Address for correspondence : Young Sam Yoo, MD, Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Sanggye Paik Hospital, College of Medicine, Inje University, 761-1 Sanggye 7-dong, Nowon-gu, Seoul 139-707, Korea
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서     론

   의학적 진단 및 의료행위에서 가장 중요한 것은 문진과 시진, 촉진 등이다. 의학이 발달하면서 의료 행위에 기록이 필요해졌고, 글로 기록하거나 그림으로 기록하는 방법이 있다. 그림은 손으로 그리거나 사진촬영으로 남기는 방법이 있다. 환자의 상태를 객관적으로 기록할 수 있는 방법으로 사진촬영이 있고 기술의 발달로 인해 필름 카메라로부터 즉석 카메라, 그리고 디지털 카메라로 발전을 해왔다. 사진의 품질에서 색상과 해상도가 중요한 것은 변하지 않았다. 게다가 디지털 동영상 기록까지 가능해져서 환자의 모든 상태를 세밀하게 기록할 수 있을 정도로 기술이 발전을 했다. 이와 더불어 영상의학적인 기술도 일반 평판 엑스선 촬영에서 디지털화된 전산화단층촬영(CT)와 핵자기공명현상을 이용한 MRI, 그리고 암세포의 신진 대사를 이용한 PET 등으로 기술이 발전을 해왔다. 아직도 변하지 않은 점은 모든 기록 행위 중 영상으로 남기는 것은 치료 전후에 시간을 맞추어 해야 하고, 이 시간을 놓치면 다시 만들 수 없게 된다는 점이다. 특히 디지털 카메라로 인체의 일부 혹은 전부를 촬영하는 경우, 환자나 기타 대상의 상태에 따라 적절한 시기가 있고 그 시기가 지나면 다시 촬영하는 것은 불가능하다. 특히 성형수술이나 암수술 후 재건 수술을 하는 경우, 수술 전과 후의 사진 촬영은 필수적이다. 기타 다른 의료 행위나 실험을 하더라도 상황은 동일하다. 특히 수술 전의 사진은 필수적이지만 촬영을 못하는 경우도 종종 발생한다. 수술 후에 종물의 사진도 찍지 못하는 경우가 있고 때로는 사진 자료 분실이 생기는 경우도 있다.
   이에 저자는 환자 신체의 사진 촬영을 못한 경우 해결책을 찾아 보고자 하였고, 첫째 글과 그림으로 남기는 방법, 둘째 방사선 촬영 자료를 활용하는 방법을 생각하게 되었다. 이 중 CT나 MRI는 그 영상 자료를 장기 혹은 영구 보관하는 의료 기관들이 많으므로 이를 활용한다면 도움이 될 것이란 생각에 이르렀다. 최근 영상 처리 기술의 발전으로 CT, MRI의 전산 자료를 이용하여 촬영한 부위의 입체 영상 재건(삼차원 재건술, 3D reconstruction technique)^1,2) 방법이 발전되었다. 피부에서 복부 장기까지 입체적으로 영상을 만들어 관찰할 수 있고^3,4) 가상 비내시경,⁵⁾ 기관지내시경,⁶⁾ 대장 내시경까지⁷⁾ 가능한 수준으로 기술이 발전하였다. 삼차원 재건술이 피부부터 그 모습을 그려낼 수 있다는 점에 착안하여 많이 활용되는 surface rendering기법(표면음영기법)과 volume rendering기법^7,8)으로 두경부 종물 환자의 외관을 입체적인 영상으로 재구성하고 이를 촬영한 디지털 카메라 영상과 비교해서 그 장단점을 살펴보고 의료용 사진을 대체할 수 있을지 검토해 보기로 하였다.

