Image Evaluation of Projection Method in Chest Radiography

흉부 엑스선 촬영 시 촬영기법에 따른 영상 평가

Abstract

In this study, images taken using a grid and images taken using Air Gap Technique were evaluated in X-ray chest radiography. Subjective Evaluation The ROC (Receiver Operating Characteristic) evaluation was evaluated by 5 radiologists who had worked for more than 10 years in the radiology department of a university hospital. Objective evaluation SNR (Signal to noise ratio) was evaluated. As a result of the analysis, the Cronbach Alpha value was 0.714, which was significantly higher. In the Air Gap Technique, the distance between the phantom and the subject was set at 20 cm, and the image was taken with a tube voltage of 100 kVp, a tube current and a recording time of 8 mAs. In the ROC (Receiver Operating Characteristic) evaluation, the highest score was obtained with 18 score and an objective evaluation SNR (signal to noise ratio) of 6,149 scored. Also, in the imaging method using a grid, when the distance between the phantom and the constant receptor is 15 cm apart, and the tube voltage is 110 kVp, the tube current and the recording time are taken at 8 mAs, the ROC evaluation score is 19 and the objective evaluation SNR (Signal to noise ratio) is the highest with 6.622 scored. Therefore, if the Air Gap Technique imaging method is used, which overcomes the shortcomings such as delay in reading, increase in patient's exposure dose, and shortening of mechanical lifespan, as well as re-radiography due to the cut-off phenomenon of the grid that appears using the grid, the It is thought that it will be very helpful for chest imaging, including the case of using a portable X-ray imaging device.

본 연구는 엑스선 흉부촬영에서 격자를 이용하여 촬영법과 Air Gap Technique을 이용한 촬영법에서 얻은 영상을 평가하기 위하여 대학병원 영상의학과에서 10년 이상 근무한 방사선사 선생님 5인에게 주관적 평가 ROC와 객관적 평가 SNR를 시행하였다. 분석한 결과는 Cronbach Alpha 값이 0.714로 유의하게 높았다. Air Gap Technique 촬영법에서 팬톰과 상수용체 간격을 20 cm 띄우고 관전압 100 kVp, 관전류와 촬영시간 8 mAs로 설정하고 촬영한 영상을 ROC 평가에서 18점, SNR 평가에서 6.149로 가장 높은 점수를 얻었다. 또한 격자를 이용하여 촬영법에서는 팬톰과 상수용체 간격을 15 cm 띄우고 관전압 110 kVp, 관전류와 촬영시간을 8 mAs에서 촬영 시 ROC 평가점수가 19점과 객관적평가인 신호대잡음비(SNR)가 6,622으로 가장 높은 점수를 받았다. 이에 격자를 이용하여 나타나는 격자의 cut-off 현상으로 인하여 재촬영뿐만 아니라 판독지연, 환자의 피폭선량 증가, 기계적 수명단축 등의 단점을 벗어나는 Air Gap Technique 촬영법을 활용한다면, 중환자실 및 응급환자를 위한 이동형 엑스선 촬영장비를 사용할 경우를 포함하여 흉부 촬영 시에 많은 도움이 되리라 사료된다.

