 이두그룹의디지털시스템개발과정은매우다르다는것을주지해야한다. (A3) 영상증폭관기반의형광투시시스템은 LIH 와하드디스크기록( 디지털영상획득세트 ) 과같은영상의중간저장을위한수단이추가되었다. 영상증폭관 TV 시스템에서이루어지는형광투시의 X 선검출핵심요소는거의변하지않았다. 최근에는수치화, 신호처리그리고획득된일련의영상기록을위한추가부품의점진적통합을통해 TV 시스템이개선되고있다. 실시간디지털영상처리도입은영상품질을향상시키고있다. 디지털영상처리에의해가능해진기회를제외하면, 영상증폭관 TV 시스템의기본적인운영은근본적으로바뀌지않았다. 평판검출기를사용한새로운형광투시시스템은디지털검출기의모든기능을지원한다. (A4) 이는 Bucky 침상이나벽면스탠드와같은직접방사선촬영장치에는해당되지않는다. 전통 X선검출기는필름- 스크린조합을사용하는카세트방식이다. 발광스크린은검출의첫단계로작용하며 X 선영상을빛으로변환한다. 두번째검출단계에서는발광스크린에서생성된빛이사진필름을감광시킨다. 습식화학과정으로필름이현상되며이것이최종영상저장장치가된다. (A5) 모든디지털방사선촬영장치들의특징은 X 선검출단계, 최종저장, 그리고영상전시가물리적으로분리된요소라는것이다. 이는실제이용에서아날로그와디지털방식간의차이를명확히이해하는데매우중요하다. 그결과로, 디지털 X선시스템을사용할때임상환경에서충족시켜야하는몇가지요건들이있다. -54-

64 (A6) 원칙적으로디지털작업공정의최소한의기술환경은 X선장치와여기에연결된프린터로구성된다. 디지털능력의용도를높이기위해서는적어도다음의요소들은지역네트워크내에연결해야한다. 진단품질을제공하는모니터에연결된전시장치( 예: 적합한전시소프트웨어를탑재한워크스테이션). 이로써영상처리가가능해진다. 저장/ 기록장치. 예로서하드디스크랙, 독립적디스크들의후비열redundant array, 자기- 광학콤팩트디스크, DVD 또는최소한진단품질출력의프린터. 디지털영상내의정보는방대하고나아가디지털방사선과에서획득하는대량의영상으로인하여디지털정보저장에매우큰용량이요구된다. 저장/ 기록장치는통상 영상저장전송체계PACS' 라불린다. (A7) PC 의광범위한보급과함께, 병원내의행정절차도상당히변화하였다. 병원정보시스템과방사선의학정보시스템이통합데이터네트워크의본질적요소가되었다. 그러한기존데이터관리를통해활용하기위해서는, 디지털 X선장치도운영스케줄에융합되어야한다. 입원수속에서얻은인적데이터, 자료를요청한의사의성명, 그리고절차가 X 선장치에서직접확보할수있어야한다. 이는작업흐름을현저하게개선하고또실수( 예: 중복데이터입력으로인한) 를줄일수있다. (A8) 예를들어오류가없고, 안전하고, 안정적인정보교류를위해, 전화통신이나방송처럼고도의표준화공정이반드시이루어져야한다. 의료정보교류분야에서는 DICOM 표준이사용되어왔다(Mildenberger 등, 2002). 따라서새로도입되는모든의료제품들은 DICOM 표준에따라야한다. 그러나새로운기술과방법의급속한발전으로인하여, 다른제작자가공급한시스템간의호환성과연결성은여전히해결할문제로남아있다. A.2. 기본용어 (A9) 실제관점에서아날로그와디지털시스템의가장큰차이는최종영상을유한수의세트로저장하는것이다. 이렇게물리적매체를수학적서술로변환하는것은최신컴퓨터기술과정보처리발전의장점을활용할수있는기회를제공한다. 이러한절차의품질을유지하기위해서는선별된용어의이해가중요하다 ( 용어설명참조). -55-

