Analysis of the Influence of Examination Gowns on the Image and the Suitable Fabrics for Chest AP Examinations on DR X-ray Systems

디지털 X-선 시스템에서 흉부 전·후 방향 검사 시 검사복이 영상에 미치는 영향과 적정 검사복 원단의 분석

Abstract

The purpose of this study was to analyze fabrics suitable for use as examination gowns to determine whether examination gowns affect imaging during anterior to posterior chest examinations(Chest AP) on a digital X-ray system. Examination gowns in use at five medical centers in Seoul were collected and included modal, tencel, cotton, and rayon fabrics. The selection of fabrics was based on studies that reported fabrics with good tactile, absorbent, stretchable, and wrinkle resistance. Phantoms of five hospital gowns and four fabrics, arranged in overlapping layers from one to eight, were created and examined on a digital X-ray system in both Chest AP examination. The images examined were subjected to a first-step profile analysis, a second-step signal intensity averaging analysis, and a third-step microscopic analysis. The results showed that all nine materials had an increasing impact on the image as the number of layers of fabric increased, with the modal fabric having the least impact on the image in the first, second, and third analyses. In conclusion, as the resolution of digital x-ray systems increases, the impact of examination clothing on the image will increase, and research to find suitable materials for examination clothing will continue to be necessary.

본 연구에서는 디지털 일반촬영 시스템에서 흉부 전·후방향 검사 시 검사복이 영상에 영향을 미치는지를 확인하고 검사복으로 사용하기에 적절한 원단을 분석하고자 하였다. 서울 소재 3차 의료기관 다섯 곳에서 사용 중인 검사복을 수집하였고 모달, 텐셀, 면, 레이온 원단을 이용하였다. 원단의 선택은 촉감, 흡수성, 신축성, 구김성이 우수한 원단으로 보고된 연구를 참고하였다. 의료기관 다섯 곳 검사복과 네 개의 원단을 1겹에서 8겹까지 겹치도록 배열한 팬텀을 제작한 후 디지털 일반촬영 시스템에서 흉부 전·후방향 조건으로 검사하였다. 검사한 영상은 1차 프로파일 분석, 2차 신호강도 평균값 분석, 3차 현미경 분석하였다. 결과적으로 총 아홉 가지 재료 모두 원단의 겹침이 증가할수록 영상에 미치는 영향이 증가하는 것을 확인하였고 1차, 2차, 3차 분석 모두에서 영상에 미치는 정도가 가장 적은 것은 모달 원단이었다. 결론적으로 디지털 장치의 해상력이 증가할수록 검사복이 영상에 미치는 영향이 증가할 것이며 이에 따라 적정 검사복 재질을 찾는 연구에 지속적인 관심이 필요하다.

Ⅰ. INTRODUCTION

일반촬영 검사는 영상의학 검사의 기본으로 다양한 질환의 선별 검사 역할을 한다. 일반촬영 장치는 기존 필름-스크린 시스템 기반에서 컴퓨터 기반의 CR (Computed Radiography) 시스템을 거쳐 디지털 기반의 DR (Digital Radiography) 시스템으로 발전하였다^[1]. DR 시스템은 인체를 투과한 X선 에너지의 강도를 광신호의 전환 없이 바로 전기신호와 디지털 데이터로 변환하는 시스템으로 양자화 값을 늘리면 표현하는 농도의 계조수가 넓어져 고화질의 영상처리가 가능하다는 장점이 있다^[2]. 이는 작은 화소(pixel) 크기에 따른 높은 공간 해상력과 디지털 영상의 필터링, 후처리, 성능 향상으로 화질이 개선되고 다각적인 진단이 가능해졌음을 의미한다^[3]. DR 시스템을 이용한 일반촬영 검사 중 흉부 전·후방향 검사는 낮은 비용, 간단한 검사과정으로도 많은 정보를 얻을 수 있어 임상에서 차지하는 검사빈도가 매우 높다^[4]. 특히 흉부 전·후 방향 검사는 주로 응급실이나 병동 등 이동형 장치(portable system)를 통해 검사하는 경우가 많은데 이는 움직임에 제한적인 환자를 대상으로 하기 때문이다. 따라서 흉부 전·후 방향 검사는 대상자가 입고 있는 옷이 영상에 노출될 수 있다^[5]. 이러한 내용을 종합적으로 살펴보면 DR 시스템의 화질이 증가하고 흉부 전·후 방향 검사의 환자 특성을 고려하면 옷감으로 인한 새로운 종류의 인공물이 발생할 수 있다는 것이다^[6]. 따라서 단추나 옷의 주름, 옷의 재질 등 주의 깊게 분석하지 않았던 작은 요소들이 영상에 나타날 수 있음을 의미한다^[7]. 하지만 DR 시스템의 화질발전에 비해 현재 사용되고 있는 검사복들이 영상에 영향을 미치는지에 대한 연구와 새로운 원단을 찾는 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 임상에서 사용되는 검사복이 DR 시스템 영상의 화질에 영향을 미치는지 확인하고 적정한 검사복 재질의 원단을 제안하고자 한다.

