Evaluation of Distortion in Measuring the Stability of Distal Radio-ulnar Joint in Wrist PA-Grip View

Wrist PA-grip view에서 먼쪽노자관절의 안정성 정도 측정 시 왜곡도 평가

Abstract

Wrist PA-grip view is used to diagnose triangular fibrocartilage complex (TFCC) tear because it can easily diagnose damage to the surrounding wrist ligaments. However, despite advances in radiology equipment, distortion of images due to geometric elements still has many limitations. In this paper, we propose a method that can minimize the distortions of images by analyzing the distortions occurring in the wrist PA-grip view. A source of image distance (SID) were set at 130 cm and 150 cm for comparison with 110 cm. Depending on the SID, the phantom of wrist was moved at 0, 2, 4, 6, 8, and 10 cm in the X-axis and Y-axis directions, respectively. For quantitative evaluation, the difference of distance between the radius and ulna was measured in picture archiving and communication system (PACS) system. As a qualitative evaluation, survey was conducted among 20 radiologic technologists who examined the Wrist PA-grip view. The Kruskal Wallis test was performed to compare the distortion according to the phantom movement in the X-axis and Y-axis directions based on the SID, and the Tukey test was performed as a post-test. In the quantitative evaluation results, the measured values obtained in the X-axis was not significantly different in all groups (p>0.05). The measured values obtained in the Y-axis was significantly different in the most groups (p<0.05). Therefore, to reduce distortion while maintaining image quality, we recommend what examine the SID at 150 cm than 110 cm.

Wrist PA-grip view는 주변 인대들의 손상을 쉽게 진단할 수 있기 때문에 삼각섬유연골 파열 진단에 시행한다. 그러나 의료장비 기술의 발전에도 불구하고 기하학적 요소에 따른 영상의 왜곡은 아직까지도 많은 제한점이 있다. 본 논문에서는 정확한 Wrist PA-grip view 검사를 위해 현재 사용되고 있는 검사방법에서 발생되는 왜곡을 분석하여 영상의 왜곡을 최소한으로 감소시킬 수 있는 검사방법을 제시하고자 한다. Wrist PA-grip view를 재현하기 위하여 인체모형 팬텀을 사용하였고 source of image distance (SID)는 110 cm와 임의로 정해놓은 130 cm, 150 cm로 설정하였다. 각 SID에 따라서 손목 팬텀을 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 0, 2, 4, 6, 8, 10 cm 이동하였다. 정량적 평가를 하기 위해 손목 팬텀의 이동 시 마다 자뼈와 노뼈의 먼쪽관절면의 거리의 차이를 picture archiving and communication system (PACS) system을 통해 측정하였다. 정성적 평가로는 방사선사 20명을 대상으로 설문조사를 실시하였다. SID에 따라 나뉜 세 그룹 간의 x축과 y축 방향의 움직임에 따른 왜곡도를 비교하기 위해 Kruskal Wallis test 통계기법을 시행하였으며 사후검정으로 Tukey test를 시행하였다. 정량적 평가 결과에서 x축 방향으로 이동하여 얻은 측정값은 모든 그룹에서 유의한 차이를 보이지 않았다 (p>0.05). y축 방향으로 이동하여 얻은 측정값은 대부분의 그룹에서 유의한 차이를 보였다 (p<0.05). 영상에서 왜곡이 임상적 진단과 수술에 많은 영향을 미치는 검사의 경우, 보다 정확한 진단을 위해 영상 후처리로 영상의 질을 유지하는 한도 내에서 기존의 SID인 110 cm 보다는 150 cm에서 검사하여 왜곡을 감소시키기를 제안하는 바이다.

Ⅰ. INTRODUCTION

손목관절은 다양한 골과 인대 및 복잡한 관절 구조를 가진 해부학적 부위이다. 이러한 손목관절의 손상은 적극적인 여가 활동의 증가로 스포츠 활동 비율이 꾸준히 증가하면서 그 수가 매우 증가하고 있으나, 손목관절의 복잡한 해부학적 구조 및 손상 부위와 형태의 다양성 때문에 정확한 진단과 치료에 어려움을 겪고 있다. 특히 삼각섬유연골 파열은 모호한 양상의 통증을 호소하는 경우가 많아 정확한 진단에 대한 이해가 요구된다^[1-3].

