A Study on the Effectiveness of Hand Sanitizer compared to Conventional Ultrasound Gel during Ultrasound Examination

초음파검사 시 기존 초음파젤과 비교한 손소독제의 유용성 연구

Abstract

This study focused on hand sanitizer as a medium that can replace ultrasonic gel, which is vulnerable to contamination by bacteria that reside on the hand. Hand sanitizer produces a strong sterilization effect from germs resident on the hands through different sterilization principles depending on the ingredients. Select products of gel type, cream type, and foam type, except for liquid type with low viscosity, and ultrasonically apply one 62% ethanol gel type and one cream type, one benzalkonium chloride 0.066% cream type and one foam type, respectively. Using ATS-539 as a medium, image evaluation was performed on the axial and lateral resolution and penetration depth, and the presence or absence of an air layer between the probe and the phantom. As a result, in the evaluation of the axial and lateral resolution and the depth of penetration, all four experimental groups met the evaluation criteria. However, in the case of the foam type, although it was suitable for the evaluation criteria of resolution and penetration depth, dark shadows appeared on both sides except for the center of observation during image evaluation. Through this experiment, it was possible to confirm the possibility that the remaining three types of hand sanitizers except the foam type could replace the ultrasonic gel.

본 연구는 시중에 판매되고 있는 다양한 성분과 제형의 손 소독제들을 전파 매질로 활용하여 초음파 검사를 진행한 후 획득한 영상을 평가·비교하여 기존의 초음파 젤의 대체 가능성을 확인하고자 하였다. 연구 방법으로는 점도가 낮은 liquid type을 제외한 gel type, cream type, foam type의 제형의 제품들을 선정해 에탄올 62% gel type 1개와 cream type 1개, 벤잘코늄 염화물 0.066% cream type 1개와 foam type 1개를 각각 초음파 매질로 사용하여, 축방향 & 측방향 분해능, 투과심도, probe와 phantom 사이의 공기층 형성유무에 관한 영상 평가를 진행하였다. 그 결과, 축방향 & 측방향 분해능 평가와 투과심도 평가에서 4개 실험군 모두 평가 기준에 적합한 결과가 나왔다. 그러나 foam type의 경우 분해능과 투과심도의 평가 기준에는 적합하지만 영상 평가 시 관찰 중심부를 제외한 양 측면부에서 어두운 음영으로 나타났다. 해당 실험을 통해 foam type을 제외한 나머지 3종의 손 소독제는 초음파 젤을 대체할 수 있을 것으로 사료된다.

Ⅰ. INTRODUCTION

초음파 검사란 1 MHz ~ 30 MHz 사이의 주파수 영역을 가지는 음파를 인체 내로 투과시켜 반사되는 신호를 증폭, 변환하여 영상으로 나타내는 원리를 이용하는 검사로 피폭의 위험이 없고 환자에게 비교적 안전한 방식으로 임상에서 쉽게 다룰 수 있으며 그 결과를 즉시 알 수 있는 등의 장점이 있어 임상에서 가장 많이 사용되는 검사 중 하나다^[1-3].

초음파 검사 시 연부조직과 공기와의 음향 저항차에 의해 발생하는 반사 작용은 영상 획득에 방해되는 요인이다. 이를 방지하기 위한 목적으로 초음파 검사 시 피부 모공 속의 공기와 탐촉자 사이의 음향저항 차를 최대한 감소시키기는 매질로 초음파 젤을 사용한다^[2].

