치과용 초소형 X-선 튜브의 균일성 및 선량 측정에 관한 연구

Abstract

현대 의학의 발전과 함께 보다 안전하고 정확한 첨단영상기기들이 지속적으로 개발되고 있다. 그 중, 치과용 진단용 영상기기의 경우 2차원 진단용 영상기기 및 3차원 진단용 영상기기들이 개발되면서 진료의 질이 향상되고 있다. 특히, 2차원 진단용 영상기기인 구강 내 촬영 장치는 필름을 구강 내에 두고 개개의 치아와 치주 조직, 치열궁, 구저부의 정보를 제공하는 영상기기이다. 본 연구팀에서는 기존의 방식과는 달리 구강 내에 소형의 엑스선 튜브를 삽입하고 검출기를 구강 외부에 고정하는 방식을 적용한 신 개념 구강 내 촬영 장치를 개발하였다. 이는 피폭선량의 감소, 환자 불편의 감소 그리고 영상의 질 향상을 기대할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 개발된 시스템의 x-선 튜브의 균일성 및 선량 측정을 함으로써 기기의 유용성을 입증하는 것에 있다. 신 개념 구강 내 촬영 장치의 특성평가를 위해 1) 선속 균일도 평가, 2) 영상 품질 평가, 3) 선량평가를 시행하였다. 또한, x-선 평탄화를 위해 실험을 기반으로 한 단순화된 제작알고리즘을 기반으로 제작된 단순화 필터의 설계 및 제작하였다. 선속 균일도 측정을 위해서 선 프로파일, 상용화 장비와 비교 그리고 평면 선속을 측정하였으며, 이는 초소형 x-선 튜브의 60°-120°로부터 발생되는 x-선을 5 ㎝ 간격을 두고 검출기로 측정하였으며, 이와 같은 환경을 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 모사, 측정 및 비교 분석을 시행하였다. 그 결과 필터 미장착시 발생했던 x-선 빔의 포화상태 및 비 균일성과 비교하였을 때, 평탄화 필터 적용 시에 시뮬레이션 결과와 유사하게 균일한 선속의 발생을 확인하였다. 이는 제작된 단순화 필터에서도 확인되었으며, 상용화 장비와 비교하였을 때, 저 선량임에도 불구하고 균일한 x-선이 발생되었다. 영상 품질 평가를 위해서는 제어시퀀스 최적화를 통한 영상 조건 최적화환경을 구축하여 돼지 턱뼈를 이용한 팬텀 영상을 촬영하였다. 기존 시스템의 영상과 비교하였을 때, 치아와 치아 주위 조직 부분이 명확하게 확인됨을 확인하였다. 선량평가를 위해서는 입사표면선량 및 면적선량을 측정하였으며, 그 결과 International Atomic Energy Agency(IAEA) 및 식품의약품안전처에서 권고하는 기준보다 더 낮음을 확인하였다. 결론적으로 본 연구의 결과를 통해서, 신 개념 구강 내 촬영장치의 소형 X-선 튜브는 균일한 X-선 빔의 발생을 확인하였다. 또한, 평탄화 필터 적용 시 상용화 장비와의 영상품질 비교를 통해서 선량 저감 효과 및 영상의 질 향상을 확인하였으며, 이는 영상 처리를 하지 않은 것으로 영상처리 이후에는 보다 더 영상의 질이 향상될 것으로 기대 된다. 또한, 선량평가를 통해서 식약처 및 IAEA의 권고치보다 훨씬 낮은 값을 보였으며 이를 통해서 안정서 및 유효성을 증명할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해서 신 개념 구강 내 촬영 장치는 기존 장비와 비교하였을 때 가격 경쟁력, 진료자의 편의성, 환자의 불편 감소, 및 영상의 질 향상이 됨을 확인하였으며, 이를 기반으로 구강 내 촬영 장치로서 사용이 가능할 것으로 기대된다.;The advances in medical science and technologies have improved the quality of life and enable to expect longer life. In order to efficiently operate the medical system, the precise diagnosis and clinical information are required. The advances in medical science and technologies have improved the quality of life and enable to expect longer life. In order to efficiently operate the medical system, the precise diagnosis and clinical information are required. The change in medical demands promotes the development of the state-of-the-art technology to visualize the system with combination of interdisciplinary studies such as computer science and electrical engineering. The new intra oral dental x-ray system has a distinctive characteristic that results from the creativity and innovation of the applied technology. The demonstration of this advantage of the system will be enhanced by the studies that can predict image quality and optimize the characteristic features, compared to the conventional equipment. In order to verify the clinical potential of the system as a medical device, this work characterized the physical features of the system and highlighted the development of equipment. First, we evaluated the uniformity of the fabricated flattening filter which controls the X-ray intensity to improve isotropic distribution of x-ray beam. Next, we invented an algorithm to uniformize X-ray intensity projected on the image sensor and design a simplified filter to minimize the complexity and manufacturing process. The evaluation of quality of simplified filter in visualization was also conducted using fabricated phantom of pig jaw. In addition, one of the most concerns in X-ray fields has been the risk of X-ray irradiation. Thus, we proposed a new method to measure Entrance Surface Dose(ESD) and Dose Area Production(DAP) based on Diagnostic reference levels (DRLs) for the new system, and quantified the dose value. This work will provide a new insight to develop the technology for a field of X-ray research and determine the effect of high image quality in low dose.