늑골골절 3차원 CT 진단 영상기법 연구

본 연구는 기존 단순 흉부 촬영이나 CT 축면 영상을 이용한 늑골 골절 진단의 낮은 민감도와 시간 소모 문제를 해결하고자 다중 검출 전산화 단층촬영(MDCT)의 3차원 볼륨 렌더링(VR) 기법을 도입했습니다. 연구의 주된 목표는 VR 기법을 이용하여 늑골 골절을 진단하는데 있어 최고의 민감도와 효율성을 달성하기 위한 최적의 절편 두께와 재구성 간격을 밝히는 것입니다. 이는 늑골 골절의 정확하고 신속한 진단을 통해 환자 치료에 도움을 주고자 함입니다. 단순 흉부 촬영의 낮은 진단율(10% 미만)과 CT 축면 영상의 시간 소모적인 특성을 감안하여, 3차원 영상 기법의 효율성 및 정확성 향상에 초점을 맞추었습니다. 본 연구를 통해 얻어진 결과는 향후 임상 현장에서 늑골 골절 진단 프로토콜 개선에 중요한 기여를 할 것으로 예상됩니다. 특히, 비전위 골절이나 불완전 골절과 같은 미세한 골절의 진단 정확도 향상에 대한 기대가 큽니다.

2005년 3월 26일부터 4월 22일까지 아주대학교병원 응급실에 흉부 외상으로 내원하여 16 슬라이스 MDCT(SIEMENS Sensation 16) 촬영을 받은 환자 35명 중, 호흡 인공물이나 심전도 금속 등으로 인한 심각한 인공물 또는 심한 골감소증으로 인해 영상 분석에 적합하지 않은 5명을 제외한 총 30명(남성 23명, 여성 7명)을 연구 대상으로 선정하였습니다. 환자들의 연령대는 23세부터 86세까지 다양하게 분포되어 있으며, 평균 연령은 50.9세였습니다. 이들의 흉부 MDCT 기초 자료(raw data)를 이용하여 다양한 조건의 3차원 영상을 재구성하였습니다. 구체적으로, 절편 두께 2mm/간격 1mm(VR1), 1mm/간격 1mm(VR2), 1mm/간격 0.5mm(VR3) 조건의 축면 영상을 재구성하고, 각 축면 영상으로부터 Volume Rendering 기법을 적용하여 3차원 영상을 생성했습니다. 또한, 절편 두께 2mm/간격 1mm 조건에서 좌우측을 분리하여 재구성한 영상(VR1`)도 추가로 분석에 포함되었습니다. 이는 늑골의 중첩을 최소화하여 골절 진단의 정확성을 높이기 위한 시도였습니다.

16절편 MDCT를 이용하여 촬영하였으며, 스캔 매개변수는 120kVp, 300mAs, FOV 300mm, detector collimation 0.75mm, pitch 1.0으로 설정되었습니다. 조영제는 Iomeron(Bracco, Milan, Italy) 40% 100cc와 생리식염수 20cc를 혼합하여 power injector를 이용하여 정맥 주사하였고, 3차원 영상 재구성에는 조영 전 영상을 사용했습니다. 총 네 가지 종류의 VR 영상 (VR1, VR2, VR3, VR1)이 생성되었으며, 각 영상은 서로 다른 절편 두께와 간격을 가집니다. VR1은 절편 두께 2mm, 간격 1mm; VR2는 1mm, 1mm; VR3는 1mm, 0.5mm; VR1은 2mm, 1mm의 축면 영상으로부터 좌우측을 각각 재구성한 영상입니다. 이렇게 생성된 네 종류의 3차원 영상은 두 명의 영상의학과 전문의에 의해 독립적으로, 환자 정보 없이 PACS system을 통해 판독되었습니다. 판독은 늑골 골절의 유무, 골절 위치, 그리고 영상의 질에 대한 평가를 포함합니다. 영상의 질은 인공물의 존재, 골격 대조도 등을 고려하여 1점(부적절), 2점(약간의 인공물), 3점(인공물 없고 대조도 양호)으로 평가했습니다.

골절 진단의 Gold Standard는 절편 두께 1mm, 간격 0.5mm의 축면 영상을 두 명의 영상의학과 전문의가 합의하여 판독한 결과를 기반으로 하였습니다. 3차원 영상, 핵의학 영상, 단순 촬영 결과 등도 참고자료로 활용되었습니다. 각 환자당 네 가지 종류의 VR 영상은 무작위로 배열되어 두 명의 영상의학과 전문의가 독립적으로 판독하였고, 골절은 전위 골절, 비전위 골절, 불완전 골절로 분류되었습니다. 전위 골절은 피질의 비연속성과 골편의 위치 변화, 비전위 골절은 피질 비연속성만 존재하는 경우, 불완전 골절은 골절선은 보이지 않지만 급격한 모서리가 관찰되는 경우로 정의했습니다. 골절 위치는 전궁(anterior arc), 측궁(lateral arc), 후궁(posterior arc)으로 구분하여 분석하였습니다. 이러한 엄격한 판독 기준과 분석 방법을 통해 3차원 CT 영상 기법의 늑골 골절 진단 정확도를 객관적으로 평가하고자 하였습니다.

