디지털흉부방사선촬영에서의관전압과관전류량의변화에의한화질과피폭선량비교연구 1 박보람 성동욱 목적 : 최근디지털 X선촬영의이용이증가하고있으나디지털촬영에대한권고안은마련되어있지않아이전의아날로그촬영에사용되던고관전압의촬영조건이적용되고있다. 본연구에서는디지털 X선촬영조건에따른화질을비교평가하여피폭선량이적으면서영상의질이좋은촬영조건에대한권고안을마련해보았다. 대상과방법 : 관전압은 70~133 kvp로, 관전류량은 2-6.3 mas로변화를주며인공물을포함한흉부팬텀을촬영하였다. 각조건에따른피폭선량을측정하고영상의학과의사들이보이는국소표식물의개수를판독하여영상의질을정량화하고, 기준조건과비교하였다. 결과 : 기준조건은 133 kvp, 2 mas또는 4 ma였다. 109 kv, 2 mas로촬영하였을때첫번째기준과비슷한영상의질을보이며가장적은피폭선량을보였다 (50.6 μgy). 또한, 109 kvp, 4 mas일때두번째기준조건과비슷한영상의질을보이며가장적은피폭선량을보였다 (101.7 μgy). 결론 : 흉부디지털 X선촬영조건은기존의고관전압검사의권고안보다는관전압을낮춤으로써영상의질적저하없이피폭선량을절감할수있다. 인위적으로만들어낸방사선피폭중가장많은비중을차지방사선의누적피폭량도증가하게되었다. 따라서이로인한하는것은진료를목적으로환자들에게조사하는의료피폭이위해의가능성이증가할것으로보이며방사선피폭량을줄이다. 방사선은 DNA의손상, 세포의변형을가져오며질병또려는노력이필요할것이다. 는종양을유발하는것으로알려져있다. 노출기관에따라서그러나단순히방사선의피폭선량만줄인다면잡음 (noise) 는많은양의피폭이아닌 X선촬영에의해서도누적효과에의증가로영상의질이저하되므로영상의질이저하되지않는의해종양유발에영향을줄수있다고한다 (1, 2). 따라서이범위내에서의피폭선량의조절이필요하다. 현재까지방사선제까지피폭선량을줄이려는노력이있었으며, 특히 Willis 등피폭선량이 X선촬영에비하여많은 CT나유방촬영술에대해 (3) 은어린이에대한 X선촬영피폭선량을줄이는연구를한서는피폭선량을줄이기위한촬영조건에대한연구가계속적이있다. 시도되었으며, 다양한종류의영상으로확대되고있다 (4-7). 흉부X선일회촬영시노출되는방사선피폭량은 0.1-0.2 흉부X선촬영에대한연구도있었으나 (8-10) 상대적으로피폭 msv로연간피폭허용량인 1 msv보다매우적다. 선량이적어영상의질과피폭선량에대해연구된바가상대적 Berrington 등 (1) 이조사한바로는흉부 X선촬영에의한암으로적은편이며소아에대한연구들을중심으로여러편보의발생빈도는 1,000,000예의검사중 1예로복부나골반촬고되었다 (11-13). 영의 30예, 요추촬영의 40예등다른 X선촬영에비하여그수년전부터신체각부위의 X선촬영은이전의아날로그빈도가월등히낮다. 그러나흉부X선촬영은건강검진에서기촬영에서디지털촬영으로점차교체되고있다. 디지털촬영으본적으로시행되며입원또는외래환자에서가장흔한 X선촬로이전보다전반적으로향상되었으나, 디지털촬영에대한권영으로, 호흡기증상이심한환자에서는매일수회의촬영을고안은마련되어있지않아각기관은다양한조건들을이용하하기도한다. 그리고최근에는진단검사의증가로때로는필요고있다. 또한, 각기기회사들도이전의아날로그촬영에적용이상으로이전보다 X선검사의빈도가높아져서방사선피폭되던고관전압의촬영조건을권고하고있다. 량이점차증가하는경향을보인다. 또한, 평균수명의증가로본연구는디지털흉부X선촬영에서관전압과관전류량을 1 변화시키며촬영할때환자가받는방사선피폭선량이어느정경희의료원영상의학과이논문은 2009년 6월 13일접수하여 2009년 9월 22일에채택되었음. 도인지조사하고이때나타나는화질을서로비교평가하여환 131
박보람외 : 디지털흉부방사선촬영에서의관전압과관전류량의변화에의한화질과피폭선량비교연구 자에게가장적은방사선피폭을주면서가장좋은화질을보일수있는조건에대한권고안을마련하고자한다. 대상과방법촬영장치및팬텀디지털촬영장치는 Digital Diagnost(Philips, Eindhoven, Netherland) 를이용하였다. 이장비는 amorphous silicon의디지털평편검출기 (TRIXELL), 30만유닛의 anode heat필립스튜브 (SRO 33100 ROT 350/360), 고주파 X선발생기, 진동그리드, 알루미늄과구리의필터등으로구성되어있다. 흉부팬텀은 Duke QC chest phantom (07-646 QC, Supertech, Elkhart, USA) 중에서 contrast detail test pattern을이용하였다. Chotas 등 (14) 이이팬텀에대해앞서기술한바있다. 크기는43 cm (length) 36 cm (width) 6 cm (thickness) 이며심장과골격을포함한인체의흉부X선촬영사진과유사하게구성되어있다. 구리와알루미늄판으로구성되어있다. 팬텀에는세개의국소표식물 (regional test object) 이있으며각각우측중간폐영역, 좌측심장후방공간, 좌측횡경막아래구역에위치한다. 각각의표식물에는 25개의구리원반이크기와두께가감소하며 5열로배열되어있다. 