Ⅰ. INTRODUCTION

흉부 단순 촬영은 가장 빈번하게 행해지는 방사선 진단촬영^[1]으로 폐결핵, 폐수종, 무기폐, 폐렴, 진폐, 기흉 등 다양한 폐질환 외에 흉수, 흉막염(늑막염), 흉막유착 및 비후 등의 진단에 이용된다^[1]. 흉부는 흉곽을 제외하면 피부, 근육 및 지방으로 이루어진 연부조직과 유방 그리고 엑스선(엑스선) 투과도가 가장 높은 공기를 대량으로 포함하는 허파, 심장 등으로 구성되어 있으며, 엑스선으로 검사될 수 있는 가장 복잡한 부위이다^{[2, 3]}. 엑스선 흉부 후 전 검사(Chest PA projection) 촬영목적은 기관, 양쪽 폐, 가로막, 심장과 대동맥활 등의 장기와 갑상샘, 가슴샘, 폐렴이나 폐종양 허파혈관음영 및 기관지 나무 등의 병변 유무를 관찰한다^[4]. 임상에서 흉부 후전 엑스선 단순촬영은 환자를 선 자세에 엑스선 관에서 상수용체거리를 180 cm 거리를 띄우고 방사선 노출조건 중 관전압 100 kVp 이상의 고관 전압 촬영을 하며 이때 산란선이 발생하여 환자의 방사선 피폭이 이루어지고 또한 영상의 질을 떨어뜨린다.

엑스선촬영에서 산란선을 제거하고 영상의 대조도 증가시키기 위해서 보조기구인 격자(Grid)를 이용한다^[5]. 흉부 후전검사는 외래환자와 병동 환자를 아울러 그 검사의 빈도가 높고, 건강검진 시에는 기본적으로 시행하는 검사이기 때문에 개인의 연간 피폭선량이 깊다고 할 수 있다^[6]. 엑스선 영상의 영상 품질을 향상시킬 수 있는 인자는 여러 가지가 있으나 그 중에서도 화면에 작용하는 산란선량을 경감시키는 것은 매우 중요하다^[7]. 산란선량을 경감시키는 방법으로서는 산란선의 발생을 억제시키기 위해서 관전압(kVp)을 떨어뜨리고 조사야를 최소한으로 작게 하여 산란선 발생을 억제시키는 방법과 일단 발생된 산란선이 화면에 작용되는 것을 제거 또는 경감시키는 방법으로서 격자를 사용하는 방법과 피사체로부터 화면을 떨어뜨리는 Air Gap Technique (AGT) 등이 있다^{[8, 9]}. 이 촬영 방법은 Groedel(1925)에 의해 시도된 것으로서 흉부 고관 전압 촬영이 널리 보급됨에 따라 많이 이용되게 되었다^[10]. 그리고 격자 사용 미숙으로 인하여 즉 격자가 앞ㆍ뒷면이 바뀌거나 엑스선관 초점과 환자 및 상 수용체 간의 거리가 일직선이 되어 있지 않을 경우, 격자가 기울여 촬영할 경우에는 영상에 납 줄이 나타나는 아티팩트(artifact)의 격자의 cut-off가 현상이 일어난다^[11]. 격자의 이용으로 인하여 엑스선 노출 조건 중에 관전압을 10 kVp 더 상승하여 촬영하기 때문에 기계적 소모는 물론 환자 피폭 면에서 재진촬영이 빈번하다. 그리고 중환자실 환자나 응급환자들은 정확한 자세가 나오지 않아 격자를 사용 시 격자의 cut-off가 현상이 일어나 판독을 어렵게 한다.

이에 본 연구자는 흉부팬톰(Thorax phantom)을이용하여 격자를 이용하여 촬영법으로 촬영 영상과 환자와 상수용체를 일정한 간격을 띄우고 촬영한 Air Gap Technique법으로 촬영한 영상의 차이점을 알아보고자 대학병원에서 10년 이상 근무한 방사선사에게 의뢰하여 주관적 평가 방식 ROC(Receiver Operation Characteristic) 평가와 객관적인 평가 방식의 Image Program을 이용한 신호대잡음비(SNR)를 계산하여 평가를 받아 제시하고자 한다.