65 A.3. 디지털시스템의영상획득과정 A.3.1. X 선변환 (A10) 환자를투과한 X선빔으로부터정보를변환하는첫단계는 X선을검출하 여들어오는양을신호로변환하는것이다. 형광투시의경우, 이러한변환은잘 수립된영상증폭관으로이루어진다. 영상증폭관에서 X선이형광스크린에흡수 되어빛광자로변환된다. 변환된광자는광음극과충돌하여입사 X선에비례하 는전자를방출시킨다. 이러한광전자들은진공상태의영상증폭관을통과하면서 가속되어증폭된빛영상을생성한다. 이빛은 TV 카메라에의해변환되어최종 적으로디지털화된다. (A11) 근래에가용한디지털형광투시시스템도근본적인면에서는큰차이점이없다. 향후개발이예상되는역동적평판검출기에대한간략한설명은부록 A.3.3 에서주어진다. (A12) 방사선촬영응용에사용되는 X 선변환기는근본적으로변화했다. 전통적필름의수치화와는달리, 모든현대디지털검출기는필름-스크린조합의완전한교체에바탕을둔다. 지난 20 년간의집중적인연구결과, 여러기술적해법들이개발되어상용화되고있다. (A13) 물리적관점에서볼때, 검출기는종종 직접 및 간접 변환원리의두 가지로분류된다. 직접원리: X 선이중간단계를거치지않고반도체물질( 예: 비정질셀레늄) 에 의하여곧바로전하로변환된다. 간접원리: X 선이섬광체( 예: 옥화세슘) 에의하여빛광자로변환되고광자는 센서( 광다이오드가결합된비정질실리콘판) 에의해전하로변환된다. (A14) 실용측면에서, 디지털검출기는현장이용성능에따라다시세분되기도한다. 물리적크기, 출력속도, 공간분해능, 그리고사용방사선량범위가주요성능인자들이다. A.3.2. (A15) 저장형광체시스템 한동안가장널리사용되던디지털방사선촬영시스템은저장형광판에기 초한것이었다. 이기술은 CR 시스템이라는명칭으로도입되었다. 다른기술의 -56-

66 도입으로이러한명칭이오해의소지가있어, 여기서는문헌에서보통사용되는 저장형광체시스템 을사용하였다. 저장형광판에서는 X선조사에의한영상이여기전자로표현되는잠상정보로유지된다. 영상정보는레이저로형광체판을스캔하여판독된다. 여기전자들은그들의에너지를가시광선에너지형태로방출하게되고, 동시에이빛이광센서에의해검출된다. 판을고광도섬광으로지워재사용할수있다. 저장형광판의수명은형광체의피로와긁힘과같은기계적손상에의하여제한된다. (A16) 저장형광체시스템은여전히카세트에기반을두고있어서기존 X선장치를별다른변경없이사용할수있다. 추가로독립적인영상판독장치가필요한데대개이장치는기초영상처리기능과네트워크연결성을제공한다. X선장치와영상판독장치가연결되어있지않기때문에, 일반적으로노출변수(kVp, mas, 선량면적곱DAP) 들이자동적으로영상설명데이터의일부( 예: DICOM 머릿글) 로저장될수는없다. A.3.3. 고체( 평판) 검출기 (A17) 최근에는 X선검출과영상출력이한단계로수행되어수초내에전시장치에최종영상을보여주는고체또는 평판 검출기가개발되었다. (A18) 가장일반적인디자인은비정질실리콘판위에 X선변환물질층이결합 된샌드위치모양의집합체이다. 비정질실리콘판은 130~200 의크기를가 진 2 차원픽셀로구성된영상매트릭스를형성한다. 전형적으로 70% 의픽셀면 적이섬광체의빛을전하로변환시키는광다이오드와연계되어있다. 행과열로 구성된전기회로는픽셀에의해수집된전하를증폭기에전달하고( 즉, 행과열별 로) 비정질실리콘판뒷면에방사선으로부터보호된아날로그-디지털변환기로 연결된다. (A19) 고체검출기술은매초 30 프레임까지향상된속도를제공하는역동적검출기도생산하였다. 유용한흡수선량범위를수 ngy/ 영상수준으로낮추었는데, 이러한역동적검출기는저선량형광투시, 중재방사선혈관조영법, 그리고고해 상도방사선촬영에사용할수있다( 표A.1). -57-