삼각섬유연골 파열을 진단하기 위해서는 다양한 영상 검사를 시행할 수 있다. 대표적으로 전산화 단층촬영 (CT; Computed Tomography), 자기공명영상 (MRI; Magnetic Resonance Imaging) 등이 있으며 특히 단순 방사선 검사를 통해서도 효율적으로 진단할 수 있다^{[4, 5]}. 단순 방사선 검사 중 Wrist PA-grip view는 노뼈와 자뼈 및 주변 관절과 인대의 복합구조물인 먼쪽노자관절을 형태학적으로 볼 수 있는 검사로서 골절이나 외상 또는 삼각섬유연골 복합체, 먼쪽노자관절과 연관 있는 손목관절의 불안정성을 알아보기 위해 주로 사용된다. Wrist PA-grip view의 방사선 영상에서 노뼈와 자뼈의 높이가 다르거나 불안정할 경우 주변 인대들의 손상을 쉽게 진단할 수 있기 때문에 삼각섬유연골 파열진단에 시행한다^{[6, 7]}.

그러나 의료장비 기술의 발전에도 불구하고 기하학적 요소에 따른 영상의 왜곡은 아직까지도 단순 방사선 검사에 있어 많은 제한점을 가져온다. 왜냐하면 X선 Tube에서 나오는 X-ray는 방사 형태이므로 방사선 소스와 최단 직선거리에 있는 지점을 제외한 나머지 지점에서는 왜곡이 생길 수밖에 없기 때문이다. Wrist PA-grip view는 수술 전 검사에 있어 1 mm의 차이로도 수술 여부와 수술의 진행 방향 등이 달라지기 때문에 더욱 정밀한 검사가 요구된다. 그러므로 방사선사는 Wrist PA-grip view 의 검사 시 영상에 왜곡을 줄 수 있는 요인을 고려하여 정밀하게 검사해야 한다.

본 논문에서는 정확한 Wrist PA-grip view 검사를 위해 현재 사용되고 있는 검사방법에서 발생되는왜곡을 분석하여 임상에서 영상의 왜곡을 최소한으로 감소시킬 수 있는 검사 방법을 제시하고자 한다.

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

1. 검사 장비 및 검사 방법

Wrist PA-grip view를 재현하기 위하여 인체모형 팬텀을 사용하였다. 사용된 장비로는 Toshiba의 투시 및 일반촬영 겸용 장비 (ZEXIRA DREX-ZX80, Toshiba Medical Systems, Otawara, Japan)이고 측정 software는 GE PACS system (GE Centricity Radiology RA 1000, GE Medical Systems, Milwaukee, WI)을 사용하였다. 정확한 측정을 위해 먼 쪽 노자관절 불안정성을 진단하는 데 측정되는 자 뼈와 노뼈의 먼쪽관절면에 납 조각을 붙여 측정하였다. 방사선 영상에서 구별을 위해 노뼈에는 삼각형 모양의 납 조각을, 자뼈에는 네모난 납 조각을 붙였다(Fig. 1 (a)). 노뼈와 자뼈의 납조각 위치를 투시 장비를 통하여 영상에서 평행하게 맞추고 이 상태를 유지하기 위하여 팬텀 아래에 아크릴판을 대어 고정하였다(Fig. 1 (b)). Source of Image Distance (SID)는 임상에서 Wrist PA-grip view 촬영 시 일반적으로 시행하는 110 cm와 비교를 위해 임의로 정해놓은 130 cm, 150 cm로 설정하였다. 각 SID에 따라서 손목 팬텀을 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 0, 2, 4, 6, 8, 10 cm 이동하였다. 정확한 이동을 위하여 아크릴판에 고정된 손목 팬텀은 움직이지 않은 채 Table detector 끝쪽에 자를 붙여놓고 고정하였으며 테이블 상판에 눈금을 표시하여 테이블 이동을 정확하게 조절하여 손목 팬텀이 움직이는 것과 같은 효과를 나타내었다(Fig. 1 (c)).

Fig. 1. Schematic diagram showing the experimental method (a) a phantom radiograph with a triangular lead piece on the radial bone phantom and a square lead piece on the ulna bone phantom (b) image of wrist phantom fixed on the acrylic plate (c) image of rulers which is attached on the detector and column of the tube in order to control the position of X-axis and Y-axis.

2. 정량적 평가

2.1. x축 이동 시 측정 값

각 SID마다 x축 방향으로 각각 0, 2, 4, 6, 8, 10 cm 이동할 때마다 자뼈와 노뼈의 먼쪽관절면의 거리의 차이를 PACS system을 통해 측정하였다. 측정 시 자뼈의 납 조각을 기준으로 노뼈와의 거리를 측정하였다.

2.2. y축 이동 시 측정 값

각 SID마다 y축 방향으로 0, 2, 4, 6, 8, 10 cm 이동할 때마다 자뼈와 노뼈의 먼쪽관절면의 거리의 차이를 PACS system을 통해 측정하였다. 측정 시자뼈의 납 조각을 기준으로 노뼈와의 거리를 측정하였다.