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

1. 실험기기 및 재료

1.1. 주관적 평가

주관적 평가는 엑스선 흉부촬영 영상을 검사하기 위해서 Fig. 1과 같이 일반촬영장치(DKⅡ-525) 와 흉부 팬톰인 Thorax Rando Phantom를 이용하여 팬 톰과 상수용체 간격과 격자를 이용하여 촬영 시 10 cm, 105 kVp, 15 cm, 110 kVp, 20 cm, 115 kVp 영상을 얻었다. 또한 Air Gap Technique 촬영법으로 팬 톰과 상수용체 간격과 관전압을 10 cm, 85 kVp, 15 cm, 95 kVp, 20 cm, 100 kVp 영상을 얻었다. 노출 조건에서 관전류(mA)와 촬영시간(sec)은 동등하게 8 mAs 그리고 엑스선관에서 상수용체의 거리는 동등하게 180 cm로 설정하여 촬영한 영상을 영상획득 장치인 AGFA CR 85-X를 이용하여 영상을 얻었다.

Fig. 1. Experiment Equipment.

1.2. 객관적 평가

객관적 평가는 획득된 영상의 신호대잡음비 (Signal to Noise Ratio; SNR)를 평가하기 위해 Fig. 2 와 같이 Image J Program을 이용하였다. 통계적 분석은 주관적 평가를 통하여 수집된 데이터를 SPSS 통계 프로그램을 사용하여 ICC test를 시행하였다^[12]. 급내상관계수(Intraclass Correlation Coefficient; ICC)는 반복성과 재현성을 평가하는데 일반적으로 사용되는 지표이며 연속 측정법에서 신뢰도는 변수분석을 통한 Cronbach Alpha 값으로 획득된다.

Fig. 2. Image J program.

Table 1. Cronbach Alpha value

2. 실험방법

2.1. 주관적 평가

선예한 흉부영상을 얻기 위해서 격자를 이용하여 촬영 조건은 팬톰과 상수용체 간격과 관 전압에 따라 10 cm 115 kVp, 15 cm 110 kVp, 20 cm 105 kVp에 촬영하였으며, Air-gap 촬영조건은 10 cm 85 kVp, 15 cm 95 kVp, 20 cm100 kVp 촬영하였다. 관전류와 촬영시간은 동등하게 8 mAs 노출을 주었으며, 격자를 이용할 때의 영상(image)과 Air Gap Technique 촬영할 때의 영상으로 각각 4장씩 12장으로, 총 24장을 촬영한 영상을 대학병원 영상의학과에서 10년 이상 근무한 방사선사 5인이 평가하였다.

2.2. 객관적 평가

정량적 영상품질을 평가하기 위하여 Image J Program을 이용하여 신호대잡음비(SNR)를 계산하였다. 중요한 부위의 허파꼭대기가 넓게 나타나고 농도가 적정한지와 심장과 척추 등의 종격동에 음영묘사가 잘 나타났는지, 빗장뼈 음영을 통해서 혈관을 판독할 수 있는지를 관심영역 ROI를 설정한 후 영역 내의 영상신호 평균값(Mean 값)과 표준편차(SD 값)를 측정하여 신호대잡음비(SNR)를 평가지표로 활용하였다.

3. 평가방법

3.1. 주관적 평가

대학병원 소속 영상의학과에서 10년 이상 근무한 방사선사 5인이 평가하였으며 평가기준은 허파 전체가 선명하게 나타나야 하고 심장과 허파가 겹쳐지는 부분에서도 허파 혈관상 추구할 수 있어야 하며 빗장뼈와 갈비뼈가 음영이 너무 강하지 말고 허파꼭대기가 넓게 나타나야 하며 기관과 좌우 기관지의 내강이 투과상으로 보여야 하고 심장 음영과 허파 음영의 가슴세로칸 등 저농도와 심장과 가로막으로 겹쳐진 허파 혈관상과 바른 후전자세로 촬영되었는가 또한 등뼈와 양쪽 뒤쪽 갈비뼈의 희미한 음영이 심장음영을 통하여 나타났는지를 평가한다. 평가점수는 5점(아주좋음), 4점(좋음), 3점(보통), 2점(나쁨), 1점(아주나쁨) 으로 책정하였다.