세로로배열된원반은같은두께를가지며크기가 6 mm에서 0.5 mm로점차감소하고가로로배열된같은크기의원반은점차두께가감소한다. 선후전사진촬영조건은관전압을 133 kvp로고정하고환자의체격에따라흉부의전후두께가 25 cm이하일경우관전류량을 2 mas로촬영하고, 그이상일경우 4 mas로촬영하는데이는디지털촬영장치회사 (Philips) 의권고사항에따른것이다. 이에따라연구의기준을 133 kvp, 2 mas와 133 kvp, 4 mas 두가지조건으로하였다. 흉부X선촬영시환자가받는피폭선량을알아보기위하여관전압과관전류량을단계적으로변화시키며각조건에따른입사표면선량을측정하였다. 관전압은 133, 109, 90, 70 kvp 촬영조건과피폭선량측정팬텀을일반촬영때와같이튜브에서 180 cm 되는곳에두고피폭측정도구를팬텀의표면에부착하여입사표면선량 (entrance surface dose) 를측정하였다. 본원에서의흉부X Fig. 1. Correlation of numbers of discs and radiation doses. Visible discs increase as the radiation dose increase. A B Fig. 2. (A) 133kVp, 6.3 mas. Radiation dose was the highest (241.2 μgy). On average, 49.17 discs were seen. (B) 70kVp, 2mAs. Radiation dose was lowest (16.9 μgy). On average, 32.38 discs were seen. 132
로변화를주고각각에대해관전류량은 2, 4, 6.3 mas로변화를주어총 12개의조건을만들었다. 각각의조건에서흉부팬텀을놓고후전촬영을 3회씩반복하며기계가측정한피폭선량을읽고그평균치를각조건에대한피폭선량의대표값으로하였다. 영상분석 4명의영상의학과의사 ( 흉부영상전문의 1명, 영상의학과전공의 3명 ) 들이각각의조건에대한영상을판독하여보이는원반의개수를측정하였다. 영상정보저장전달장치 (PACS) 에저장된영상으로모두해상도 2,048 2,560의판독용모니터 (MGD521, BARCO, Belgium) 를이용하여농도조절하지않은상태로창폭과높이 (window width and level) 은각각 3,749와 1,874로고정하고판독하였다. 모든방향으로경계가명확히구분되는원반은 1개로계산하였고, 경계가 1/2이상구분되는경우는 0.5개로계산하였다. 세국소표식물의원반개수를합산하여영상의질을정량화하였다. 결과각각의조건에대한피폭선량은 Table 1과같았다. 피폭선량은최저 16.9 μgy 에서최고 241.2 μgy였다. 기준으로정한133 kvp, 2 mas와 133 kvp, 4 mas의피폭선량은각각 77.3 μgy과 153.5 μgy이었다. 각각의조건에대한보이는원반의개수에대한 4명의영상의학과의사의결과는 Table 2와같았다. 전반적으로피폭선량이증가할수록보이는원반의개수가증가하는경향을보였으며단순상관분석 (bivariate correlation analysis) 을시행하였을때피폭선량과보이는원반의개수는중등도의양의상관관계를보였다 (Fig. 1, Coefficient of correlation=0.57, p < 0.05). 가장많은원반이보이는조건은 133 kvp, 6.3 mas였으며피폭선량은 241.2 μgy으로최고였고, 가장적은수의원반이보이는조건은피폭선량이 16.9 μgy으로가장적은 70 kvp, 2 mas 조건이었다 (Fig. 2). 통계학적분석모든결과에대한피폭선량의수치와원반개수의상관관계를단순상관분석 (bivariate correlation analysis) 을시행하여상관계수를계산하였다. 각각의조건에따른 12개의결과가기준조건에서의결과들과통계학적으로차이가있는지비모수통계 (non-parametric test) 중윌콕슨순위합검정 (Wilcoxon signed ranked test) 을이용하여비교하였다. 그후통계적으로유의한차이가없는값을보이는조건중가장피폭선량이적은조건을알아보았다. 통계학적유의성은 p < 0.05를기준으로하였다. Table1. Radiation Doses (μgy) of Each Tube Voltage (kvp) and Current (mas) and Radiation Disease of the Conditions that Showed Similar Image Quality to That of Standard Technique kvp mas 2 4 6.3 133 77.3 153.5*, 241.2 109 *50.6* 101.7*, 160.3 090 32.8 066.1*, *, 104.4*, 070 16.9 035.3*, 056.6* *Radiation doses of conditions that showed similar image quality to that of 133 kvp and 2 mas (p<0.05) Radiation doses of conditions that showed similar image quality to that of 133 kvp and 4 mas (p<0.05) A B Fig. 3. (A) 109 kvp, 2mAs. Mean visible discs were 43.71 and not statistically different from that of in 133 kvp and 2mAs (B) (mean=45). 133
