컴퓨터단층촬영
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1. 개요
電算化斷層撮影 / Computed Tomography (CT)
X선 발생장치가 있는 원형의 큰 기계에 들어가서 촬영하는 검사. 앨런 매클라우드 코맥(Allan MacLeod Cormack, 1924~1998)과 고드프리 뉴볼드 하운스필드(Godfrey Newbold Hounsfield, 1919~2004)가 개발하였다.[1] 코맥이 영상 재구성의 원리를 연구하여 발표하였고,1972년 최초의 두부전용 CT장비인 EMI사의 Mark 1 이 연구원인 하운스필드가 이를 개발하여 상용화 하였다. 그리고 1974년에는 전신용 CT장비가 개발되었다. 이 둘은 CT 개발의 업적을 인정받아 1979년 노벨 생리의학상을 수상하였다.
단순하게 잠깐 찍는 X선 촬영과 달리 인체를 절편으로 잘라 보는 횡단면상을 획득한다. 이것을 합성하여 3D 영상으로 재구성하기도 한다. 전신을 X레이로 찍는다고 생각하면 쉽다.
장기질환이나 뇌출혈 같은 질환에서 병변이 의심되고 정밀검사를 시행해야 할 필요가 있을 때 쓰인다. 연조직의 표현력은 MRI보다 떨어지나 공기와 칼슘, 요오드 조영제 등은 구별이 잘 되기 때문에 여러 질병의 진단에 유용하다.
MRI에 비하여 검사비가 싸고 검사 시간이 짧다는 장점이 있다.[2] 또한 MRI에 비해 내부에 여유 공간이 많아 폐소공포증의 염려가 덜하다. 그러나 MRI를 대체할 수 있는 검사가 아니라 서로 장단점이 나뉘는 검사로 보는 것이 맞는다.[3]
보통 MRI는 T(테슬라) 단위로 티어가 나뉜다면 CT는 채널 단위로 나눌 수 있는데 기본적으로 멀티 채널 CT 라면 모두 3세대 이상이므로 보통의 검사에는 충분하다. 대형 병원 이상에서는 16채널 이상이 쓰인다고 보면 된다. 640채널까지 나와있는데 16~64채널도 많이 운용하고 있고 128~640채널 CT를 도입하여 운용하는 병원도 매우 많다.
여담으로 GE 사의 CT에 비해 필립스 사의 CT가 대체로 영상을 뽑아보면 더 선명하게 나오는데 이는 필립스 제품군 대부분이 a-si 과 같은 감광판에서 나온 빛을 간접적으로 CCD에 입력하는것이 아닌, X선 자체를 검출하는 Csl/Tl 및 MIC(Multi-channel Ionization Chamber) 를 사용해 이미지를 추출하는 데다가 스캐너 RPM마저 타사 제품에 비해 훨씬 높아 더 많은 픽셀을 같은 시간 내에 대량으로 샘플링한 덕이다.
1990년대 후반부터는 산업용으로도 쓰이기 시작하는데, 산업용 CT는 엑스선 튜브와 검출기는 가만히 있고 샘플을 올려둔 턴테이블이 한 바퀴 회전하는 방식이다. 사람을 찍는 장비와 원리는 동일하지만 구동 방식이 반대인 샘인데, 이렇게 하면 장비를 더 작게 만들 수 있다. 사용하는 전압 범위도 병원용 CT보다 월등히 높은 200~9,000 keV (9GeV!) 정도를 사용하는데, 200 keV 정도가 되면 알루미늄 기준으로 대략 5~10cm 정도를 뚫을 수 있고, 이 정도면 자동차 산업에서 사용하는 작은 다이캐스팅품은 볼 수 있다. 9GeV 이상이 되면 자동차를 통짜로 찍을 수 있는데, 실제로 미국, 일본, 독일 등에는 그런 목적의 장비들이 산업용으로 쓰이고 있다.