본 연구에서는 다양한 절편 두께와 간격을 가진 3차원 볼륨 렌더링(VR) 영상을 생성하여 늑골 골절 진단 민감도를 비교 분석했습니다. 구체적으로, 절편 두께 2mm/간격 1mm(VR1), 1mm/간격 1mm(VR2), 1mm/간격 0.5mm(VR3)의 세 가지 조건과 2mm/간격 1mm의 축면 영상을 좌우측으로 분리 재구성한 VR1 영상을 포함하여 총 네 가지 VR 영상을 비교했습니다. 두 명의 영상의학과 전문의가 각 영상을 독립적으로 판독한 결과, 판독자 1은 VR3(1mm/0.5mm)에서 60.3%의 민감도를, 판독자 2는 VR2(1mm/1mm)와 VR3에서 66.7%의 가장 높은 민감도를 보였습니다. 통계적 분석 결과, VR1과 VR3, VR1과 VR1 사이에는 유의미한 민감도 차이(p=0.000)가 나타났으며, VR2와 VR3 비교에서는 VR3의 민감도가 통계적으로 유의하게 높았습니다(p=0.001). 이를 통해 절편 두께 1mm, 간격 0.5mm 또는 좌우 분리 재구성 기법이 늑골 골절 진단의 민감도를 향상시키는 데 효과적임을 시사합니다.

골절 유형에 따른 민감도 분석에서는 전위 골절에서 가장 높은 민감도(61.2%~86.6%)를 보였고, 비전위 골절(43.1%~72.5%)과 불완전 골절(23.7%~52.6%)은 상대적으로 낮은 민감도를 나타냈습니다. 이는 전위 골절의 경우 해부학적 변화가 명확하여 3차원 영상에서 더 쉽게 감별될 수 있기 때문으로 해석됩니다. 골절 위치에 따른 민감도는 후궁 골절에서 가장 높은 민감도(72.5%~85.0%)를 보였으며, 측궁 골절(50.6%~79.2%) 보다 전궁 골절(10.3%~56.4%)의 민감도가 현저히 낮았습니다. 이는 전궁 부위의 상대적으로 낮은 골밀도와 늑골 연골 연결부위 골절의 어려운 감별 때문으로 추측됩니다. 다시 말해, 3차원 CT 영상 기법은 전위 골절과 후궁 골절의 진단에 특히 효과적임을 알 수 있습니다. 비전위 골절 및 불완전 골절, 그리고 전궁 골절의 경우, 영상의 질 개선 등 추가적인 연구가 필요함을 시사합니다.

영상 질에 따른 민감도 분석에서는 영상 질이 좋을수록(3점) 민감도가 높아지는 경향을 확인했습니다(41.9%~84.1%). 반대로 영상 질이 낮을수록(1점) 민감도는 현저히 낮아졌습니다(12.5%~50.0%). 영상 질을 저하시키는 요인으로는 환자의 호흡으로 인한 인공물, 심전도 부착판으로 인한 beam hardening artifact, 심한 골감소증 등이 지적되었습니다. 늑골 골절 진단의 특이도는 96.0%~99.5%, 정확도는 92.5%~96.1%로 높게 나타났지만, VR1`에서 위양성 결과가 다른 영상 기법에 비해 상대적으로 많이 나타났습니다. 이러한 결과는 영상의 질이 늑골 골절 진단 민감도에 큰 영향을 미침을 보여줍니다. 향후 연구에서는 영상의 질을 개선하는 방안을 모색하여 진단 정확도를 더욱 높이는 것이 중요할 것으로 보입니다. 특히 호흡 인공물이나 골감소증과 같은 영상 질 저하 요인에 대한 보정 기법 개발이 필요할 것으로 예상됩니다.

본 연구 결과를 종합하면, 늑골 골절 진단을 위한 최적의 3차원 CT 영상 매개변수는 절편 두께 1mm, 간격 0.5mm(VR3)인 것으로 나타났습니다. 이 조건에서 얻어진 볼륨 렌더링(VR) 영상은 가장 높은 민감도를 보였습니다. 또한, 절편 두께 2mm, 간격 1mm의 축면 영상을 좌우측으로 분리하여 재구성한 VR1` 영상 역시 높은 민감도를 보여, 늑골 중첩으로 인한 진단 어려움을 해소하는 데 효과적인 방법임을 확인했습니다. 이는 특히 전위 골절 및 측궁, 후궁 골절 진단에 유용하며, 영상의 질이 높을수록 진단 정확도가 향상되는 경향을 보였습니다. 따라서, 임상 현장에서는 이러한 최적의 매개변수를 활용하여 보다 정확하고 효율적인 늑골 골절 진단을 수행할 수 있을 것으로 기대됩니다. 단, 비전위 골절 및 불완전 골절에 대한 민감도 향상을 위해서는 추가적인 연구가 필요합니다.

본 연구는 3차원 CT를 이용한 늑골 골절 진단의 정확성 향상에 기여하는 중요한 결과를 제시하였으나, 몇 가지 제한점 또한 드러났습니다. 특히, 비전위 골절이나 불완전 골절에 대한 민감도가 상대적으로 낮았으며, 전궁 골절의 진단 정확도 또한 개선의 여지가 있습니다. 이러한 제한점을 고려하여 향후 연구는 다음과 같은 방향으로 진행될 수 있습니다. 첫째, 환자의 호흡이나 심전도 부착물, 골감소증 등 영상 질을 저하시키는 요인을 최소화하고 영상 품질을 개선하는 기법 개발이 필요합니다. 둘째, 비전위 골절과 불완전 골절, 전궁 골절과 같은 특정 골절 유형에 대한 진단 정확도를 높이기 위한 추가적인 연구가 필요하며, 다양한 골절 유형 및 위치에 대한 3차원 CT 영상 분석을 확장하여 더욱 포괄적인 결과를 도출해야 합니다. 이를 통해 3차원 CT 영상 기법의 임상적 유용성을 더욱 강화하고 늑골 골절 진단의 전반적인 정확도를 높일 수 있을 것으로 기대합니다.