박보람외 : 디지털흉부방사선촬영에서의관전압과관전류량의변화에의한화질과피폭선량비교연구 각각의그룹들을비교하여기준조건과비교하였을때비슷한개수의원반의개수를보인값들을 Table 1에같이표기하였다. 133 kvp, 2 mas 와비슷한결과를보이는조건중피폭선량이가장적은것은 109 kvp, 2 mas 였고, 이때의피폭선량은 50.6 μgy 이었다 (Fig. 3). 그외에도 90 kvp, 4 mas 와 70 kvp, 6.3 mas일때에도결과가유의한차이를보이지않았으며이때의피폭선량은각각 66.1 μgy과 56.6 μgy으로기준조건에서보다적었으나 109 kvp, 2 mas일때보다는높았다. 109 kvp, 4 mas와 90 kvp, 6.3 mas에서도보이는원반의개수가기준조건과비슷한결과를보였으나피폭선량이각각 101.7 μgy과 104.4 μgy으로기준조건에서보다높았다. 133 kvp, 4 mas를기준으로하였을때피폭선량이가장적은조건은 109 kvp, 4 mas로이때의피폭선량은 101.7 μ Gy이었다 (Fig. 4). 또한, 90 kvp, 6.3 mas 에서도결과가기준조건과유의한차이를보이지않았으며 (p > 0.05), 피폭 선량은 104.4 μgy으로기준치보다적었으나 109 kvp, 4 mas보다는높았다. 133 kvp, 6.3 mas과 109 kvp, 6.3 mas의조건에서도기준조건과비슷한영상의질을보였으나피폭선량이각각 241.2 μgy과 160.3 μgy으로기준조건보다높았다. 따라서 133 kvp, 2 mas로촬영하여야할경우는 109 kvp, 2 mas로, 133 kvp, 4 mas 로촬영하여야할경우는 109 kvp, 4 mas로변경하여촬영하면동일한영상의질을얻으면서방사선피폭선량은가장효과적으로줄일수있을것이다. 고찰 X선촬영은점차증가하고있으며, 방사선피폭선량을줄이려는노력은아날로그또는디지털 X선촬영조건에서도있었고방사선을이용한다른검사에서도계속되어왔다. 디지털 X Table 2. Numbers of Visible Discs of Each Condition kvp/mas Radiologist Radiologist 1 Radiologist 2 Radiologist 3 Radiologist 4 133/2(77.3 μgy) 50 45.5 48 36 43.5 55.5 43 42 40.5 52.5 44.5 39 109/2(50.6 μgy) 37.5 53.5 45 40 43.5 48.5 43.5 40 42.5 49.5 40 41 90/2(32.8 μgy) 39 44 44 39 36 45.5 43 38 28 48 35 36 70/2(16.9 μgy) 26.5 38.5 33.5 31 25.5 35 32 30 38 32 39.5 27 133/4(153.5 μgy) 47.5 52 48.5 43 49.5 56 45.5 48 50 56 49.5 44 109/4(101.7 μgy) 47.5 53.5 47 47 48.5 53.5 42 46 46 52.5 46 47 90/4(66.1 μgy) 42 56.5 48.5 41 37.5 48 44.5 43 34.5 53.5 39 44 70/4(35.3 μgy) 32 43 43 41 35 44.5 43 37 43 42 44 35 133/6/3(241.2 μgy) 49.5 53 47.5 38 46 56 48.5 48 49.5 55.5 49.5 49 109/6.3(160.3 μgy) 47 52.5 47 48 48.5 55 44 46 45 52.5 45 50 90/6.3(104.4 μgy) 44 56 51 46 44 60 49 46 36.5 56 46 45 70/6.3(56.6 μgy) 37 45.5 43.5 41 38 46.5 42.5 41 44.5 48.5 45 39 134