소형차를 통째로 들어서 촬영하는 독일 프라운호퍼 연구소 CT 소개 영상
2. 피폭
엄연한 X선 검사인 만큼 방사선 피폭이 있다는 단점이 있다. 단순한 X선 촬영의 수십 배에서 수백 배에 이르는데[4] 그렇다고 해서 찍을 필요가 있는 상황에서 검사 여부를 결정할 요소가 될 정도로 중요하지는 않다. 인구 단위로 보면 CT검사 때문에 암에 걸리는 사람이 있겠지만 개인 기준으로 보면 아주 많이 찍었을 때 로또 1등 당첨 확률이 2등 당첨 확률로 오르는 수준이다. 물론 의학적으로는 무조건 낮은 것이 좋기 때문에 피폭량을 줄이는 것을 중요시 하고 있다.[5]
일반인의 연간 유효선량은 1 mSv (시버트)[6]이며, 일반X선 촬영시(흉부기준) 약 0.1mSv 의 피폭이 이루어진다. 부위마다 다르겠지만 CT 촬영시 X선촬영의 100배라 가정하면 10mSv로 너무 많은 양이다. 권고사항을 지킨다면 절대로 CT 촬영은 할 수 없다. 그래서 의료피폭은 이러한 한도에 해당시키지 않는다. (자연방사선 피폭은 연간 2.4mSv이며, 주로 라돈가스에 의한 피폭이다.)
3. 원리
일반 촬영이라 불리는 일반X선 영상검사의 경우 물체의 정면에서 X선을 조사하여 물체를 투과한 X선이 물체 뒷면의 필름을 감광시켜서 영상을 얻는 원리이다. 반면 CT 검사의 경우 물체를 일정한 크기를 갖는 복셀로 나눈 후 X선을[7] 회전하며 조사한 뒤 이 정보를 가지고 연산하여 해당 복셀의 투과도를 나타내는 Hounsfield Unit(HU)를 찾아 시각화한다.
초당 2회의 속도로 360도 회전하는 CT 기기 내부의 모습
개발 초기에는 해당 복셀의 성분을 하나하나의 변수로 생각하여 컴퓨터를 이용하여 그 해를 구하는 방식을 사용하였다. 하지만 당시에는 컴퓨터의 성능이 그리 좋지 못하여 연산시간이 너무 오래 걸리는 문제점이 있었다.[8] 이후 Back Projection 이라 불리는 역투영 방식으로 영상 재구성을 하게 되었고, 영상의 시각화 속도가 비약적으로 빨라져 진단에 큰 도움이 되었다.
4. 조영제
필요한 경우 조직이나 혈관이 잘 보이도록 하는 조영제를 투여하기도 한다. 혈관에는 주로 요오드 조영제를 사용하고, 경구로는 요오드 조영제를 포함해 공기와 물도 조영제 역할을 위해 먹을 수 있다. 검사내용이나 주치의의 오더에 따라 다르겠지만, 검사 전 종이컵 기준 4~5컵의 냉수를 마시고 들어가는 경우도 있다.
요오드 조영제를 혈관으로 투여할 때 처음에는 차가운 액체가 팔을 통해 빠르게 들어오기 때문에 손에서부터 겨드랑이까지 차가운 느낌이 드는데, 시간이 조금 지나 조영제가 전신으로 퍼지면 몸에서 주요 혈관을 따라 후끈하게 열이 올라오는 느낌이 난다. 특히 남자는 혈액이 많이 모이는 고환 부분이 뜨뜻해지는 느낌을 받을 수 있으며, 머리부터 발 끝까지 전신에서 열이 올라오는 느낌이 드는 경우가 많다. 개인차가 있지만 입 안에서 금속 맛이 느껴지는 경우도 있으며, 전신의 열감은 30초~1분 이내에 빠르게 사라진다.
주된 조영제 부작용으로는 발열, 오심, 가려움부터 시작해 발작, 구토, 심할 경우 호흡 곤란 및 사망에까지 이를 수 있다. 부작용을 호소하는 경우는 백 명 중에 한 명 정도이며 알레르기성 질환(비염 등의 가벼운 질환도 포함)이나 천식을 앓고 있는 경우에는 위험성이 증가[9]한다고 한다. 이전에 부작용이 있었다면 검사전 의료진에게 알려 예방을 위한 약물을 투여받게 된다. 이 경우 빠르게 의사에게 알려야 하며, 알리면 바로 응급실로 실려가 안정제를 맞게 된다. 하지만 안정제를 맞았다고 안심할 것이 아니게 드물게는 조영제가 다 빠져나가지 못한 상태로 안정제의 효력이 다해 2차 쇼크가 올 수도 있으니 주의를 요한다고 한다. 그리고 사망은 7만~8만 명 중에 한 명꼴로 나타난다고 한다.