67 표A.1. 제A.3절에서논의하는기술의이용과영향 예상되는기술영향 a) 이용검출기기술 형광투시 방사선촬영 유방촬영 영상증폭관-TV 카메라 + o - 저장형광판시스템 (CR) - + o 증폭스크린-광학카메라 고체검출기 CsI/a-Si( 간접) 셀레늄드럼 - o - 고체검출기 a-se/a-si( 직접) o + + a-si: 비정질실리콘; a-se: 비정질셀레늄; CR: 전산화방사선촬영; CsI: 옥화세슘 a) 부호의의미: + 높음; o 보통; - 낮거나없음. A.4. 영상처리 (A20) 영상정보를디지털화하는동기중하나는영상품질을향상시키고새로 운의료응용( 예: 영상융합) 을위한영상처리기법의활용이다. 디지털영상처리 는다음과같은특징과목적을갖는다. 영상조정( 예: 장치의물리적속성에따른 raw영상2) 데이터세트의기초적인 수정 ) 영상( 품질) 강화( 예: 관용도latitude, 국부대비강화, 공간분해능, 잡음억제) 영상정량[ 예: 길이및각도측정( 예: 신경외과수술계획에서척추측만도평 가 )] 영상문서화[ 예: 영상을환자의인적자료, 절차정보, 글및그림주석, 노출변 수(kV, mas, ms, 선량- 면적곱), 보고서등과결합]. (A21) A.4.1~A.4.4절은디지털 X선시스템영상처리의보편적측면에중점을둔일반적내용을기술한다. 특정기술의경우세부적으로각기다르며, 따라서여기서언급된일부내용은전혀적용되는않을수도있다. (A22) 신호처리과정에서, 영상은변환및조작되어목적에적합한충실도수준으로만들어진다. 처리결과를관리하고최적화하기위해서중간단계에서도영상을점검할수있다. 기본적으로영상을세가지형태로구분할수있다. Raw 영상( 평판검출기나저장형광체시스템의영상출력신호) 원본영상( 장치고유수정을모두거친영상) 2) < 역주> raw: read after write 의미이며 생 의의미가아님에주의. -58-

68 처리영상( 전시를위해) A.4.1. 영상조정 (A23) 영상조정은위에서정의한 raw영상을원본영상으로변환시키는데필요한모든처리과정으로구성된다. 모든형태의영상수신기에서물리적민감도는대개국부적으로변한다( 예: 강화스크린에사용되는분말형광체의입상때문). 아날로그 X 선시스템의경우, 이러한현상은국부적인 X선노출량의차이가없음에도불구하고흡광도의국부적변동을유발한다. 디지털시스템의경우, 특정알고리즘으로이러한국부적인변동을보상할수있다. (A24) 모든조정절차는디지털영상수신기의최종영상구현성능에매우큰영향을준다는것을주의해야한다. (A25) 대부분의디지털검출기는전통필름방사선촬영의일반적시각인상과는다른선형계조곡선( 그림A.1) 을보인다. 채용은검출과정과는별개인디지털처리로만들어진것이다. 디지털시스템의최종계조곡선은수학적계산이며전통필름처럼물리적으로고정된것이아니다. 이론상으로계조에대해임의형태를형성할수있기때문에, 이는훨씬뛰어난유연성을제공한다. 따라서이러한역동범위를제어함으로써, 선택영역의대비강화가가능하다. 검사부위에대한구체적지식과함께개별최적화가권고되며이로써영상품질을더욱개선할수있다. (A26) 이러한처리능력의영향으로, 영상의명도( 또는흑화도) 와방사선노출사이의엄격한상관관계는더이상존재하지않는다. 이는영상의밝기가더이상올바른초기노출을위한지표로사용될수없음을의미한다. 따라서시스템지침에제공되는권고된노출( 예: 노출지수 ) 을대신사용하는것이필요하다. A.4.2. 영상강화 서론 (A27) 최근에는디지털영상처리알고리듬이폭넓은영상조작기능을제공한다. 이들알고리듬모두가의료영상분야에유용하거나사용가능한것은아니다. 모든알고리듬은진단정보를상실하거나왜곡하지않도록반드시검증되어야한다. 따라서알고리듬들의일부분만임상에사용된다. -59-