A B Fig. 4. (A) In condition of 109 kvp and 4 mas, mean visible discs were 48.04 and not statistically different from that of 133 kvp, 4 mas (B) (mean=49.13). 선촬영술이도입되었을때에도여러종류의촬영판에따른방 Sandborg 등 (17) 은관전압과관전류량에변화를주어영상사선조사량의변화를연구하였으며필름촬영과비교하여방의질의차이를알아보려고연구하였으나방사선피폭선량은사선조사량을감소시킬수있다고하였다 (9). 고정하고관전압을줄이며그에맞는관전류량을자동으로맞디지털 X선촬영은 1980년대부터개발되어빠르게발전해추었기때문에방사선피폭선량에따른영상의질의차이는알왔으며컴퓨터기술로영상을빠르게획득하고컴퓨터모니터수없었다. Reissberg S 등 (18) 은골격계 X선촬영에서 fullsize CsI/a-Si 평판검출기를이용하여방사선피폭선량을줄로영상을간편하게볼수있는장점이있다. 또한, 컴퓨터소프트웨어를이용하여영상의질을극대화하여볼수있으며필여보는연구를하였다. 영상의질은팬텀을이용하여측정하였름이필요하지않으므로장기적으로비용절감의효과도있다으며피폭선량을절반으로줄여도영상의질은차이가없다는고한다 (15). Van Soldt 등 (16) 은디지털 X선촬영은영상의결과가나왔다. 질은아날로그촬영보다좋으나방사선피폭량은매우다양하이처럼다양한연구가있었으나본연구와같이비교하는기여기존의아날로그보다더많을수도있고더낮을수도있다준을구체적으로정하고관전압과관전류량모두를변화시키고하였다. 면서서로비교하고가장피폭선량이적은조건을찾아보는연 X선촬영시방사선노출을감소시킬수록영상이선명하지구는거의없었으며앞으로이러한조건에대한다양한연구가않고잡음이증가하므로방사선사와영상의학과의사들은 X선필요하겠다. 촬영을할때상대적으로과도노출을선호한다고한다 (4). 이본연구의한계는다음과같다. 첫째, 방사선피폭의조건이이유는 X선에과다노출되어전반적으로짙은영상을보이는 12가지로관전압과관전류량의조건을좀더세분화하지못한경우에는모든영상이전산화되어있기때문에농도를조절하점이있다. 기준값의관전류량이 2와 4 mas이므로 6.3 mas 여쉽게적절한영상으로만들어볼수있으나, 방사선노출량와함께 3이나 5mAs도가정하면더자세한결과를얻을수있이적어전반적으로옅은영상을얻게되면농도를조절하여도을것으로생각하고관전압도기준값인 133 kvp보다더큰값적절한영상을만들기어렵기때문이다. 을지정해보면다양한결과가나올것으로생각한다. 둘째, 한이전의흉부X선촬영에대한연구결과를보면디지털후전가지조건에서결과의수가 12개로샘플의수가적고판독의촬영에서피폭선량을줄일경우폐실질의병변은피폭선량을사간의결과도다양하게나왔다. 따라서그룹간비교에서평기준치의 12% 로줄여도발견할수있는병변의개수가기준균값의상당한차이에도불구하고통계학적으로는의미있는치와의미있는차이가없었으나종격동의종괴를발견하는정차이가없다는결론이나왔다. 그러나표에서본바와같이피확도는피폭선량을 12% 로줄이면 25% 정도로감소한다는연폭선량이증가함에따라보이는원반의개수는통계적으로유구결과가있었다 (10). 본연구에서는피폭선량을기준치의의한양의상관관계를보여서각개개인의판독자체는일관성 65~68% 로줄여도병변을발견하는데기준조건과의미있는있게이루어진것으로생각한다. 또한, 셋째로영상의질을알차이를보이지않았으며이는전반적인폐영역에서측정된것아보는기준이보이는원반의개수로정하였는데실제로영상으로종격동과폐실질의결과가더하여진결과로볼수있겠판독을할때보이는병변은둥근모양뿐아니라여러모양이다. 있을수있고보이는것과보이지않는것외에구분이잘되는 135
박보람외 : 디지털흉부방사선촬영에서의관전압과관전류량의변화에의한화질과피폭선량비교연구 가도판독에중요하며병변외의기본구조물들의변연이나음영의정도도중요하므로이러한다양한소견들을종합할수있는영상의질평가기준을마련하여연구하는것이필요하겠다. 넷째로측정된피폭선량은 X선촬영기자체에서측정된수치로정확한유효선량과는다를수있다. 그러나이연구는정확한유효선량을측정하는것이아니라각각의촬영기준을비교하는것이므로이러한한계점은문제가되지않을것으로보인다. 모든영상은같은기계로같은날같은상황에서촬영되었다. 따라서결과에서보이는피폭선량의차이는유효한것으로볼수있겠다. 마지막으로병원마다다양한종류의촬영기기를사용하고실제환자를촬영할때에는환자의체격등에따른변수가작용하기때문에여기서제시된관전압과관전류량, 방사선피폭선량의수치를절대적인결과로여길수는없을것이다. 그러나이를토대로각기관에서촬영기와상황에맞는조건을고려해보는계기가되고자한다. 결론적으로본연구에서는 133 kvp, 2 mas 조건으로부터 109 kvp, 2mAs로조절하여동일한영상의질을보이면서피폭선량을 77.3 μgy에서 50.6 μgy으로줄일수있었고, 133 kvp, 4 mas 조건을 109 kvp, 4 mas로조절하면피폭선량을 153.5 μgy에서 101.7 μgy으로줄일수있었다. 각기관의상황과촬영장비에따라차이가있겠으나, 흉부방사선촬영을위해고관전압조건에서의검사를권고하던기존의지식과달리, 디지털흉부X선촬영에서는관전압을낮춤으로써선량을절감할수있을것으로생각한다. 