임상에서 물, 글리세린, 카보머 보존제로 구성된 초음파 젤을 사용하는 방식은 대용량이 담긴 젤을 작은 용기에 덜어 담는 방식과 일회용 멸균 초음파 젤을 사용하는 방식 등이 있다. 대용량 젤을 작은 용기에 덜어 반복해서 사용하는 방식은 일회용 멸균 초음파 젤을 사용하는 방식보다 상대적으로 오염에 취약한 것으로 알려져 있다^[4]. 실제 임상에서 4주간 세척 없이 재사용한 초음파 젤의 용기와 내용물에 대한 세균 오염도를 측정한 결과 많은 균이 검출됐으며, 이는 대부분 피부 상재 균으로 검사자의 손에서 검출된 균과 동일한 균들이었고, 검사량이 많을수록 세균 오염도 또한 증가했다. 면역력이 낮은 환자들을 대상으로 초음파 검사를 실시할 때 이로 인한 세균 감염의 위험성이 존재하지만 이를 미연에 방지할 수 있는 초음파 젤의 사용법이나 감염관리 지침이 구체적으로 명시되어 있지 않은 것이 현 실정이다^[5].

본 연구는 검사자의 손 상재 균에 의한 오염으로 부터 취약한 기존의 초음파 젤을 대체할 수 있는 전파 매질로 손 소독제를 주목했다. 손 소독제란 세균, 바이러스에 대한 항균 효과를 나타내는 제제로, 손과 피부의 살균과 소독을 목적으로 사용하는 외용 소독제를 말한다. 시중에 판매되는 손 소독제의 성분으로는 에탄올, 이소프로필알코올, 벤잘코늄 염화물 등이 있으며 성분별로 각기 다른 원리로 살균 효과를 일으킨다. 에탄올은 탄소, 수소, 산소로 만들어진 유기분자이다. 에탄올의 살균 원리는 삼투압 작용으로 세균 표면의 막을 녹이고 내부 단백질을 변형시키는 방식이다^[6]. 한 연구에 따르면 아시네토박터 바우만니, 메티실린 내성 황색포도알균 황색포도상구균, 대장균, 엔테로코커스 패칼리스, 녹농균, 칸디다 알비칸스가 포함된 미생물 현탁액을 이용해 손을 인위적으로 오염시킨 뒤 에탄올 기반의 소독제를 사용한 결과, 해당 세균들에 대해 98% 이상의 살균 효과를 일으켰다고 보고되었다^[7]. 이소프로필 알코올은 에탄올·탄소 원자가 2개의 다른 탄소 원자에 결합되어 있는 2차 에탄올이며 에탄올과 동일한 살균 원리를 가진다^[6]. 이소프로필 알코올 기반의 손 소독제는 에탄올 기반의 손 소독제와 비슷한 수준의 살균 효과를 나타낸 것으로 보고되었다^[8]. 벤잘코늄 염화물은 4차 암모늄염에 속하는 질소 양이온 계면활성제이다. 벤잘코늄 염화물의 살균 원리는 세균의 세포질 막을 분해하는 방식이다^[6]. 벤잘코늄 염화물 성분의 손 소독제의 경우 그람 양성균과 음성 균에 대한 살균 효과를 실험한 결과 대부분의 균에 효과적이며^[9], 항균 지속 효과의 경우 에탄올 기반 손 소독제보다 더 뛰어난 것으로 보고되었다^[11].

시중에 판매되는 손 소독제의 제형으로는 liquid type, gel type, cream type, foam type 등의 다양한 제형이 있다. liquid type은 말 그대로 액체 상태의 제형을 뜻하며, gel type은 카보머 등과 같은 점증 제를 첨가하여 고형화 시킨 것을 뜻한다. cream type은 기름과 유화제를 첨가한 고점도의 제형을 뜻하며, foam type은 거품 형태의 제형을 뜻한다.

본 연구의 목적은, 시중에 판매되고 있는 다양한 성분과 제형의 손 소독제들을 전파 매질로 활용하여 초음파 검사를 진행한 후 획득한 영상을 평가·비교하여 기존의 초음파 젤의 대체 가능성을 확인하고자 하였다.

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

1. 실험장비

본 연구에서는 영상 평가를 위해 Fig. 1과 같이 ATS-539 다목적 초음파 영상 팬텀을 사용하였고, 평가를 위한 영상을 획득하기 위해 Fig. 2와 같이 Simens 사의 ACUSON P500 초음파영상 진단기와 복부 진단용 탐촉자인 2.5 ~ 5 MHz 범위의 Convex Probe를 사용했다.

