https://doi.org/10.7742/jksr.2016.10.6.435 pissn : 1976-0620, eissn : 2384-0633 "J. korean soc. radiol., Vol. 10, No. 6, October 2016" Seong-gyu Shin, 1 Hyo-Yeong Lee 2,* 1 Department of Radiology, Dong-a University Hospital 2 Department of Radiological Science, Dong Eui University Received: August 07, 2016. Revised: October 19, 2016. Accepted: October 30, 2016. ABSTRACT This study was an investigation of the anode heel effect caused by changing the angle of the x-ray tube. We established the following conditions for experimental measurements: 70 kv, 30 mas, focus-detector distance of 100cm, and a collimator setting of 35X43 cm2. The measurement points were set up at the center of the collimator and extended to each side in s of 3.5cm, with points A1, A2, A3, A4, A5, A6 on the anode side and points C1, C2, C3, C4, C5, C6 on the cathode side. We measured the entrance surface dose from point A6 to point C6 with each point perpendicular to an x-ray tube. And we did the same when measuring different angles of the x-ray tube from 15 to 30 degrees for every point on the anode and cathode sides. Using perpendicular x-ray tube, we found that the entrance surface dose of the A5 point was three times higher than that of the C5 point. Thus, we conclude that if the anode side is placed near highly radiosensitive organs, then there will be less radiation exposure when using a perpendicular x-ray tube. When imaging using x-ray tube angles, an angle to the cathode side can reduce the gap of the entrance surface dose on both the anode and cathode sides. When imaging areas where there are differences in thickness between the upper and lower sides, the angle to the cathode side that is closer to the thicker area can reduce the gap of the entrance surface dose and capture a higher quality image. KeyWords: Anode Heel Effect, X-ray Tube, Anode, Cathode, Entrance Surface Dose Ⅰ. INTRODUCTION 우리나라국민의연간진단용방사선검사건수는 20 07년 1억 6천만건, 2008년 1억8천만건, 2009년 1억9 천만건, 2010년 2억1천만건, 2011년 2억2천만건으로 5년간약 35% 증가하였다. 국민일인당연간방사선검사건수는 2007년 3.3회, 2008년 3.7회, 2009년 4회, 2 010년 4.3회, 2011년 4.6회로꾸준히증가하는추세이다. 