Research of z-axis geometric dose efficiency in multi-detector computed tomography

MDCT 장치의 z-축 기하학적 선량효율에 관한 연구

With the recent prevalence of helical CT and multi-slice CT, which deliver higher radiation dose than conventional CT due to overbeaming effect in X-ray exposure and interpolation technique in image reconstruction. Although multi-detector and helical CT scanner provide a variety of opportunities for patient dose reduction, the potential risk for high radiation levels in CT examination can't be overemphasized in spite of acquiring more diagnostic information. So much more concerns is necessary about dose characteristics of CT scanner, especially dose efficient design as well as dose modulation software, because dose efficiency built into the scanner's design is probably the most important aspect of successful low dose clinical performance. This study was conducted to evaluate z-axis geometric dose efficiency in single detector CT and each level multi-detector CT, as well as to compare z-axis dose efficiency with change of technical scan parameters such as focal spot size of tube, beam collimation, detector combination, scan mode, pitch size, slice width and interval. The results obtained were as follows ; 1. SDCT was most highest and 4 MDCT was most lowest in z-axis geometric dose efficiency among SDCT, 4, 8, 16, 64 slice MDCT made by GE manufacture. 2. Small focal spot was 0.67-13.62% higher than large focal spot in z-axis geometric dose efficiency at MDCT. 3. Large beam collimation was 3.13-51.52% higher than small beam collimation in z-axis geometric dose efficiency at MDCT. 4. Z-axis geometric dose efficiency was same at 4 slice MDCT in all condition and 8 slice MDCT of large beam collimation with change of detector combination, but was changed irregularly at 8 slice MDCT of small beam collimation and 16 slice MDCT in all condition with change of detector combination. 5. There was no significant difference for z-axis geometric dose efficiency between conventional scan and helical scan, and with change of pitch factor, as well as change of slice width or interval for image reconstruction. As a conclusion, for reduction of patient radiation dose delivered from CT examination we are particularly concerned with dose efficiency of equipment and have to select proper scanning parameters which increase z-axis geometric dose efficiency within the range of preserving optimum clinical information in MDCT examination.

최근의 나선형 CT와 MDCT는 기존의 고식적 CT보다 X-선 조사시의 겹침 현상과 영상 재구성에 있어서의 보간삽입처리로 인해 보다 높은 선량을 환자에게 주게 되었다. MDCT와 나선형 CT장치가 보다 많은 의학적 정보를 제공하는 것에도 불구하고 환자가 받는 방사선 노출은 기존의 고식적 CT검사에 비해 $2{\sim}4$배 정도로 증가되고 있는 실정이므로, 그 잠재적 위험성을 아무리 강조해도 지나침이 없다. CT장치에서의 보다 많은 X-선에 관련된 자료들, 특히 선량효율적 디자인이나 X-선 조절 소프트웨어에 대한 자료들이 필요하다. 왜냐하면 CT장치의 디자인 요소는 임상적 진단에 있어서 환자선량을 성공적으로 줄일 수 있는 중요한 요소이기 때문이다. 이에 본 연구에서는 최근 급격히 확산되어 사용되고 있는 여러 단계의 MDCT의 z-축 선량효율을 측정하여 SDCT와 비교하였다. 그리고 MDCT에서 스캔 시 채택하는 focal spot size와 beam collimation, 검출기 조합 등을 비롯한 파라메터들의 변화에 따른 z-축 선량효율을 파악하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. SDCT가 z-축 기하학적 선량효율이 가장 높았고, 4 슬라이스 MDCT가 가장 낮았다. MDCT 중에서는 small beam collimation 적용 시 64 MDCT가 기하학적 선량효율이 가장 높았고 16, 8, 4 슬라이스 MDCT 순이었으며, large beam collimation 적용 시에는 small focal spot에서는 8 MDCT가, large focal spot에서는 16 MDCT가 가장 높았다. 2. MDCT의 경우 large focal spot에 비해 small focal spot의 z-축 기하학적 선량효율이 최저 0.67%에서 최대 13.62%의 범위에서 높았다. 3. MDCT의 경우 small beam collimation에 비해 large beam collimation의 z-축 기하학적 선량효율이 $3.13{\sim}51.52%$의 범위에서 높았다. 4. 동일한 focal spot size와 beam collimation을 채택한 상태에서 detector combination 차이에 따른 z-축 기하학적 선량효율은 4 슬라이스 MDCT의 모든 경우와 8 슬라이스 MDCT의 large beam collimation에서 일정하였다. 하지만 8 슬라이스 MDCT의 small beam collimation과 16 슬라이스 MDCT에서는 z-축 기하학적 선량효율이 차이를 보였으며 변화의 일률성은 없었다. 5. 동일한 스캔 파라메터를 적용시 나선형 스캔과 고식적 스캔 모드의 z-축 기하학적 선량효율은 동일하였으며, pitch를 변화시키거나 영상재구성 시 슬라이스 두께와 간격을 변화시켜도 z-축 기하학적 선량효율은 변화가 없었다. 결론적으로, CT검사 시 환자가 받는 X-선 피폭선량을 줄이기 위해 연구자는 CT장치의 선량효율에 대해 각별히 주의하여야 하며, Z-축 선량효율성을 높이는 동시에 최적의 임상적 정보를 보존할 수 있는 스캔 파라메터를 선택하여야 한다.