69 그림계조곡선창설정그레이스케일반전을보 A.1.,, 여주는영상처리. (A28) 어떻든영상처리의최종결과는 QC 를통하여면밀하게검사되어야하고, 알고리듬은반드시구성변수세트에의하여검증되고관리되어야하며, 나아가처리결과는주어진의료영상용도또는사용자가선호하는영상인상에맞춰조정되어야한다. 설치하는단계에서는제조업자와긴밀한협조를유지하면서신중하게구성해야한다. 잘못된구성설정값은부적절한영상처리와반복적인영상획득을유발하게된다. 표준처리기능 (A29) 계조곡선을이용하여영상밝기와대비의예비조정( 즉, 영상조정) 을수행하고나면, 대부분의방사선의학워크스테이션과보기viewing 소프트웨어에서는추가적인하나의기능을활용할수있다. 이기능을 창설정 이라고하며( 그림 A.2), 이로써픽셀값전영역중일부를선택하여전시하거나인쇄할수있다. 이부분영역( 즉, ' 창폭') 은전시나인쇄장치의휘도스케일로전사된다. 창 의위치는 창중심 이라불리는두번째변수에의해결정된다. 일반적으로창중심과폭은영상 DICOM 헤더의일부로전달된다. (A30) 이러한종류의처리는영상일부분의세부적인가시도visibility를높이기위해사용된다. 그러나창범위바깥의모든영상정보는더이상보이지않게 -60-

70 그림A 비트영상( 픽셀값범위는 0~4095) 에대한창설정기능의예. 각영상은창중심과폭의조합에의해전시되었다. 한행의영상은동일한창중심값을가지고, 한열의영상은창폭값이동일하다. 된다. 그르게설정된창은과소또는과다노출로잘못해석될수도있다. (A31) 전통적필름- 스크린조합의경우, 흡광도는노출에비례하고많이노출된영역의사진필름은더검게나타난다. 디지털 X 선장치의경우, 일반적으로고유의영상신호반전은없어반전은처리단계에서수행되며따라서선택사항이다. 고급처리기능 (A32) 일반적문제의하나는전체영상의총체적대비의과도한강화없이작고세밀한부분만대비를강화할필요성이다. 이는위에서설명한표준처리기능으로는해결할수없다. (A33) 이문제를해결할것으로보이는해답을가진고급처리기능들이있지만, 이러한기능의대부분은제작사별로다양하고, 적용된알고리듬에대한동반 -61-

71 되는설명도일반적으로가용하지않다. 여기에주어진이러한기능에대한설명은일반적으로사용되는개념을위주로한것이다. 세부적인논의는 Beutel 등 (2000) 과 Stahl 등(2000) 을참고하라. (A34) 고급처리기능과표준처리기능의주요차이점은개별픽셀에대한처리결과가이웃픽셀들과독립적이지않다는것이다. 영상의공간빈도수내용이분석되고임시로분리된다. 이들하부영상subimage을각각다르게처리한다음결합하여최종의강화된영상을만든다. 처리개념과강화정도는변수세트에의하여제어된다. 이들변수들은신중하게조정되어야하며, 그렇지않을경우최종영상에인공물이나타난다. 이러한인공물의일부는환자의병리로잘못해석될수도있다. (A35) 금속이식물implant( 예: 인공관절) 이있는영상의경우이식물가장자리의높은대비로인하여가장해결하기어려운예이다. 잘못조정된변수는소위오버슈트overshoot 인공물을영상에나타나게하는데이는이식물이풀어진것으로잘못해석하게만들수있다( 그림A.3). 형광투시처리기능 (A36) 디지털영상처리기법은형광투시에서도환자선량을감소시킬수있다. 형광투시가정지되었을때연속영상중최종영상을전시( 즉, LIH) 하거나, 방사선없이콜리메이터날과반투명필터의움직임을모의하는그래픽보조장치를사용하면형광투시소요시간을상당히단축할수있다. (A37) 단일영상에사용가능한기능에추가하여, 디지털형광투시영상처리는 시간도메인에서도이루어진다( 서로다른시간에획득한영상들의결합). 저선량 형광투시이용의경우, 미리정한수의이전영상수의평균값을이용하여잡음 감축을이룰수있다. 움직임감지전용알고리듬을사용하여잡음억제와번짐 blurring 사이의균형을최적화할수도있다. (A38) 펄스형광투시에서는디지털처리가필수적인데, 이로써낮은촬영빈도에서도 X선영상을획득할수있도록해주면서화면의깜박임없이정상적인프레임속도로영상을보여준다. A.4.3. 영상문서화( 인쇄) (A39) 영상의검토, 문서화및저장은전통방사선촬영과매우유사한방법으로 -62-