국민일인당연간진단용방사선피폭량은 2007년 0.93 msv에서, 2008년 1.06 msv, 2009년 1.17 msv, 201 0년 1.28 msv, 2011년 1.4 msv로 5년간약 51% 증가하였다. 방사선검사및피폭량증가는국민소득증가로건강에대한관심이높아져정기적인건강검진이많아지고, 노령화에따른기대수명증가와청진기등경험에의존하는진단보다는방사선영상촬영등과학적인 진단방법이보편화하는최근의료경향을반영하는것으로분석된다. [1] 진단을위한의료용방사선발생장치는다른형태의에너지 ( 보통전기에너지 ) 를인위적으로방사선의에너지로변환하여방사선이방출되도록만든장치로서대표적인예가 X선발생장치이다. [2] X선영상장치는발전을거듭하여 1973년 CR(Computed Ra diography) 이개발되고 1981년 RSNA(Radiological Socie ty of North America, 북미방사선의학회 ) 에처음소개되었다. 1983년 FUJI사의 CR이일본에설치운영되었으며한국에는 1985년용산중앙대학교병원에처음설치되었다. 그이후드럼방식의셀레늄검출기 ( 필립스의 Thoravision) 가출현하고뒤를이어 TFT(Thin Film Transistor) 방식의평판형검출기가출현하면서현재의디지털영상획득장치 (Digital Radiography; DR) 가보편화되었다. [3] X선발생장치의주요구성요소는 X선을 *Corresponding Author: Hyo-Yeong Lee E-mail: lhy250@deu.ac.kr Tel: +82-51-890-2679 Address: Dong Eui University of Busan, 176 Eomgwangno, Busanjin-gu, Busan, 47340, Korea 435
발생하는 X-선관과여기에고전압을걸어주기위한고전압발생장치, 발생하는열을식히기위한냉각장치이다. X-선관은진공관내에열전자를발생시키는필라멘트와가속된전자가충돌되면서 X선을방출하는표적 (Target) 을배치한것이다. 강한 X선을방출하는 X선관의표적 (Target) 은열에의해녹는것을방지하기위해양극이회전하는회전양극관으로설계되어있다. [2] X-선관에서발생하는 Anode heel effect는양극 (Anode) 측에서여과가일어나 X선의강도가음극 (Cathode) 측과차이가생기는것으로양극 (Anode) 측으로갈수록표적 (Target) 투과두께가두꺼워서 X선흡수가많아지므로일어나는현상이다. 따라서양극 (Anode) 의사진농도가떨어지기때문에촬영시두께가얇은부분을양극 (Anode) 측에오도록해야한다. 양극경사각 (Anode angle) 이급경사일수록, 필터를사용하지않을때, 조사야가넓을수록촬영거리가짧을수록두드러진다.[4] 본연구에서는디지털영상획득장치 (Digital Radiograp hy; DR) 를이용하여 X-선관을수직으로위치시켰을경우와양극 (Anode) 측으로 15도, 30도각도를주었을경우, 음극 (Cathode) 측으로 15도, 30도각도를주었을경우에양극 (Anode) 측과음극 (Cathode) 측에서의입사표면선량 (Entrance Surface Dose, ESD) 의변화를알아보고임상의촬영법에접목해영상의화질향상과환자의피폭선량을저감하고자실시하였다. Ⅱ. MATERIAL AND METHODS 1. 실험기기디지털영상획득장치 (DR) 는양극경사각 (Anode an gle) 이 12도인 SIEMENS 사의 Aristors MX 장비를사용하였다. 선량측정장비는 Unfors Ray Safe 사의 Mul ti Function X-선측정기인 unfors ThinX RAD를이용하였다. 2. 실험방법실험조건은 70 kv 30 mas, 초점-검출기간의거리 (F ocus-detector Distance) 는 100 cm, 조사야는 35 43 cm2으로설정하였다. 측정점은조사야의정중앙점에서좌우 3.5cm 간격으로나누어양극 (Anode) 쪽으로 A1, A 2, A3, A4, A5, A6 지점을설정하였고음극 (Cathode) 쪽으로 C1, C2, C3, C4, C5, C6 지점으로설정하여각 각측정하였다. 먼저 X-선관을수직으로하여측정점인 A6에서 C6까지각각입사표면선량 (Entrance Surfa ce Dose, 이하 ESD) 을측정하였다. 