3.2. 객관적 평가

아날로그와 디지털 영상에서 신호대잡음비(SNR) 는 신호대 잡음의 상대적인 크기를 측정하는 것으로 데시벨(dB)이라는 단위가 사용되며 Eq. (1)를 이용하여 구하였다.

\(S N R=\frac{R O I_{\text {Mean }}}{R O I_{S D}}\)(1)

기준영상보다 비교영상의 신호대 잡음 비(SNR)가 클수록 잡음(noies)이 적고 신호량이 많아 영상의 해상력이 좋다.

Ⅲ. RESULT

본 연구는 흉부 엑스선 촬영에서 선예한 영상을 얻어 진단하고자 흉부 팬톰과 촬영장치(DKⅡ-525) 을 이용하여 영상 Fig. 3, 4와 같이 영상을 획득하였다. 주관적 평가인 ROC(Receiver Operating Characteristic)를이용하여, 임상경력 10년 이상 방사선사 5인에게 평가를 요청하였다.

Air Gap Technique 촬영법을 이용하여 촬영한 영상 중 팬톰과 상수용체 간격을 20 cm 띄우고 관 전압은 100 kVp, 관전류와 조사시간은 8 mAs로 하였을 때 주관적 평가에서 18점으로 가장 높은 점수를 얻었다. 이는 Fig. 3과 Table 2로 나타내었다. 격자를 이용하여 촬영한 영상 중 팬톰과 상수용체 간격을 15 cm 띄우고 관전압 110 kVp, 관전류와 조사 시간은 8 mAs로 하였을 때 주관적 평가에서 19점으로 가장 높은 점수를 받았다. 이는 Fig. 4와 Table 3 으로 나타내었다.

Fig. 3. Chest Air-gap Image.

Table 2. Chest Air-gap Image ROC Evaluation

Fig. 4. Chest Grid Image.

Table 3. Chest Grid Image ROC Evaluation

객관적 평가를 위하여 Fig. 3, 4를 이용하여 Fig. 5와 같이 신호대잡음비(SNR)를 산출했다. 영상신호 평균값(Mean값)과 표준편차(SD값)를 획득하기 위하여 1554 mm²에서 ROI를 설정하였다.

Fig. 5. Chest Image SNR Evaluation.

Air-gap 촬영에서는 팬톰과 상수용체 간격을 20 cm 띄우고 촬영에서 관전압 100 kVp, 관전류와 촬영 시간 8 mAs에서 신호대잡음비가 6.149로 가장 높았으며, Table. 4로 나타내었다. 또한 격자를 이용하여 검사 시 팬톰과 상수용체 간격을 15 cm 띄우고, 관전압 110 kVp, 관전류와 조사시간을 8 mAs에서 신호대잡음비가 6, 622으로 가장 높았으며 Table 5로 나타내었다.

Table 4. Chest Air-gap image objective evaluation SNR

Table 5. Chest Grid image objective evaluation SNR

또한 통계적 분석결과 Table 6과 같이 Cronbach Alpha 값이 0.814로 산출되었다. 0.814 이상이므로 신뢰도가 매우 좋음으로 평가할 수 있다.

Table 6. Reliable Statistics

Table 7과 같이 유의확률(p)이 0.39로 통계적으로 유의하다.

Table 7. Intraclass Correlation Coefficient (ICC) Single Measures Average Measures