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

1. 재료 선정 및 팬텀 제작

현 검사복 비교를 위한 실험대상으로 서울 소재 500병상 이상 의료기관 5곳의 검사복 A, B, C, D, E를 무작위로 선정하였다. 선정된 검사복은 이음새를 제외한 가슴, 등 부분을 3(W) × 3(L) cm² 크기로 잘랐다. 그리고 이를 Fig. 1과 같이 24(W) × 30(L) ×0.1(D) cm³의 크기의 아크릴 위에 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8겹을 차례로 고정하였다(이하 검사복 팬텀).

Fig. 1. 4 Fabrics placed on 1 mm thick acrylic plate(A), 3(W) × 3(L) cm², fabrics fixed to 3(W) × 0.5(L) cm²(B).

현재의 검사복과 비교할 새로운 원단으로 소재 성능 평가표를 참고하여 면(cotton), 레이온(rayon), 모달(modal), 텐셀(tencel) 4가지를 선정하였다^[8,9]. 선정된 원단 또한 검사복 아크릴판과 같은 방식으로 아크릴판을 제작하였다(이하 원단 팬텀).

2. 실험방법

실험방법은 Fig. 2와 같이 총 세 단계의 분석을 이용하였다. 첫 번째 단계는 검사복 팬텀의 프로파일을 분석하고 두 번째 단계는 원단 팬텀의 프로파일을 분석하였다. 세 번째 단계로 첫 번째 단계와 두 번째 단계에서 가장 좋은 원단을 팬텀으로 제작한 후 신호 강도 분석과 현미경 분석을 통해 영상에 미치는 영향이 가장 적은 원단을 찾고자 하였다.

Fig. 2. Flowchart for analysis of this study. (first step is to find the best gown using profile analysis, second step is to find the best fabric using profile analysis, the third step is to find the best material through signal intensity analysis and microscopic analysis of the best fabrics from the first and second analysis)

2.1. 검사복 팬텀의 프로파일 분석

2.1에서 제작된 검사복 팬텀을 DR 장비(AccE GC85A, Samsung, ROK)를 사용하였고 흉부 전·후 검사 자동 노출제어장치(AEC)를 사용하여 검사하였다.검사한 영상은 Fig. 3과 같이 image j(V.1.8.0, NIH, USA)를 용하여 분석하였다. 검사복 재질에 따른 영상분석을 위해 Fig. 3-(A)와 같은 방향으로 프로파일 분석하였고, 검사복 겹침 증가에 따른 영상분석을 위해 Fig. 3-(B)와 같은 방향으로 프로파일 분석하였다.

Fig. 3. Vertical profile (A) for analyzing different fabrics(gowns) and horizontal profile(B) for analyzing images based on the number of fabric (gown) overlaps.

2.2. 원단 팬텀의 프로파일 분석

원단 4가지 레이온, 면, 모달, 텐셀을 사용하여 제작한 아크릴판 또한 2.1에서와 동일 조건으로 촬영 후 분석하였다. 원단 재질에 따른 영상분석을 위해 Fig. 3-(A)와 같은 방향으로 프로파일 분석하였고, 원단 겹침 증가에 따른 영상분석을 위해 Fig. 3-(B)와 같은 방향으로 프로파일 분석하였다.