다음에 X-선관각도를양극 (Anode) 쪽으로 15도, 30도로변경하면서각각측정하고같은방법으로음극 (Cathode) 쪽으로 15도, 30도로변화시켜입사선량을측정하였다. 모든검사는 5회측정해평균값을구하였다. 1. X- 선관수직 Ⅲ. RESULT 중앙점의 ESD는 1,870 ugy로측정되었고 A1 점에서 1,760 ugy A3 점은 1,440 ugy, A5 점은 724 ugy로양극 (Anode) 쪽으로갈수록 ESD가점점줄어드는경향을보였다. C1 점에서는 1,970 ugy, C3 점에서는 2,070 ugy으로늘어났으며 C4 점 2,030 ugy, C5 점은 2,000 ugy로약간줄었으나중앙점에비해 1.08배, 1.06배늘어났다. 중앙점에서 A 점쪽으로갈수록 ESD가줄어들었고 C 점으로갈수록늘어났으며. 이는 Table 1과 Fig. 1에나타냈다. Table 1. Perpendicular Distance/3cm A6 53 0.03 A5 724 0.39 A4 1,170 0.63 A3 1,440 0.77 A2 1,620 0.86 A1 1,760 0.94 0 1,870 1.00 C1 1,970 1.05 C2 2,040 1.09 C3 2,070 1.11 C4 2,030 1.08 C5 20,00 1.06 C6 944 0.51 436
pissn : 1976-0620, eissn : 2384-0633 "J. korean soc. radiol., Vol. 10, No. 6, October 2016" Fig. 1. Perpendicular. Fig. 2. Anode 15 degrees. 2. 양극 (Anode) 쪽 15 도 양극 (Anode) 쪽으로 15도각도를주었을경우중앙점의 ESD는 1,690 ugy, A1점은 1,540 ugy로나타났고 A3 점은 1,200 ugy로중앙점보다 0.71배줄었고 A5점은 728 ugy로중앙점보다 0.43배줄었다. C1점에서는 1,870 ugy로중앙점보다 1.11배늘었고 C3점은 2,040 ugy로 1.21배, C5 점은 2,060 ugy로 1.22배늘었다. 이는 Table 2와 Fig. 2에나타내었다. Table 2. Anode 15 degrees A6 362 0.21 A5 728 0.43 A4 987 0.58 A3 1,200 0.71 A2 1,380 0.81 A1 1,540 0.91 0 1,690 1.00 C1 1,870 1.11 C2 1,960 1.16 C3 2,040 1.21 C4 2,060 1.22 C5 2,060 1.22 C6 2,060 1.22 Table 3. Anode 30 degrees A6 432 0.25 A5 853 0.50 A4 1,240 0.72 A3 1,460 0.85 A2 1,590 0.92 A1 1,660 0.97 0 1,720 1.00 C1 1,770 1.03 C2 1,780 1.04 C3 1,740 1.01 C4 1,670 0.97 C5 1,580 0.91 C6 1,480 0.86 3. 양극 (Anode) 쪽 30도중앙점의 ESD는 1,720 ugy, A1 점에서는 1,660 ug y, A3 점은 1,460 ugy로중앙점보다 0.85배줄었고 A5 점은 853 ugy로 0.5배줄었다. C1 점에서는 1,770 ugy 로중앙점보다 1.11배늘었고 C3 점은 Fig. 3. Anode 30 degrees. 1,740 ugy로 1.21배, C5 점은 1,580 ugy로 0.91배줄었다. 이는 Table 3와 Fig. 3에나타내었다. 437
4. 음극 (Cathode) 쪽 15 도 중앙점의 ESD는 1,070 ugy, A1 점에서는 955 ugy, A3 점은 757 ugy로중앙점보다 0.71배줄었고 A5 점 535 ugy로 0.5배줄었다. C1점에서는 1190 ugy로중앙점보다 1.11배늘었고 C3 점은 1,440 ugy로 1.35배, C5 점은 1,620 ugy로 1.51배늘었다. 이는 Table 4와 Fi g. 4에나타내었다. Table 4. Cathode 15 degrees A6 421 0.39 A5 535 0.5 A4 641 0.60 A3 757 0.71 A2 851 0.78 A1 955 0.89 0 1,070 1.00 C1 1,190 1.11 C2 1,320 1.23 C3 1,440 1.35 C4 1,540 1.44 C5 1,620 1.51 C6 1,700 1.59 Table 5. Cathode 30 degrees A6 760 0.64 A5 1,020 0.86 A4 1,150 0.97 A3 1,210 1.03 A2 1,220 1.03 A1 1,210 1.03 0 1,180 1.00 C1 1,170 0.99 C2 1,130 0.96 C3 1,080 0.92 C4 991 0.84 C5 930 0.79 C6 860 0.73 Fig. 5. Cathode 30 degrees 6. 