Fig. 1. ATS-539.

Fig. 2. ACUSON P500.

2. 실험방법

2.1. 실험대상

실험 군들은 식품의약품안전처로부터 의약외품으로 허가를 받은 제품들로 성분과 제형에 따라 각각 에탄올 62% 분량의 gel type 1개와 cream type 1개, 벤잘코늄 염화물 0.066% 분량의 cream type 1개와 foam type 1개 총 4개를 연구대상으로 선정했으며 각각 순서대로 A, B, C, D라 명했다.

2.2. 실험방법

본 연구는 “초음파 검사에서 탐촉자 매개용 제품의 제형에 관한 연구(2014)^[11]"에서 진행한 영상 평가 항목을 참고했으며, 측정 조건은 ATS 사가 권고하는 조건과 “대한의료영상정보관리학회”에서 기술한 “의료영상정도관리 실습”에서 제시한 조건을 참고했다^[11-13].

실험 전 ATS-539 팬텀 위에 기존의 초음파 젤을 도포하여 검사를 진행했고, 그 결과를 바탕으로 적정 조건을 설정한 뒤, 각 실험 군별로 축방향 & 측방향 분해능과 투과심도, Probe 외측면의 공기층 형성 유무에 대한 측정을 진행하였다.

(1) 축방향 & 측방향 분해능(Axial&lateral resolution) 측정

축방향 & 측방향 분해능은 Vertical line target이 화면 중앙에 위치한 상태에서 깊이(Depth)는 14cm로 설정하고 단일 초점(Single focus)을 사용하여 6cm 지점에 맞춘 뒤 convex probe를 주사 면과 수직으로 위치시킨 후 측정하였다.

(2) 투과심도(Sensitivity) 측정

투과심도(Sensitivity)는 깊이(Depth)를 18cm로 설정하고 다중 초점(Multiple focus)을 사용하여 8mm 표적물(target)을 영상의 중심(image center)에 놓고 convex probe를 주사 면에 수직으로 위치시킨 후 측정하였다.

(3) Probe 외측면의 공기층 유무 측정

Probe 외측면의 공기층 유무는 앞서 진행한 영상들을 대상으로 실험 군별로 외측면의 영상이 음영없이 명확히 표현되는가에 관한 평가를 진행하였다.

2.3. 영상평가기준

(1) 축방향 & 측방향 분해능(Axial&lateral resolution)

Fig. 3와 같이 11개의 측정점(target)이 모두 분리되어 보여야 한다.

Fig. 3. Test method for axial/lateral resolution.

(2) 투과심도(Sensitivity)

Fig. 4와 같이 8개의 표적물(target)이 모두 보여야 한다.

Fig. 4. Test method for sensitivity.

(3) Probe 외측 면과 Phantom 사이의 공기층 형성 유무

Fig. 5와 같이 외측 면이 영상에서 모두 표현되어야 한다.

Fig. 5. Test method for the presence or absence of air layer on the outside of the probe.

2.4. 영상평가방법

평가는 임상경력 5년 이상의 방사선사 15명에게 축방향 & 측방향 분해능과 투과심도, Probe 외측면의 공기층 형성 유무에 대해서 평가기준에 맞게 설문조사 하였다.

Ⅲ. RESULT

1. 축방향 & 측방향 분해능(Axial&lateral resolution)의 실험결과

ATS-539 다목적 초음파 팬텀을 이용하여 축방향 & 측방향 분해능 영상을 측정한 결과, Fig. 6과 같이 각 실험 군에서 초음파 팬텀 규격에 적합한 영상을 획득하였다. 축방향 & 측방향의 11개의 target에 대하여 모든 실험군 A, B, C, D의 영상에서 각 target이 분리된 것을 확인하였다.

Table 1. Result of axial/lateral resolution

Fig. 6. Axial/Lateral Resolution depending on Ingredients and Formulation.