2.3. 최적의 검사복과 원단의 신호 분석

2.1과 2.2 분석을 통해 프로파일 값이 가장 낮은 검사복과 원단을 선정해 Fig. 1과 같이 팬텀을 제작하였다. 제작된 팬텀에 DR 장치를 이용하여 흉부 전·후방향 검사 조건으로 검사하였다. 검사 후 검사복 8겹, 원단 8겹 총 16개의 영상에서 Fig. 4와 같이 5.04 × 5.04 mm² 사각형의 ROI를 설정하여 한겹마다 30회씩 총 480개의 신호 강도를 획득하였다. 영상분석 프로그램은 Image j를 사용하였으며 SPSS(V.20.0, IBM, USA)프로그램을 이용하여 검사복과 원단의 평균값을 비교하였다.

Fig. 4. Eight overlaps from the gown selected as the best fabric(A) and eight overlaps from the fabric selected as the best of the four fabrics(B), with ROI set for each overlaps(C), resulting in a total of 40 signal measurements(D), for a total of 480 signal measurements.

평균값의 비교는 일원배치 분산분석을 하였고, Scheffe를 이용하여 사후검정 하였다. 이때 p 값이 0.05보다 작을 때 통계적으로 유의한 차이가 난다고 판단하였다.

2.4. 최적의 검사복과 원단의 현미경 분석

2.1에서 선정된 검사복과 2.2에서 선정된 원단을 현미경(NIS-Elements, Nikon instruments lnc. USA)을 사용하여 40배율, 100배율로 직물의 짜임새를 관찰하였다.

Ⅲ. RESULT

1. 검사복 팬텀의 프로파일 분석

겹침의 횟수 증가에 따른 검사복 별 비교 영상의 프로파일을 분석한 결과 Fig. 5와 같이 A원, E원, B원, C원, D원 순으로 그래프가 높게 나타났다.

Fig. 5. Profile analysis results for hospital gowns A through E, from top layer 1 to bottom layer 8.

2. 원단 팬텀의 프로파일 분석

겹침의 횟수 증가에 따른 원단별 비교 영상의 프로파일을 분석한 결과 Fig. 6와 같이 모달이 가장 낮았고, 텐셀, 면, 레이온 순으로 높았다.

Fig. 6. Profile analysis results from layon fabric to tencel fabric, from top layer 1 to bottom layer 8.

3. 최적의 검사복과 원단의 신호 분석

D 원의 검사복과 모달의 평균값을 비교해본 결과 Table. 1와 같이 두 원단 모두 겹침의 횟수가 증가할수록 신호의 평균값이 높게 측정되었고 동일 겹일 경우 모두 모달이 낮게 측정되었다(p<0.05). D원의 검사복은 1, 3, 4겹을 겹쳤을 때 평균값의 차이가 없었다(p>0.05).

Table 1. Analysis of the Mean value of D test gown and Modal fabric

M ± SD* = Post hoc test with Scheffe(p>0.05)

D = selecting the best gown(D hospital), M = Modal fabric

4. 최적의 검사복과 원단의 현미경 분석

모달 원단과 D원의 검사복을 Fig. 7처럼 현미경을 통해 관찰한 결과 모달 원단이 D원의 검사복보다 원단 격자 사이의 공간이 크다는 것을 확인하였다.

Fig. 7. 40x(A) and 100x(C) magnification of the D hospital gown, and 40x(B) and 100x(D) magnification of the modal fabric.