대상 및 방법

   본 연구는 2010년 1월 1일부터 2010년 11월 15일까지 본원에서 두경부 종물로 수술을 받은 환자를 대상으로 하였다. 이 중 수술 전 종물 부위를 포함한 두경부 사진을 촬영하고 neck CT 자료가 있는 환자 중 무작위로 5인을 선정하였다. 실험대상은 여자 2명, 남자 3명으로 평균 연령은 58세였다. 진단은 전이암 1예, 갑상선 종물 2예, 새성낭종 1예, 이하선 종물 1예였다.
   실험 대상을 촬영한 axial CT의 모든 frame은 Dicom형식으로 저장하여 사용하였다. CT 기종은 Toshiba Aquillion으로 촬영은 Neck-helical-CE-3-phase로 120 KVP, Exp 100, ST=2, Z=1, L=50, W=300의 조건을 기본으로 하였다. Axial frame은 정수리에서 흉골(sternum) 상부(쇄골부위)까지 촬영하였고 2 mm 간격의 자료를 받았다. 영상분석 및 삼차원 재건 소프트웨어는 3-D doctor 4.0(Able-software, USA)와 RAPIDIA 3D^® Ver. 2.8(INFINITT healthcare, Seoul, Korea)를 사용하였고 결과로 나오는 영상을 저장하여 활용하였다. 영상자료 편집은 Gimp(freeware)를 이용하였다.
   CT 자료 처리에서 피부의 모습을 추출하려면 피부와 접하는 공기와 구별되는 역치값을 정해야 하는데, 이는 환자마다 차이가 있었고 3D-doctor에서 측정한 공기와 피부를 구별하는 역치는 평균 -269.4±89.93 Hounsfield Number였다. 이를 기준으로 환자 CT의 각 frame별로 동일하게 적용시켜 피부의 외곽선을 추출하였다. 전 frame에서 동일 작업을 한 후 surface rendering으로 처리 후 입체영상을 얻었다. 입체영상은 상하좌우로 회전을 시킬 수 있어서 정면과 측면 영상을 나오도록 한 후 그 영상을 jpeg 형태의 그림파일로 저장하였다. 또한 디지털 카메라로 촬영된 환자의 수술 전 사진과 비교하기 위해서 삼차원 재건으로 나온 입체 영상을 회전시켜 실제 디지털 카메라 사진과 유사한 방향이 나오도록 하여 저장하였다. 3차원 영상의 피부를 나타내는 색상은 연한 갈색으로 처리하였고, 약간의 광택 효과가 나도록 하여 입체감을 주도록 하였다. 각 환자 별 종물의 윤곽(boundary)은 수작업으로 일일이 경계를 그려 표면 음영법으로 처리를 한 후 입체 영상을 얻었다. 종물의 표면을 빨강색으로 처리하였고, 피부만 입체 음영에서 나타나는 사진과 피부 안에 종물이 있어서 속에서 비추어지는 조건으로 사진을 동시에 처리하였다.
   같은 환자의 자료를 RAPIDIA를 이용하여 volume rendering 처리를 하고 공기와 피부를 구별하는 역치는 평균 -407±51.47 Hounsfield Number였다. 환자의 피부만 선명하게 나오는 상태로 실제 디지털 카메라 사진과 유사한 방향이 나오도록 하여 저장하였다. 별도의 화면에서 나오는 axial CT와 coronal section, sagittal section을 동시에 보면서 종물 부위가 파란색 십자선으로 표시되도록 하였다(Figs. 1 and 2).
   각 환자의 사진 별로 1) 환자의 식별이 가능한가 2) 계측(길이, 각도 측정)이 가능한가 3) 여러 각도로 보여주는가 4) 재현성이 있는가 5) 질병부위를 잘 보여주는가의 5가지 항목을 중심으로 점검해 보았다(Table 1 and 2).

결     과

   환자 5명의 삼차원 재건 영상은 surface rendering과 volume rendering으로 잘 만들어졌고 종물의 모습이 비쳐 보이지 않는 영상과 종물이 비추어지는 영상 등 환자 당 3가지의 영상으로 재건할 수 있었다. 2명의 환자에서는 치아에 장착한 금속성 보철물로 인한 산란으로 왜곡된 영상을 보였지만 환자의 병소를 나타내는 데는 지장이 없었다(Figs. 3D and 5D). 모든 영상에서 환자의 이름표가 없어도 환자의 식별이 가능할 정도로 얼굴의 외형적인 특징이 잘 나타났다. 관심 부위를 수술 전 디지털 카메라로 촬영한 사진과 같은 방향으로 놓고 보면 5예 중 1예에서는 관심부위를 외견상 보여주지 못하였지만 종물이 안에서 동시에 비추어져 보이는 영상에서는 정확한 위치를 볼 수 있었다(Fig. 2). 거리나 각도 측정은 3-D doctor 4.0과 RAPIDIA 3D^® Ver. 2.8에서 기본적으로 수행하는 기능으로 모든 예에서 가능하다. 환자를 보는 각도는 3차원의 x, y, z 세 축을 중심으로 어느 방향으로나 돌려 관찰할 수 있고 입체 사진을 만들 수 있다. 원하는 경우 모든 예에서 얼마든지 surface rendering 및 volume rendering으로 영상을 자유로이 제작할 수 있었고 반복적인 작업이 가능하였다(Table 3 and 4)(Figs. 2, 3, 4, 5, 6).

