전산화단층 (09.14 1,2교시)

컴퓨터단층촬영(CT) 1장 핵심 개념

개요

CT의 기본 원리와 특징, 영상 재구성, 고관전압 적용 이유, 스캐닝 지오메트리, 영상 처리 과정을 다룬 강의다. 1장의 개념은 뒤에서 반복해서 활용되며, 특히 스캐닝 지오메트리와 영상 표시 및 윈도잉은 이 장에서 집중적으로 살펴볼 내용이다.

핵심 개념

• CT는 X선을 이용해 인체의 **횡단면 영상(액셜 영상)**을 얻고, 컴퓨터로 처리하는 영상화 방법이다.
• CT 영상은 횡단면상을 기본으로 하며, 이를 바탕으로 관상면·시상면·임의 방향 영상과 3차원 영상을 만들 수 있다.
• CT는 감약계수 차이가 작은 조직도 서로 다른 회색 음영으로 표현할 수 있어 대조도 분해능이 우수하다.
• CT의 영상 획득 방식은 세대별로 달라졌으며, 현재 장비는 주로 3세대 구조를 기반으로 한 헬리컬 CT와 다중검출기 CT(MDCT)다.
• 윈도 너비와 윈도 레벨은 CT 영상의 표시를 조절하는 핵심 요소이며, 값을 바꾸면 영상의 회색조 표현이 달라진다.

상세 노트

1. CT의 원리와 일반 X선 촬영과의 차이

• 일반 X선 촬영은 한 방향에서 X선을 조사해 인체 구조가 겹쳐진 영상을 얻는다. 따라서 서로 다른 조직이나 병변이 중첩되어 보일 수 있다.
• CT는 인체를 얇은 단면으로 나누어 각 단면에서 X선관과 검출기가 회전하며 데이터를 얻는다. 이로써 앞뒤 구조의 중첩을 줄이고 단면별 정보를 분리해 보여준다.
• CT 영상은 조직의 감약계수 차이를 이용한다. 일반 촬영에서는 구별하기 어려운 복부 장기처럼 감약계수 차이가 작은 조직도 CT에서는 각기 다른 음영으로 나타낼 수 있다.

2. 영상 재구성과 재포맷

CT 영상은 횡단면상을 기본으로 획득한 뒤 여러 방향으로 재구성할 수 있다.

• 재구성(reconstruction): 획득한 측정 데이터를 CT 영상으로 만드는 과정이다.
• 재포맷(reformation): 만들어진 횡단면 영상을 이용해 관상면, 시상면, 사축면 영상이나 3차원 영상을 만드는 후처리 과정이다.
• 시험에서 ‘재구성이 필요한 영상’을 묻는 경우, 문맥상 재포맷을 가리키는지 구분해야 한다. 관상면·시상면·사축면·3차원 영상은 재포맷으로 만들며, 횡단면 영상은 기본 영상이다.

3. CT의 주요 특성과 장단점

주요 특성

• 고관전압 사용: 다양한 회색 음영을 표현하고, 감약계수 차이가 작은 조직을 구별하는 데 유리하다. 일반적으로 120 kV를 중심으로 환자 체격 등에 따라 조절한다.
• 우수한 대조도 분해능: 감약계수 차이가 크지 않은 조직도 구분할 수 있다.
• 얇은 단면 획득: 얇은 슬라이스를 얻을 수 있어 작은 구조물을 구별하는 데 도움이 된다.
• 다방향 재포맷 및 3차원 영상화가 가능하다.
• 기능 평가도 가능하다. 예를 들어 관류 CT는 조직의 혈류와 조영제 이동 양상을 평가한다.
• 빠른 검사와 조영제 주입을 이용해 동맥기·정맥기 등 여러 시기의 영상을 얻을 수 있다.
• 관심 영역(ROI)과 픽셀 분석을 이용해 특정 부위의 CT 수치를 정량적으로 확인할 수 있다.
• CT 혈관조영술은 혈관에 카테터를 삽입하는 방법과 달리 정맥으로 조영제를 주입해 혈관 영상을 얻는 비침습적 검사다. 가상 내시경도 가능하다.