Ⅳ. DISCUSSION

본 연구에서는 임상에서 사용되는 검사복이 DR 시스템 영상의 화질에 영향을 미치는지 확인하고 적정한 검사복 재질의 원단을 제안하고자 하였다. 해외 연구에서는 이미 환자 의복에 의한 인공물의 발생을 보고하였고^[10,11], 단추 등 의복의 특정 부분에 의한 인공물도 발생한다고 보고하였다^[12]. 이는 X-선 발생 장치의 발전으로 영상 검사의 해상력과 대조도가 개선되고 증가하여 새롭게 발생하고 있는 문제임을 알 수 있다. 국내에서 보고된 의류에 의한 인공물 사례는 2015년 민 등의^[6] 연구에서 확인할 수 있는데 환자 가운으로 탈의를 요청한 의료진의 요구를 무시하고 환자 본인의 옷을 입고 검사한 사례에서 의류에 의한 인공물이 발생하였다고 보고하였다. 하지만 이러한 연구는 환자복이나 검사복이 아닌 검사 대상자가 입고 온 다양한 옷에 의한 영상 영향이며 상대적으로 일반 옷 보다 얇고 가벼운 소재를 사용하는 환자복이나 검사복에 대한 연구는 이 등의^[13] 연구에서 확인할 수 있다. 이 등은 인체 모형 흉부 팬텀과 환자 가운의 겹침 모델을 이용하여 얇은 옷감으로 이루어진 환자 가운이 팬텀의 폐야(lung field)에서 선형 인공물로 관찰된다고 보고하였다. 하지만 이 등의 연구는 환자 가운에 대한 재질 분석이 이루어지지 않았기 때문에 디지털 흉부 X-선 검사에서 옷감이 일반촬영 검사 영상에 미치는 영향에 대한 연구는 여전히 부족한 실정이다. 따라서 옷감 종류가 디지털 흉부 X-선 영상에 미치는 영향에 대한 연구는 매우 중요한 연구 분야이다. 이에 본 연구에서는 서울 소재 500 병상 이상 의료기관 5곳의 검사복과 면, 레이온, 모달, 텐셀 원단의 영상에 미치는 영향을 분석하였다. 원단선정은 이 등의^[8] 연구에 따른 소재성능평가표를 참고하였고 곽 등의^[9] 연구에서 검사복에 대한 요구사항을 기준으로 촉감, 흡수성, 신축성, 구김성이 가장 좋다고 보고된 모달, 텐셀, 레이온 면을 선정하였다. 영상분석은 디지털 영상에서 대조도 분석을 간단하게 할 수 있는 프로파일 분석과 디지털 신호의 픽셀이 가지고 있는 신호강도 분석을 이용하였다^[14,15]. 1 단계 분석에서 D원의 검사복이 가장 낮은 프로파일 값을 가졌으며 2 단계 분석에서 원단은 모달이 가장 낮은 프로파일 값을 가진 것을 확인하였다. 3 단계 분석에서 겹침이 증가할수록 신호강도가 비례하였고, 같은 겹침에서 모달이 D원 검사복보다 신호강도가 낮게 측정되었다. 이는 현미경 분석에서 모달 옷감의 격자 사이 공간이 D원 검사복보다 넓었기 때문으로 분석된다. 본 연구에서는 기존 연구와 마찬가지로 검사복으로 사용하는 옷감이 디지털 흉부 X-선 검사에서 영상에 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었다. 이미 오래 전부터 국내·외에서 환자 의복에 의한 인공물에 대한 보고가 있었음에도 국내에서는 검사복의 재질에 대한 연구가 부족한 상황이었다. 실제로 서울 소재 병원에서 수집한 5곳의 옷감 재질에 대해 이해하고 있는 병원은 없었으며 검사복의 디자인이나 재질 등에 관한 보고도 찾을 수 없었다. 하지만 타 직군은 유니폼, 환의 등에 대한 연구가 활발하였고 이를 통해 업무의 질을 향상 시키는 결과를 야기하였다^[16-18]. 따라서 디지털 영상검사 시 검사복에 대한 관심이 필요하며 검사복의 재질과 화질의 관계에 대한 꾸준한 연구가 필요하다.

Ⅴ. CONCLUSION

결론적으로 디지털 시스템에서 검사복의 재질은 영상의 화질에 영향을 미치고 있음을 확인하였고, 본 연구에서 조사한 9가지 원단 중 모달 원단이 영상의 화질에 가장 적은 영향을 주는 원단임을 확인할 수 있었다. 모달은 주로 잠옷이나 속옷, 스포츠웨어 등에 사용되는 원단으로 통기성, 흡수성, 구김성, 촉감, 내마모성이 우수한 원단으로 알려져 있어 검사복으로도 적합한 원단이라 사료된다. 앞으로 디지털 시스템은 더 높은 해상력과 대조도를 갖추도록 개발될 것이며 시간이 지날수록 검사복이 영상에 미치는 영향 또한 증가할 것이다. 따라서 검사복 재질이 디지털 X-선 영상에 미치는 영향에 대한 연구가 꾸준히 필요할 것이라 사료되며 본 연구가 기초 자료를 제공할 수 있을 것이라 사료된다.