72 그림A.3. 고대비이식물가장자리에서오버슈트인공물의예. (a) 윤곽강화없음 (b) 커널크기 7 7, (c) 커널크기 15 15, (d) 중요한윤곽의확대전시( 좌로부터 a, b, c) 로 (c) 의경우흑/ 백후광이보임. 수행될수도있다( 즉, 필름인화와조명상자light box 사용). 수년간다양한제품들을이용할수있게되었는데, 습식 또는 건식 시스템으로분류할수있다. 기술적차이는인쇄매체를현상하는과정에있다. 습식 시스템은사진필름을레이저빔스캐너로노출시키고, 습식화학절차를통해필름을현상한다. 건식 시스템은열전사기법을통해매체를검게만드는데, 보수유지수요가작고영상품질에서경미한제약이있을뿐이다. (A40) 과거의인쇄출력시스템은 X 선장비와직접연결되어있었다. 이제는 DICOM 표준의등장으로네트워크연결로변화되고있다. 디지털영상의인쇄과정은다음의 3 단계로구성된다. 영상데이터의취득및보낸영상기기modality 식별. 방식고유의처리적용배치 (, 주석, 계조또는농도조절, 등). 최종영상정보를인쇄매체로전달. (A41) 이들각과정은최종인쇄영상의품질에영향을줄수있다. 따라서보낸영상기기에서부터조명상자위전시까지이르는전과정에대한 QC 절차가필 -63-

73 요하다. 특정기술별시험영상이보내는영상기기나워크스테이션뿐만아니라인쇄본카메라에의해서도제공되어야한다. (A42) 품질기준과항구성시험절차가국가및국제표준(IEC, 1993, 1994a,b) 에상세히설명되어있다. A.4.4. 영상전시( 화면출력) (A43) 많은방사선촬영이용에서, 영상생성과검토는동시에혹은동일한곳에서이루어지지않는다. 따라서과거에는원본필름이나복사본을전달하였으나, PACS 의도입으로네트워크연결을통한디지털영상전송이가능해졌다. 영상재생소프트웨어가탑재된워크스테이션을사용하여영상을화면에출력하고진단을위한검토를수행한다. (A44) 업무에따라서진단품질에적합한영상을표현하기위하여, 화면출력장치는소정의기본적인요건을충족해야한다. 첫째, 실내조명상태는눈부심이나일렁임으로인해영상의대비에악영향을주지않아야한다. 전시자체는최소한의대비비율을제공해야하며, 그레이스케일표현은규정된방법에따라교정되어야한다. 구체적정보는 DICOM 표준의일부이며 표준화된그레이스케일전시기능 으로상세하게설명된다. 네트워크환경에연결된모든전시장치에서동일한수준의영상품질을유지하는것이목표이다( 동일한목적으로사용될경우). QC 절차는국가또는국제표준( 예: IEC, 1994b) 에서설명된다. (A45) 마지막으로, 워크스테이션소프트웨어를이용한영상표현도고려할점이 있다. 기술적제약으로인하여, 많은전시장치들이 X선검출기에서생성하는전 체영상행렬을보여주지는못한다. 영상재생소프트웨어는이러한상황을해결 할수있는당겨보기알고리즘을지원한다. 영상을전시영역에맞출때픽셀의 손실이발생하고, 이로인한에일리어징인공물발생에주의해야한다. 영상처리 ( 전시된하부행렬의빈도frequency content를제한하기위해공간필터링을조절함 ) 를통해이를억제해야한다. 대부분의워크스테이션은하나의영상픽셀을내삽 없이하나의전시픽셀에정확하게출력하는 온전분해능 방식( 1:1 스케일링 ) 을제공한다. (A46) 성능이떨어지는영상전시장치는획득한데이터의품질을손상시킬수 있다. 사용자는중요한전시변수의물리적사양이나해당영상전시장치의참조 값에의거하여사용하는전시장치의최소요건세트에대한완전한정보를가지 -64-