추가로 신장결석, 요로결석 같은 경우, 심한 통증 때문에 일단 강한 진통제 주사를 맞기 마련인데 주사를 맞은 후 CT촬영을 위해 조영제를 투여하면 잠시 후 진통제의 효과가 급속도로 풀려버리는 참사가 일어날 수 있다.이 경우 다시 몰려오는 끔찍한 통증을 참으며 촬영해야 하는 상황이기에 촬영을 어떻게든 견디고 진통주사를 다시 맞는 수밖에 없다. 가끔 한 번 만에 촬영이 제대로 안 되었다며 재차 혹은 심하면 3차, 4차까지 촬영해대는 경우가 있는데 이 경우는 촬영 도중에 주사를 맞을 수는 없기 때문에 당사자의 인내력에 맡길 수밖에 없다.
구토를 방지하기 위해 조영제 사용 검사가 예정되어 있을 경우에는 금식이 필요하다. 때문에 병원 측에서도 검사 전에 환자에게 병력이나 약물 복용 유무 등을 질문하는데, 성가신 요식행위라고 대충 넘기지 말고 꼼꼼이 챙겨듣고 동의서에 사인하자. 조영제 부작용 경험이나 약/병력 등을 정확히 알아야 담당 스탭들도 최소한의 대비를 할 수 있으며, 만일의 상황에서 목숨줄 잡는 데 큰 도움이 된다. 특히 당뇨 환자들은 당뇨병 약으로 가장 흔하게 쓰이는 '메트포르민' 성분을 복용할 경우 CT 조영제를 투여했다가는 큰일난다.
5. 촬영 시 팁
가만히 있을수록 사진이 흔들리지 않고 예쁘게 나온다. 보통 '숨을 들이쉬고 내쉬고 참으세요' 또는 '침을 삼키지 마세요' 등의 방송[10]이 나오는데 잘 준비하고 있다가 그대로 따르면 된다. 배도 움직이면 안 된다.
금속물질이 있으면 X레이가 지나가지를 못하기 때문에 사진이 망가진다.[11] 허리띠, 목걸이, 혹은 브래지어의 클립이 있다면 빼고 가자. 여성의 경우 탈의실에서 브래지어 탈의 후 환자복(임시)으로 상의만 환복하기도 하고, 남성의 경우는 그냥 허리띠 풀고 무릎까지 바지 내려버린 후 속옷가리개용 담요를 덮어준다.
통상의 경우에 금식인 이유는, 요오드 성분을 많이 함유한 식사를 하면 이들이 위장에서 소화되는 사이에 조영제와 흡사한 작용을 하기 때문이다. 주로 해조류나 어패류 등의 수산물이 해당하는데, 보통의 경우 검사 결과를 비틀 정도의 악영향을 주지야 않겠지만 그 낮은 확률에 걸려서 검사 결과가 이상하게 나왔다거나[12] 하면 환자도 병원도 골치 아파진다. 검사 전 의사의 금식/금수 지시가 나왔다면 조금 귀찮더라도 성실히 따르면 된다.
산업용 장비의 경우도 여러 재질(플라스틱, 고무, 금속 등)이 섞여있으면 동일한 문제가 발생하는데, 특히 보고 싶은 형상이 밀도가 낮은 재질 속에 있는 경우 문제가 된다. 예를 들어 전자부품에 많이 있는 커넥터. 구리선과 플라스틱이 섞여있으면 구리에 부딛친 엑스선이 산란되면서 플라스틱 이미지를 엉망으로 만들어버린다. 밀도차이가 심한 재질이 섞인 상황에서는 피할 수 없는 현실. 촬영하는 엔지니어에게는 애로사항이 꽃핀다. 그나마 2010년도 중반부터 산란을 저감하는 기술이 도입되면서 조금은 나아지고 있지만, 특정 회사에서 제작하는 일부 고가 모델에만 적용되어 거의 대부분의 산업용 CT에게는 그림의 떡이다. 그러니 사람과 마찬가지로 부품도 분석하고 싶은 위치 주변에 있는 이종 재질은 최대한 제거하는 것이 좋은 이미지를 얻는 지름길. 게다가 인체용 CT와 달리 산업용은 최소 10분 ~ 수 시간을 촬영하기 때문에, 좋은 결과를 얻고 싶다면 최대한 이종 재질은 제거하는 것이 좋다.