3. 정성적 평가

서울 지역의 S병원 방사선사 중 Wrist PA-grip view을 검사하는 20명을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 질문항목은 총 4가지로 손목이 중심에서 멀어질 수 있는 경우, 대략 어느 정도로 멀어질 수 있는지, 왜곡도가 가장 크게 나타나는 경우, 왜곡을 줄일 수 있는 대안 방법에 대하여 간략하게 질문하였다. [첨부 1. 설문지]

4. 통계적 분석

SPSS (version 21.0, SPSS Inc Chicago, IL, USA) 통계 패키지 프로그램을 사용하여 신뢰구간 95%에서 그룹 간 유의성을 검증하였다. SID에 따라 나뉜세 그룹 간의 x축과 y축 방향의 움직임에 따른 왜곡 도를 비교하기 위해 Kruskal Wallis test 통계기법을 시행하였으며 사후검정으로 Tukey test를 시행하였다.

Ⅲ. RESULT

1. 정량적 평가

1.1. x축 이동 시 측정 값

Fig. 2와 같이 손목 팬텀을 x, y축 방향으로 이동하였을 때 얻는 방사선 영상을 통해 자뼈의 납 조각을 기준으로 노뼈의 납 조각과의 거리를 측정하였으며, 6명의 방사선사가 같은 방법으로 측정하였다.

Fig. 2. (a) the reference image of the wrist phantom at SID 110 cm, (b) the image of the wrist phantom moved 4 cm to the X-axis at SID 130 cm, (c) 10 cm to the X-axis at SID 150 cm, and (e) moved 4 cm at Y-axis at SID 130 cm (f) 10 cm at Y-axis at SID 150 cm, respectively.

Fig. 3에서 나타난 것과 같이, x축으로 0, 2, 4, 6, 8, 10 cm 움직였을 때 SID 110 cm에서는 평균 0.48 ± 0.22 mm의 거리 차이가 났고 거리 차이의 범위는 0 ~ 0.65 mm이다. SID 130 cm에서는 평균 0.49 ± 0.22 mm의 거리 차이가 났고 거리 차이의 범위는 0 ~ 0.62 mm이다. SID 150 cm에서는 평균 0.50 ± 0.22 mm의 거리 차이가 났고 거리 차이의 범위는 0 ~ 0.61 mm이다.

Fig. 3. The graph of distance difference between the radius and ulnar based on SID when the wrist phantom is moved in the X-axis direction.

SID 간의 노뼈와 자뼈의 거리 차이에 대한 Kruskal Wallis 검정 결과, x축 방향으로 2, 4, 6, 8, 10 cm를 이동하여 얻은 측정값은 모든 그룹에서 유의한 차이를 보이지 않았다 (p>0.05).

1.2. y축 이동 시 측정 값

Fig. 4에서 나타난 것과 같이, y축으로 0, 2, 4, 6, 8, 10 cm 움직였을 때 SID 110 cm에서는 평균 1.02 ± 0.70 mm의 거리 차이가 났고 거리 차이의 범위는 0 ~ 2.02 mm이다. SID 130 cm에서는 평균 0.87 ± 0.60 mm의 거리 차이가 났고 거리 차이의 범위는 0 ~ 1.73 mm이다. SID 150 cm에서는 평균 0.72 ± 0.51 mm의 거리 차이가 났고 거리 차이의 범위는 0 ~ 1.47 mm이다.

Fig. 4. The graph of distance difference between the radius and ulnar based on SID when the wrist phantom is moved in the Y-axis direction.

SID 간의 노뼈와 자뼈의 거리 차이에 대한 Kruskal Wallis 검정 결과, Table 1에서 보는 것과 같이 손목이 y축 방향으로 2 cm 이동하였을 때 SID 130 cm와 SID 150 cm에서를 제외한 모든 그룹에서 유의한 차이를 보였다 (p<0.05).

Table 1. P values of Kruskal Wallis test for the distance difference between the radius and ulnar bones based on SID 110, 130 and 150 cm when the wrist phantom is moved at 2, 4, 6, 8, 10 cm.

2. 정성적 평가

서울 지역의 S병원 방사선사 중 Wrist PA-grip view을 검사하는 20명을 대상으로 총 4가지 문항에 대해 설문조사를 실시하였다. 첫 번째로 Wrist PA-grip view 검사 시 손목이 중심에서 멀어지는 경우에 대하여 설문조사를 실시하였다. 가장 많이 선택된 결과는 cast를 하고 있는 환자로, 26%를 차지하였다. 2위로는 23%의 비율로 팔에 경직이 있는 환자, 3위로는 16%의 비율로 의식이 없는 침대 환자를 꼽았다. 두 번째로 손목이 중심에서 멀어지게 된다면 대략 어느 정도인가에 대한 질문에 대해서는, 40%의 비율로 4~6 cm가 가장 많았다. 세 번째로 Wrist PA-grip view 검사 시 왜곡도가 가장 크게 나타나는 경우는 언제인가에 대한 질문에 대해서는, 50%의 비율로 Position 불량으로 True PA가 되지 않을 때였고, 21%의 비율로 손목이 Tube의 중심을 벗어났을 때와 cast를 한 환자를 꼽았다. 마지막으로 왜곡을 줄이는 대안 방법에 대한 질문에 대해서는, 48%의 비율로 Computed Radiography (CR) 를 사용하고 있다고 선택하였고, 20%의 비율로는 손목이 Detector 중심에서 멀어지더라도 손목을 Tube 중심 위치에 놓는다고 대답하였다.