참고문헌 1. Berrington de Gonza lez A, Darby S. Risk of cancer from diagnostic X-rays: estimates for the UK and 14 other countries. Lancet 2004;363:345-351 2. Pohlit W. Radiation biology risk of imaging procedures. Monatsschr Kinderheilkd 1986;134:364-369 3. Willis CE. Strategies for dose reduction in ordinary radiographic examinations using CR and DR. Pediatr Radiol 2004;34 Suppl 3:S196-S200 4. Peters SE, Brennan PC. Digital radiography: are the manufacturers settings too high? Optimization of the Kodak digital radiography system with aid of the computed radiography dose index. Eur Radiol 2002;12:2381-2387 5. Huda W, Sajewicz AM, Ogden KM, Dance DR. Experimental investigation of the dose and image quality characteristics of a digital mammography imaging system. Med Phys 2003;30:442-448 6. Gkanatsios NA, Huda W, Peters KR. Effect of radiographic techniques (kvp and mas) on image quality and patient doses in digital subtraction angiography. Med Phys 2002;29:1643-1650 7. Bankier AA, Schaefer-Prokop C, De Maertelaer V, Tack D, Jaksch P, Klepetko W, et al. Air Trapping: Comparison of Standard-Dose and Simulated Low-Dose Thin-Section CT Techniques. Radiology 2007;242:898-906 8. Neofotistou V, Tsapaki V, Kottou S, Schreiner-Karoussou A, Vano E. Does digital imaging decrease patient dose? A pilot study and review of the literature. Radiat Prot Dosimetry 2005;117:204-210 9. Bacher K, Smeets P, Bonnarens K, De Hauwere A, Verstraete K, Thierens H. Dose reduction in patients undergoing chest imaging: digital amorphous silicon flat-panel detector radiography versus conventional film-screen radiography and phosphor-based computed radiography. AJR Am J Roentgenol 2003;181:923-929 10. Kroft LJ, Veldkamp WJ, Mertens BJ, van Delft JP, Geleijns J. Detection of simulated nodules on clinical radiographs: dose reduction at digital posteroanterior chest radiography. Radiology 2006;241:392-398 11. Strotzer M, Gmeinwieser JK, Vö lk M, Frund R, Seitz J, Feuerbach S. Detection of simulated chest lesions with normal and reduced radiation dose: comparison of conventional screen-film radiography and a flat-panel X-ray detector based on amorphous silicon. Invest Radiol 1998;33:98-103 12. Petrone TJ, Steidley KD, Appleby A, Christman E, Haughey F. X- ray beam energy, scatter, and radiation risk in chest radiography. Health Phys 1996;70:488-97 13. Hintenlang KM, Williams JL, Hintenlang DE. A survey of radiation dose associated with pediatric plain-film chest X-ray examinations. Pediatr Radiol 2002;32:771-777 14. Chotas HG, Floyd CE Jr., Johnson GA, Ravin CE, Quality Control Phantom for Digital Chest Radiography. Radiology 1997;202:111-116 15. Mattoon JS. Digital radiography. Vet