[1] X-선 최초 발견자는 Wilhelm Roentgen[2] 검사시간이 짧다는 것은 굉장히 큰 이점이다. MRI의 경우 전체 촬영이 길게는 한 시간까지 걸리며, 개개의 촬영은 수분이 걸리는데 이 동안 생기는 미세한 움직임이 영상의 화질을 저하시킨다. CT는 숨 한 번 참는 동안 찍을 수 있다. Draft 모드에서 Overview Scan을 실행할 경우 MRI는 지멘스 장비 기준 약 20초, CT는 달랑 5초다. 각 기기별 스캔모드 설정에 따라 달라질 수 있다.[3] MRI는 X선이 아니라 자기장을 이용하기 때문에 원리는 완전히 다르고 할 수 있는 일도 꽤 다르다.[4] 간단히 생각해서 X선 촬영을 몸둘레 360도로 한 번씩 촬영한다고 생각하면 되는데 어느 부위를 어떠한 모드로 촬영하느냐에 따라서 피폭량의 차이가 상당한 편이다. 심지어 CT 장비에 따라서도 피폭량의 차이가 발생하는 편으로 신형 장비의 피폭량이 상대적으로 적다.[5] 임산부 기준으로 권고 노출 제한량과 인공유산 권고량이 100배 차이가 난다. 즉 최대한 낮은 것을 목표로 하되 그 목표가 조금 넘는다고 큰일이 나지는 않는다.[6] 지역마다 자연방사선량 차이가 있어서 그건 별도로 하고 이야기다.[7] 최근 사용하는 Fanbeam, Conebeam CT의 경우 전면 촬영과 후면 촬영은 다른 영상을 보여준다.[8] 물론 최근에는 컴퓨터 관련 기술이 비약적으로 발달하여 오래 걸리지 않는다. 게다가 이 방법의 경우 반복해서 복원해 나갈수록 영상의 품질이 올라간다는 장점도 있고 저선량, 저투영 재구성에서 피사체의 사전 정보를 재구성 과정에 부여할 수 있는 장점 때문에 다시 연구되기 시작했다.[9] 이게 그냥 넘어갈 만한 언급이 아닌 게, 조영제 부작용을 겪는 대다수가 이러한 환자들이다. 물론 그렇다고 아무런 문제 없는 건강한 사람도 쇼크가 오지 않는 것도 아니고, 저번에 발생하지 않았다고 이번에도 발생 안 한다는 보장도 없다고 한다. 덕분에 문제가 발생해도 의료사고 범주에는 들지 못한다고 한다. 다만, 쇼크 발생 후 조치가 미흡했다면 의료과실로 볼 수 있다.[10] 컨트롤룸에서 육성으로 안내하는 경우도 있지만, 대개는 기계 자체에서 음성안내가 된다.[11] STARBURST, 사진이 어떻게 망가지는가 하면, X선이 금속에 부딪혀 산란하면서 금속 물체를 중심으로 뾰족뾰족하게 튀어나온 상이 나타난다.# 이는 이전에 환자가 티타늄 등의 금속을 사용해 뼈들을 연결하였거나 치아교정과 같이 턱에 스테인레스 와이어 또는 형상기억합금을 둘러 고정시켰을 때에도 똑같이 나타난다. 이 문제를 해결하기 위해선 스캐너를 느리게 돌리고 베드도 천천히 움직여 최대한 고해상도로 스캔하여 산란한 X-ray에 의한 상을 최대한 없애야 한다. 또한 방전관의 전압을 최대한 높여 해상도를 끌어올리는 것도 좋은 방법. 실제론 CT스캐너랑 연결된 커다란 컴퓨터랑 연결된 컴퓨터에서 최대 전압을 걸고 천천히 돌린다.[12] 응당 보였어야 하는 병증을 가린다거나, 정상인데 헛것이 보인다거나