장점과 단점

• 장점: 빠른 검사, 세밀한 단면 영상, 미세 병변 구별, 정량 분석, 3차원 영상 및 기능 평가가 가능하다.
• 단점: 일반 X선 촬영보다 피폭이 크고, 조영제 사용에 따른 부작용 가능성이 있다. 금속 등 감약계수가 매우 큰 물질은 인공물을 일으킬 수 있으며, 검사 비용도 고려해야 한다.

4. 고관전압과 인공물

고관전압은 X선의 투과력을 높여 검출기에 도달하는 광자 수를 늘리고, 넓은 관용도의 영상을 얻는 데 도움을 준다. 조직 간 감약계수 차이를 줄이는 효과도 있어 일부 인공물을 감소시킨다.

• 선속 경화 인공물: X선이 물질을 통과하면서 낮은 에너지 광자가 더 많이 흡수되어 평균 에너지가 높아지는 현상과 관련된다. 뼈와 공기가 인접한 부위, 특히 양측 측두골 사이에서 줄무늬 형태로 나타날 수 있다. 고관전압은 이 인공물을 줄이는 데 도움이 된다.
• 부분체적 인공물: 하나의 픽셀 또는 복셀 안에 서로 다른 물질이 함께 포함되어 평균값으로 표현될 때 발생한다. 슬라이스 두께를 줄이면 완화할 수 있다.
• 고관전압은 뼈와 공기처럼 감약계수 차이가 큰 조직에서 생기는 인공물을 줄이는 데 도움이 되지만, 인공물의 원인과 감소 방법은 유형별로 구분해야 한다.
• 링 인공물은 3세대 CT에서 나타나기 시작한 원형 인공물이다. 검출기 이상이나 X선관과 검출기의 정렬 불량과 관련된다.

5. CT의 발전과 스캐닝 지오메트리

• 보타이 필터는 2세대 CT에서 산란선을 줄이기 위해 도입되었다. 현재는 검출기에 도달하는 선속을 균일하게 하는 역할도 한다.
• 현재 장비는 주로 3세대 구조를 기반으로 발전한 헬리컬 CT 및 MDCT다.

6. 헬리컬 CT와 슬립링

• 헬리컬 CT에서는 X선관이 연속 회전하는 동안 환자 테이블도 이동한다. 그 결과 X선의 궤적이 나선형이 된다.
• 기존 방식처럼 한 단면씩 촬영한 뒤 테이블을 이동하는 과정이 줄어 검사 시간이 단축된다.
• 슬립링과 브러시는 고압 케이블을 대체해 X선관의 연속적인 한 방향 회전을 가능하게 한다.
• 회전하지 않은 구간의 데이터는 보간 등의 수학적 처리를 통해 보완한다.

7. CT 영상화 및 데이터 처리 과정

CT 영상은 X선 발생부터 영상 표시까지 다음 단계를 거친다.

1. X선을 발생시켜 환자에게 조사한다.
2. 인체를 통과하며 감약된 X선을 검출기가 받아들인다.
3. 검출 시스템이 X선 정보를 빛 신호와 아날로그 전기 신호로 변환하고 증폭한다.
4. 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 신호를 디지털 데이터로 변환한다.
5. 전처리 과정에서 측정 데이터를 교정·변환해 **원자료(raw data)**를 만든다.
6. 컨벌루션과 영상 재구성을 통해 픽셀별 CT 수치를 부여하고 디지털 영상을 만든다.
7. 후처리에서 영상 표시와 재포맷 등을 수행한다.

검출 시스템에는 검출기 배열과 데이터 획득 시스템(DAS)이 포함되며, DAS의 ADC가 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꿔 컴퓨터에 전달한다.

8. 학습 및 복습 포인트

• CT의 정의와 일반 X선 촬영과의 차이를 설명할 수 있어야 한다.
• 조직의 감약계수, CT 수치, 윈도 너비와 윈도 레벨의 관계를 이해해야 한다.
• 윈도 너비 또는 윈도 레벨을 바꾸었을 때 영상 표시가 어떻게 달라지는지 설명할 수 있어야 한다.
• 조사 조건이 변할 때 영상 결과가 어떻게 달라지는지, 주요 CT 촬영 변수를 연결해 이해해야 한다.
• 1~4세대별 빔 형태, 검출기 수, 운동 방식과 특징을 구분해야 한다.