양극 (Anode) 15 도와음극 (Cathode) 15 도비교 Fig. 4. Cathode 15 degrees A6점을제외한모든점에서양극 (Anode) 쪽 15도방향의 ESD가높게나타났다. 양극 (Anode) 쪽 15도방향이음극 (Cathode) 쪽 15도방향보다중앙점에서 620uG y, C1점에서는 680 ugy 더높게나타났다. 양극 (Anode) 쪽으로 15도각도를주었을때 ESD 차이가더크게나타났다. 이는 Table 6와 Fig. 6에나타내었다. 5. 음극 (Cathode) 쪽 30도중앙점의 ESD는 1180 ugy, A1 점에서는 1210 ugy, A3 점 1,210 ugy, A5 점은 1,020 ugy로중앙점보다 0. 86배줄었다. C1점에서는 1,170 ugy, C3 점은 1,080 u Gy로중앙점보다 0.92배줄었고, C5 점은 930 ugy로 0.79배줄었다. 이는 Table 5와 Fig. 5에나타내었다. 7. 양극 (Anode) 30도와음극 (Cathode) 30도비교음극 (Cathode) 쪽방향보다양극 (Anode) 쪽방향의 E SD가중앙점에서는 550 ugy, C4점에서는 679 ugy로양극 (Anode) 쪽 30도방향이더높게나타났다. 438
pissn : 1976-0620, eissn : 2384-0633 "J. korean soc. radiol., Vol. 10, No. 6, October 2016" Table 6. Comparison of the anode and cathode 15 degrees Anode(1) Cathode(2) (1)-(2) A6 362 421-59 A5 728 535 193 A4 987 641 346 A3 1,200 757 443 A2 1,380 851 529 A1 1,540 955 585 0 1,690 1070 620 C1 1,870 1190 680 C2 1,960 1320 640 C3 2,040 1440 600 C4 2,060 1540 520 C5 2,060 1620 440 C6 2,060 1700 360 Table 7. Comparison of the anode and cathode 30 degrees Anode(1) Cathode(2) (1)-(2) A6 432 760-328 A5 853 1,020-157 A4 1,240 1,150 90 A3 1,460 1,210 250 A2 1,590 1,220 370 A1 1,660 1,210 450 0 1,720 1,180 550 C1 1,770 1,170 600 C2 1,780 1,130 650 C3 1,740 1,080 660 C4 1,670 991 679 C5 1,580 930 650 C6 1,480 860 620 Fig. 6. Comparison of the anode and cathode 15 degrees A6, A5점을제외한모든점에서양극 (Anode) 쪽 30도방향의 ESD가높게나타났다. 음극 (Cathode) 측으로 30 도각도를주었을때 ESD 차이가비교적적고양극 (A node) 측으로각도를주었을때 ESD 차이가더욱더커지는경향을보였다. 이는 Table 7과 Fig. 7에나타내었다. Ⅳ. DISCUSSION X-선관을수직으로위치시켜촬영하는검사법중에서넓적다리정, 측면검사 (Femur AP, Lateral) 의경우에위쪽으로는두꺼운엉덩관절 (Hip joint) 이속해있고아래쪽은비교적얇은부위인무릎관절 (Knee) 이있어해부학구조적으로상, 하두께차이가크 Fig. 7. Comparison of the anode and cathode 30 degrees 게나는부위의촬영시 Anode heel effect를이용하여두꺼운쪽인엉덩관절 (Hip joint) 에음극 (Cathode) 을위치시키면보상필터를사용하지않아도촬영조건을보정시켜줄수있고균일한영상을만들수있으며상완골 (Humerus), 흉추 (Thoracic spine) 등에도사용하면효과적이다. [5] K. K. L. FUNG [6] 의연구결과에따르면요추부정면촬영 (L-Spine AP) 시 X-선관을수직으로위치시키고관전압 80 kvp 67.4 mas의조건으로촬영할경우난소 (Ovary) 에받는피폭선량은양극 (Ano de) 이발쪽 (Feet towards) 일경우 1147 ugy, 반대로음극 (Cathode) 이발쪽 (Feet towards) 일경우 1329 ugy로음극이발쪽 (Feet towards) 일경우가 182 ugy 정도더피폭되는결과를나타냈다. 고환 (Testes) 이받는선량은 439