Comp Orthop Traumatol 2006; 19:123-132 16. Van Soldt RT, Zweers D, van den Berg L, Geleijns J, Jansen JT, Zoetelief J. Survey of posteroanterior chest radiography in The Netherlands: patient dose and image quality. Br J Radiol 2003;76: 398-405 17. Sandborg M, Tingberg A, Ullman G, Dance DR, Alm Carlsson G. Comparison of clinical and physical measures of image quality in chest and pelvis computed radiography at different tube voltages. Med Phys 2006;33:4169-4175 18. Reissberg S, Hoeschen C, Kästner A, Theus U, Fiedler R, Krause U, Döhring W. First clinical experience with a full-size, flat-panel detector for imaging the peripheral skeletal system. Rofo 2001;173:1048-1052 136
J Korean Soc Radiol 2010;62:131-137 A Comparative Study of Image Quality and Radiation Dose with Changes in Tube Voltage and Current for a Digital Chest Radiography 1 Boram Park, M.D., Dong Wook Sung, M.D. 1 Department of Radiology, Kyung Hee University Medical Center Purpose: High-voltage techniques applicable for analog radiographs are usually used in digital radiographs. We compared the image quality of the different exposure conditions to produce conditions of high image quality and low radiation dose. Materials and Methods: The tube voltage ranged from 70 to 133 kv, whereas the tube current ranged from 2 to 6.3 mas. The digital radiograph images of a chest phantom were obtained at each setting. We measured the radiation doses of each condition, and counted the visible test objects. The numbers of objects for each condition were compared with the standards used at our institution. Results: The standard settings were set at 133 kvp and 2 or 4 mas. Compared to the image quality at 133 kvp and 2 mas, the radiation dose was lowest at a setting of 109 kvp and 2 mas. Compared to the image quality of 133 kvp and 4 mas, the radiation dose was lowest at 109 kvp and 4 mas. Conclusion: The results of our study suggest that radiation dose can be reduced without compromising image quality by a low-voltage technique in digitial radiography. Index words : Radiography Image Quality Radiation Dosage Address reprint requests to : Dong Wook Sung, M.D., Department of Radiology, Kyung Hee University Medical Center, Kyung Hee University Hospital, Hoegi-dong 1, Dongdaemun-gu, Seoul 130-702, Korea. Tel. 82-2-958-8625 Fax. 82-2-968-0787 E-mail: sungdw@paran.com 137