2. 투과심도(Sensitivity)의 실험결과

ATS-539 다목적 초음파 팬텀을 이용하여 투과심도 영상을 측정한 결과, Fig. 7과 같이 각 실험 군에서 초음파 팬텀 규격에 적합한 영상을 획득하였다. 투과력 배열 그룹 내에 있는 표적물에 대하여 모든 실험군 A, B, C, D의 영상에서 8개의 target이 모두 확인되었다.

Table 2. Result of Sensitivity

Fig. 7. Sensitivity depending on Ingredients and Formulation.

3. probe 외측 면과 phantom 사이의 공기층 형성 유무의 실험결과

실험에 대한 결과 영상을 대상으로 실험 군별로 외측 면이 영상에 표현되는지를 확인한 결과, Fig. 8과 같이 실험군 D를 제외한 나머지 실험군 A, B, C에서 양외측면의 영상이 명확히 나타났다.

Fig. 8. The Presence or Absence of Air Layer on the Outside of the Probe.

Ⅳ. DISCUSSION

본 연구는 손 소독제를 초음파 매개물로 활용하여 영상 평가를 진행해 기존의 세균 오염에 취약한 초음파 젤을 대체할 수 있는지에 대한 여부를 판단하고자 하였다.

손 소독제를 초음파 전파 매질로 사용하여 획득한 영상에 대한 평가를 진행한 결과, 성분과 제형에 상관없이 모든 실험 군에서 측방향 & 축방향 분해능과 투과심도 모두 평가 기준에 적합한 영상을 얻었으나, probe 외측 면과 phantom 사이의 공기층 형성 유무 실험에서 벤잘코늄 염화물 0.066% foam type을 전파 매질로 사용한 경우 probe와 phantom이 맞닿는 부위를 제외한 곳에서 영상이 제대로 표현되지 않고 어두운 음영으로 나타났다. 이는 제형의 특성에 의한 것으로 보이며 foam type은 거품 형태이기 때문에 probe와 phantom이 직접 맞닿은 부분 같은 경우 압력으로 인해 거품이 가라앉아 액체 상태로 변하여 전파 매질로서의 역할을 수행하지만, 곡선 형태를 띠는 측면부의 경우 phantom과 맞닿아 있지 않아 거품 속 공기로 인한 음향저항 차이가 생겨 영상이 형성되지 않은 것으로 판단된다. liquid type의 경우는 점도가 낮아 피부에 체류하는 시간이 짧으므로 전파 매질로 부적합하다 판단하여 연구대상에서 제외했다.

본 연구는 초음파 전파 매개물로서 적합성 판단을 위해 투과성과 분해능 평가만을 진행하였으나, 이 외에도 매질의 적합성에 관한 평가 요소는 경제성, 안정성, 윤활성, 증발 속도 등이 있다^[11]. 손 소독제의 초음파 매개물로써 적합성을 보다 정확히 평가하기 위해선 상기 언급한 내용들에 대해 추가적으로 연구를 진행할 필요가 있다.

Ⅴ. CONCLUSION

본 연구는 손 소독제를 초음파 매개물로 활용하여 영상 평가를 진행해 기존의 세균 오염에 취약한 초음파 젤을 대체할 수 있는지에 대한 여부를 판단하고자 하였다. 연구방법으로는 ATS-539를 활용하여 초음파 젤 대신 손 소독제로 영상을 촬영한 후 그것을 토대로 분해능과 투과심도, 이 외의 추가적인 영상 평가를 진행하였다. 그 결과 축 방향 & 측방향 분해능 평가 및 투과심도 평가 모두 평가 기준에 적합한 결과가 나왔다. 다만 벤잘코늄 염화물 0.066% foam type의 경우 분해능과 투과심도 평가 기준은 적합했으나 probe 외측면 공기층 형성 유무 평가에서 probe와 phantom의 표면이 맞닿는 부분 외에는 영상에서 어두운 음영으로 나타났다. 실험을 통해 벤잘코늄 염화물 0.066% foam type을 제외한 나머지 3종의 손 소독제에서 기존의 초음파 젤의 대체재로서의 성능을 확인하였다.