양극 (Anode) 이발쪽일경우 20.5 ugy, 음극 (Cathode) 이발쪽일경우 26.1 ugy로음극 (Cathode) 이발쪽일경우가 5.6 ugy 정도더피폭되는것으로나타났다. 요추부측면촬영시 (L-Spine lateral) 에도난소 (ovary) 가받는피폭선량은음극 (Cathode) 이발쪽일경우가 385 u Gy 정도더피폭되는것으로나타나요추부촬영 (L-Spi ne) 시에는양극 (Anode) 측을다리쪽 (Caudad) 으로음극 (Cathode) 측을머리쪽 (Cephalad) 으로향하게하고촬영하는것이난소 (Ovary) 와고환 (Testes) 의피폭을줄일수있는것으로보고하였다. 본연구결과역시 A5점과 C5점의 ESD 차이가 1276 ugy로음극 (Cathode) 측이약 3배정도더많은것으로나타났다. 따라서, Fig. 8에서방사선감수성이높아피폭에민감한장기인난소 (Ovary), 고환 (Testes) 등이포함된 KUB, L-Spine AP, Lateral 등의촬영부위에는방사선감수성이높은장기가위치한쪽으로양극 (Anode) 을위치시켜서촬영하면효과적으로피폭을줄일수있다. Fig. 9. C-Spine AP C-Spine oblique 영상의화질향상과수정체 (Lens) 의피폭을줄일수있다. Fig. 10에서주로뒷머리뼈 (Occipital bone) 을보기위한촬영법인 Skull townes의경우에는반대로음극 (C athode) 측이위로양극 (Anode) 측인 A3~A5 점이아래턱 (Mandible) 쪽으로위치시켜각도를주는것이촬영조건을바로잡아줄수있다. Fig. 8. KUB L-Spine AP Fig. 10. Mandible townes Skull townes Fig. 9에서목뼈 (Cervical vertebrae) 검사법으로머리쪽 (Cephalad) 으로 15도각도가들어가는촬영법인 C-Sp ine AP, Oblique view [7] 의경우에는양극 (Anode) 측이머리쪽 (Cephalad) 으로향하게각도를주면 A3~A5 점에위치하게되는갑상샘 (Thyroid), 수정체 (Lens) [8] 의피폭을줄일수있다. 30도각도를주고촬영하는아래턱 Modified mandible townes view [7] 검사법의경우는아래턱 (Mandible) 의뼈 (Bone) 구조를잘관찰할수있어야하므로촬영조건이많이필요한아래턱 (Mandible) 쪽으로음극 (Cathode) 측인 C3~C5 점을위치시키면촬영조건이보정되어 Fig. 11에서골반 (Pelvis) 부위의검사법중머리쪽 (Ce phalad) 으로 30도각도가들어가는 Outlet view(taylor method) [7] 는음극 (Cathode) 쪽으로각도를주어두께가두꺼운엉덩뼈능선 (Iliac crest) 쪽으로음극 (Cathode) 측인 C3~C5 점을위치시키고두께가얇은폐쇄구멍 (Obt urator foramen) 쪽으로양극 (Anode) 측인 A3~A5 점을위치시키고반대로다리쪽 (Caudad) 으로 30도각도가들어가는 Inlet view(lilienfeld method) [7] 의경우는음극 (Cathode) 측인 C3~C5 점을폐쇄구멍 (Obturator forame n) 쪽으로향하게하여촬영하면두께에따른촬영조건을보정시켜균일한영상을획득할수있다. 440