Ⅳ. DISCUSSION

생활수준이 향상하면서 병변의 조기 진단이나 보험의 필요에 의한 건강 검진 횟수가 많아지고 있다. 그에 따라 엑스선 검사 건수 또한 증가하고 있다^[13]. 그 중 흉부 엑스선 검사는 일반 엑스선 검사 중 가장 촬영 건수가 많은 검사로서 전체 방사선검사의 30 ~ 60%를 차지하고 있다^[14]. 흉부 영상 판독에서 가로막의 높이와 갈비뼈 가로막 각 이상적으로 높을 경우는 무기폐와 허파섬유증이 의심되고 반대로 이상적으로 낮은 경우는 폐기종과 긴장성 기흉 등을 의심할 수 있다. 가슴세로칸의 폭, 기관의 주행과 확대해 있으면 가슴세로칸 종양, 림프절 종대, 대동맥류 등을 의심할 수 있다^[15]. 또한 임상에서 엑스선 흉부 전·후 촬영은 고관전압으로 촬영한다. 장점으로 허파혈관음영이 갈비뼈음영 등에 방해받지 않고 , 혈관 말초부분까지 잘 나타나고 심음 영과 허파음영의 농도차를 적게 적고 환자의 피폭선량을 감소될 뿐만 아니라 기관지 분기부에서심음영, 종격동 음영의 묘사에 월등하다^[16]. 최상의 영상을 얻기 위해 흉부 촬영에서 영상 수신부에 도달하는 산란선을 최소화해야 하며 엑스선속의 제한과 격자의 사용으로 영상의 질을 향상시킬 수 있다^[13]. 일반적으로 엑스선 흉부 촬영 시 선예한 영상을 얻기 위해서는 산란선을 될 수 있는 대로 상 수용체 도달하지 못하게 하는 방법은 격자를 이용하고 Air Gap Technique 효과를 이용하여 선 예한 영상을 얻는다. Air Gap 효과 또한 상수용체와 테이블 사이에 얇은 납판^[17]을 설치한다. 기존연구에 의하면 Gould와 Hale은 10 cm 두께의 인체부위에 25 cm(10 inch)의 Air-gap은 15:1 격자와 동일한 정도의 산란선 제거능력을 가짐을 보여 주었다고 보고 하였다^[18]. 본 논문에서 흉부영상평가에서 알 수 있듯이 흉부 Air Gap Technique 촬영에서 환자와팬톰 간격을 20 cm, 관전압 100 kVp에서 주관적 평가와 객관적 평가 모두 다 높은 점수를 얻었다. 이에 격자를 이용하여 나타나는 격자의 cut-off 현상으로 인하여 재촬영뿐만 아니라 판독지연, 환자의 피폭선량 증가, 기계적 수명단축 등의 단점을 벗어나는 Air Gap Technique 촬영법을 활용한다면, 중환자실 및 응급환자를 위한 이동형 엑스선 촬영 장비를 사용할 경우를 포함하여 흉부 촬영 시에 많은 도움이 되리라 사료된다.

Ⅴ. CONCLUSION

본 연구는 엑스선 흉부촬영에서 격자를 이용한 촬영 영상과 Air Gap Technique을 이용한 촬영 영상을 평가하였다. 대학병원 영상의학과에서 10년 이상 근무한 방사선사 5인에게 주관적 평가인 ROC 평가방법을 진행하였으며, 객관적 평가인 신호 대 잡음 비(SNR)를 평가하여 분석하였다. Cronbach Alpha 값은 0.714로 유의하게 높았다. Air Gap Technique 촬영법에서는 팬톰과 상수용체 간격을 20 cm 거리를 두고 관전압 100 kVp, 관전류와 촬영시간 8 mAs 설정하고 촬영한 영상이 ROC 평가에서 18점, SNR이 6.149로 가장 높은 점수를 얻었다. 또한 격자를 이용한 촬영법에서는 팬톰과 상수용체 간격을 15 cm 거리를 두고 관전압 110 kVp, 관전류와촬영시간을 8 mAs 설정하고 촬영한 영상이 ROC 평가에서 19점, SNR이 6, 622으로 가장 높은 점수를 받았다. 본 연구의 제한점은 환자의 흉부 두께가 모두 다르기 때문에 영상에 약간의 차이는 있을 수 있다고 본다. 향후 본 논문을 바탕으로 임상에서 흉부의 두께에 따라, 환자의 나이에 따라 세분화하여 연구를 진행하는데 도움이 될 것이라 사료된다.