74 고있어야한다. A.5. 영상품질과영상화성능 A.5.1. 서론 (A47) 이절은디지털검출기의영상화성능과연관된영상품질의간략한소개와일반적인주의사항을제공한다. 영상품질 이라는단어는고려하는영상의품질에대해서언급할때만사용된다. (A48) 영상품질은검출기의영상화성능뿐만아니라, 노출조건( 예: 영상수신기선량, 빔선질, 조사야크기), 피사체속성( 예: 시험팬텀), 그리고영상처리에의해서결정된다. 따라서장치의물리적 영상화성능 과최종영상의임상적 영상품질 을명확하게구분하는것이중요하다. A.5.2. 영상품질 (A49) 영상품질을기술하는전형적인평가지수figure of merit들을요약하면다음과같다. 공간분해능제약 거친구조의대비 세부구조의대비( 선예도sharpness') 잡음인식( 입상성graininess, 세부영역의신호요동) 균질성( 넓은영역의신호요동) 인공물( 결함이나긁힌상처, 픽셀손실등에의함). (A50) 대부분의평가지수들은디지털시스템뿐만아니라전통적시스템에서도유용하며, 다양한기술팬텀도사용가능하다. 특히, 연선패턴lead bar-pattern에의해결정되는공간분해능한계의이익에관해 A.5.3. 절에서논의한다. 에일리어징이존재할경우, 실물이유의하게낮은대비를가지므로연선패턴결과는종종임상결과와상관성을가지지않는다. 실제상황을더잘모사하는낮은대비팬텀을사용하면더유용한결과를얻을수있다. 낮은대비분해능의평가는공간분해능과잡음특성의조합을포괄하는데이둘이임상적성능의양호한평가를제공한다. (A51) 대부분의결과는노출조건과영상처리특성에의존한다( 그림A.4 참조). 상 -65-

75 그림A.4. 높은대비팬텀과낮은대비팬텀의비교. (a) 와 (b) 각각의윗줄그림: 상대선량 100%, 아랫줄그림: 상대선량 400% ( 이론적신호대잡음비 2 배개선). (a) 물체의높은대비로인해공간분해능의유의한변화를관찰할수없다. 따라서잡음수준증가가가시성에영향을주지않는다. 이것은임상영상품질과관련되지못한다. (b) 낮은대비분해능의유의한변화가관측되는데이는임상실제에서도예상된다. 당한결과는표준화된절차와모든해당변수들의세밀한제어를필요로한다. A.5.3. 영상화성능 (A52) 영상화성능은임상사용중에는지속적으로평가되어야하고, 특히검출기개발단계에서는반드시평가해야한다. 새로운검출기의성능은객관적이고물리적인방법을사용하여기존의장비와비교할필요가있다. 변조전달함수MTF 개념이일정크기사물의대비가영상에서얼마나잘보존되는지를설명하는데에사용된다(ICRU, 1986). MTF 값이 1 이라면대비는전혀감소하지않는다. MTF가 0 이라면세부가더이상영상에나타나지않는다. 일반적으로 MTF는공간빈도수의함수로표현된다. (A53) 디지털영상처리를갖춘시스템에서는, MTF는더이상독립적기준이아니다. 계조처리, 창설정에의한대비강화, 그리고영상의전용공간필터링 -66-