pissn : 1976-0620, eissn : 2384-0633 "J. korean soc. radiol., Vol. 10, No. 6, October 2016" Edition, Jungdam, 2009. K. K. L. PUNG, W. B. GILBOY Anode heel effec t on patient dose in lumbar spine radiography, The British Journal of radiology, Vol. 73, No. 4, pp. 531-536, 2000. The Korean Society of Medical Imaging Technology, TEXTBOOK of Radiographic Positioning and Clinical Diagnosis, 3rd Edition, Chung-Ku, 2009. Fig. 11. Outlet view Inlet view 현재 Anode heel effect에관련연구인장근조 [9] 의논문과달리본논문은 X-선관의양극 (Anode) 과음극 (Cat hode) 측방향의각도에따른 ESD를비교한연구로의의가있으나본원의장비로실험하여측정치가절댓값이아니고촬영장치종류에따른영향을세분화하여적용하지못한한계점이있다. I. H. Go, Y. L. Kim, Y. J. Kim, T. H Kim, H. S. Kim, Y. S. Park, J. B. Park, C. W. Park, T. J Ji, Ra diation Biology, Komoonsa, 2013. K. J. Jang, N. H. Kim, J. H. Lee, S. B. Lee, "Distr ibution of X-ray Strength in Exposure Field Caused by Heel Effect", Journal of the Korean Society of Ra diology, Vol. 5, No. 5, pp. 223-229, 2011. Ⅴ. CONCLUSION X-선관이수직인촬영법인경우방사선감수성이높은장기가위치해있는쪽으로양극 (Anode) 을위치시키면피폭을줄일수있었다. X-선관의각도를주고촬영할경우에는음극 (Cathode) 측으로각도를주는것이양극 (Anode) 과음극 (Cathode) 측의 ESD 차이를줄일수있었다. 또한, 상, 하두께차이가있는부위에 X -선관의각도를주고촬영할경우에는음극 (Cathode) 측이두꺼운부위를향하게각도를주는것이 ESD 차이를줄여좀더균일한영상을만들수있었다. Reference http://www.mfds.go.kr/index.do?mid=675&seq=22654&c md=v Radiation Control Textbook Compilation Committee, Radiation Protection & Safety, Chung-Ku, 2014. Research Association a medical image information sy stem, PACS for Medical Image, Chung-Ku, 2014. D. M. Kweon, S. S. Kim, Y. G. Kim, Analog & Di gital, PACS, Daihakseolim, 2011. K. L Bontrager, J. P. Lampignano, TEXTBOOK of R adiographic Positioning and Related Anatomy, Sixth 441
X- 선관각도변경에따른 Anode Heel Effect 신성규, 1 이효영 2* 1 동아대학교병원영상의학과 2 동의대학교방사선학과 요약 본연구는 X- 선관각도변경에따른경사효과 (Anode Heel Effect) 의변화를알아보고자실시하였다. 실험조건은 70 kv, 30 mas, 초점 - 검출기간의거리 100 cm, 조사야는 35 43 cm2, 측정점은조사야의정중앙점에서좌우 3.5 cm 간격으로나누어양극쪽으로 A1, A2, A3, A4, A5, A6 점을설정하고음극쪽으로 C1, C2, C3, C4, C5, C6 점으로설정하였다. X- 선관을수직으로하여측정점인 A6 에서 C6 까지각각입사표면선량을측정하였다. 다음에 X- 선관을양극쪽으로 15 도 30 도로변경하면서각각측정하고같은방법으로음극쪽으로 15 도 30 도로변화시켜측정하였다. 결과로 X- 선관이수직인경우 A5 보다 C5 점이 3 배정도입사표면선량이높게나타나수직촬영시방사선감수성이높은장기가위치해있는쪽으로양극을위치시키면피폭을줄일수있었다. X- 선관의각도를주고촬영할경우에는음극측으로각도를주는것이양극과음극측의입사표면선량차이를줄일수있으며상, 하두께차이가있는부위를촬영할경우에는음극측이두꺼운부위를향하게각도를주는것이입사표면선량의차이를줄여좀더균일한영상을만들수있었다. 중심단어 : 경사효과, X- 선관, 양극, 음극, 입사표면선량 442