Ⅳ. DISCUSSION

Wrist PA–grip view에서 먼쪽노자관절 측정에 있어 손목의 움직임에 따라 (x축, y축) 왜곡을 비교하였을 때 x축 방향으로는 왜곡이 임상적으로 유의성을 가지지 않는다. 이는 노뼈와 자뼈의 길이를 측정하는 방법에서 y축을 토대로 불안정성을 결정하기 때문에 이와 같은 결과가 나온 것이다^[1]. 손목이 y축 방향으로 움직였을 때 현재 검사방법인 SID 110 cm에서는 4 cm 이상이 되면 왜곡의 정도가 1 mm를 넘어 임상적으로 유의성을 가질 수 있다. 이러한 결과는 방사선사를 상대로 시행했던 설문에서 왜곡이 일어날 수 있는 정도를 조사하였을 때가장 많았던 4~6 cm 안에 포함되기 때문에 현재 검사 방법인 SID 110 cm에서 임상적 유의성을 가진 왜곡이 일어날 확률이 높다는 것을 알 수 있다. 그렇다면 왜 Wrist PA–grip view에서 SID 110 cm를고수하고 있는지에 대하여 점검해 볼 필요가 있다. 현재 설정된 검사 조건이 기존의 필름 환경에서 사용하던 검사 파라메터들을 Digital Radiography (DR) 환경에 적합한지 검증하지 않고 그대로 적용하고 있지 않은가 하는 의문이 들게 하는 지점이다. DR은 필름과 달리 선량의 영향을 적게 받으며 영상 후처리가 가능하기 때문에 SID에 따른 영상의 질 차이가 적다^[8]. 그러므로 임상적 진단의 수준을 높이면서 DR 환경에 적합한 파라메터에 대한 연구가 필요하다.

본 연구 결과 SID 150 cm에서는 왜곡의 정도가 1 mm를 넘기 위해서는 최소한 6 cm 이상에서 중심과 손목이 벗어나야 한다. 따라서 SID 150 cm 가 기존의 검사 방법보다 왜곡을 발생시키는 확률이 적으므로 이러한 조건을 이용하여 검사 방법을 개선할 필요가 있다. SID가 150 cm이 되면 Detector와 Tube의 거리가 멀어지므로 기존의 검사 방법에 비해 선량이 부족하여 영상의 질이 떨어질 수 있으나, DR 장비의 특성으로 이를 보완할 수 있다. DR장비는 기존의 CR에 비하여 적은 선량으로도 적정한 영상을 만들 수 있는데 이를 도와주는 것이 영상 후처리이다. 후처리 과정을 거쳐 선예도와 대조도를 높여 같은 선량으로도 기존과 비슷한 이미지 질을 만들어 낼 수 있다. 상지와 같이 선량이 적게 들어가며 영상에서의 왜곡이 임상적 진단과 수술에 많은 영향을 미치는 검사의 경우, 영상 후처리로 영상의 질을 유지하는 한도 내에서 기존의 SID 110 cm보다는 150 cm에서 검사하기를 제안한다.

이 논문의 한계점으로는 실험 과정에서 손목의 움직임을 눈으로 보면서 조절하였기 때문에 오류가 생길 수 있을 것이며, Detector의 성능과 화소의 민감도에 따라 왜곡도의 차이가 발생할 수 있다는 것이다. 또한 손목의 정확한 움직임을 조절하기 위해 일반촬영이 가능한 투시장비로 실험하였는데, 일반촬영 검사 시 일반적으로 사용하는 DR장비로 실험한 것이 아니기 때문에 약간의 오차가 생길 수 있다. 기계 자체에서 Tube와 Detector의 초점이 정확히 맞춰져 있지 않았다면 이 역시 오차를 만들 수 있다.

Ⅴ. CONCLUSION

본 실험의 결과로 Wrist PA-grip view에서 현재 왜곡의 수준에 대하여 평가할 수 있었다. Upper Extremity와 같이 방사선 선량의 영향이 적으며 영상에서 왜곡이 임상적 진단과 수술에 많은 영향을 미치는 검사의 경우, 보다 정확한 진단을 위해 영상 후처리로 영상의 질을 유지하는 한도 내에서 기존의 SID인 110 cm 보다는 150 cm에서 검사하여 왜곡을 감소시키기를 제안한다.