76 ( 앞절에서기술) 을통해서, 대비는완전히변할수있다. 반면에, 대비증폭은잡음인식까지증가시킬것이며, 따라서원칙적으로검출력은전혀향상되지않는다. 더일반적인개념은 SNR 로표현되는잡음인식이다. (A54) X 선영상화에서, 양자의통계적요동에의한잡음은모든영상에서항상발생하는현상이다. 양자잡음은총 X 선양자수에의해결정되며, 평균양자수의평균요동으로설명할수있다. 통계적모델은요동( 즉잡음) 이평균양자수( 즉, 신호) 의제곱근에비례할것으로예측한다. 양자잡음에의한 SNR의계산을통해 SNR이평균 X 선양자수의제곱근에비례함을보여준다. (A55) 빔선질이정해진경우, X선양자수는검출기의흡수선량에정비례한다 ( 즉. SNR과관련하여양자잡음을 2배증가시키려면검출기의흡수선량을 4배 증가시켜야한다 ). (A56) 이상적인 X선검출기도양자 SNR로인하여방사선장에기왕에있는 SNR보다더나은영상의 SNR 을제공할수는없다. 영상화성능의일반적인설명을위한물리적접근은영상의 SNR을방사선장 SNR 과비교하는것이다. 이평가지수를 검출양자효율DQE' 이라부른다. DQE가 1 일때이상적인검출기이다. DQE가 50% 라는것은이상적인검출기와동일한 SNR 충실도의영상을얻기위해서는두배의선량이필요하다는의미이다. 일반적으로 DQE는공간빈도수의함수로주어진다. 실제검출기의 DQE 는빔선질과검출기흡수선량에의존한다. (A57) DQE 는매우유용하지만복잡한평가지수이며, 또한측정절차가결과값에상당한영향을미친다. 최근에 IEC 작업그룹에서 DQE 측정표준의초안을제안한바있다 ( 참조 ). (A58) 영상수신기흡수선량의함수인 DQE는 X선검출기의유용한흡수선량범위에대해물리적으로관련된값을제공할것이다. 그러나전통적필름-스크린방식과관련하여발표된 민감도 값들은잡음문제를고려하지않는다. (A59) 그림A.5 는여러쌍의영상( 원본과처리된그림) 을보여주는데각쌍은서로다른두선량으로얻은것이다[ 그림A.5(a) 는전체적인영상( 개요) 을보여주고그림A.5(b) 는확대된부분을보여준다( 당겨본부분)]. -67-

77 그림A.5. 전체적인모습과당겨본부분. 다른선량으로얻은원본과처리된영상의쌍. (a) 평판검출기를노출한예. 아랫줄영상의노출이두배이다. 팬텀은정의된낮은대비구조를제공하는 CDRAD 팬텀(University of Nijmwegen) 위에배열된골반뼈조각으로구성된다. 높은대비를가진가느다란세부는카테터catheter의안내선으로모사된것이다. (b) 윗줄: 상대선량 100%, 아랫줄: 상대선량 200%. 인쇄물로는확인하기힘들정도로미약한잡음인식의감소. 공간분해능의감소는없음. A.6. 통합선량계측도구 (A60) 형광투시, 특히중재적혈관조영술의경우, 환자의총선량측정수단으로서선량면적곱DAP을기록하는것이일반적이다( 일부국가에서는의무사항). 만약 X 선의기하학적배열을알고있다면, 추가적으로규정된참조점에서환자입사선량을계산할수있다( 부록B 참조). 기술적으로는, 선량계전리함dosimeter chamber이 X 선관콜리메이터에통합되어있다. (A61) 방사선촬영에있어서는제한된수의 X선시스템에만선량계전리함이지원되고있다. 또한, 통합시스템( 예: 평판검출기와함께) 만이 DAP와영상자료를동시에자동으로기록하고저장하는것을지원한다. 기록된 DAP는영상설명자료 ( 예: DICOM 머릿글) 에반드시포함되어야한다. 촬영을마친후, 모든영상의 DAP 를합하여보고해야한다( 예: 방사선의학정보시스템혹은 PACS 로보고). 이러한데이터교환의표준화는아직진행중이며DICOM 활동의일부이다. -68-