고     찰

   환자의 기록을 위한 사진은 흑백사진, 컬러사진, 디지털 사진 등으로 발전을 해왔다. 엑스선 사진은 일종의 흑백사진으로 볼 수 있고 방사선 투과의 강도를 흑백의 강도(intensity)로 변화시켜 환자 신체의 모습을 보여주는 도구이며⁹⁾ CT의 발명으로 내부를 더 직관적으로 볼 수 있게 되었다. 최근 10여 년간 CT나 MRI 자료를 이용하여 신체를 단면으로 보던 것에서 입체감 있는 삼차원 영상으로 표현하는 기술이 발전을 해왔고 데이터를 처리하는 방법에 따라 volume rendering과 surface rendering, 그리고 이를 복합적으로 이용하는 방법까지 다양하게 발전을 거듭해왔다.^7,8) 입체적인 표현뿐만 아니라 만질 수 있는 실물 모델로 만들어 심장 모의 수술을 연습하거나 학생 교육용 모델을 만들어 교육을 하거나 가상 현실을 이용하여 수술이나 교육용으로 활용하고 있다.^10,11,12,13)
   이에 따라 많은 소프트웨어들이 개발되어 임상에서 사용되고 있고 이비인후과 영역에서도 가상 코 내시경, 가상 후두내시경, 가상 기관지 내시경들이 개발되었고 내과적으로는 가상 대장 내시경 및 가상 심혈관 조영까지 발달하였다.^6,14,15) 신경외과적으로는 간질 부위를 입체적으로 추적하는 영상을 제작하고 뇌혈관의 입체적 제작으로 동맥류 등을 발견하는 도구로 활용되기도 한다.¹⁶⁾ 두경부 외과 영역에서는 외상환자의 혈관 손상을 미리 삼차원 재건 영상으로 확인 후 성공적인 수술을 시행한 예도 있다.¹⁷⁾ 
   저자의 연구에서는 디지털 카메라로 촬영한 환자에서 수술 전에 촬영한 사진과 삼차원 재건으로 제작한 환자의 수술 전 외형 사진과의 비교를 시도하였는데, surface rendering과 volume rendering 기법을 이용하여 환자의 외형을 피부를 중심으로 재건하여 보면 환자의 실제 얼굴 윤곽이 그대로 재현되어 환자를 식별하는 수단으로 충분히 사용 가능하였다. 일반 디지털 사진과는 달리 방사선을 이용한 사진이라 금속에 닿으면 산란현상을 일으켜 CT에서 영상이 왜곡되는 현상이 나타났다. 심하지 않은 경우에는 그대로 보여 주어도 무방하지만 심한 경우는 사진을 보이기 힘들 정도로 왜곡이 되어 이 부분에서 surface rendering을 하는 경우는 수작업으로 일일이 수정하는 수 밖에 없다. 
   질병 부위를 드러내어 보여주는 것은 종물이 피부를 밖으로 밀어내서 돌출되어 보이면, 디지털 카메라 사진이나 삼차원 재건 사진이나 모두 가능한 일이며, 두 가지 모두 환자가 자세를 적절히 취하면 가장 잘 보이는 방향에서 영상을 얻을 수 있다. 하지만 작은 종물의 경우는 피부를 밖으로 밀지 못하므로 두 영상 모두 피부표면으로 두드러지는 영상을 만들지 못한다. 삼차원 재건 영상의 경우 피부 내부에 있는 종물의 윤곽선을 외곽을 따라 그리거나 추출하여서 별도의 색을 넣어 표시하면 피하에 종물의 위치를 나타내면서도 입체적으로 표시할 수 있다(Figs. 3, 4, 5, 6).
   계측(measuring)에 관해서는 디지털 카메라로 촬영하는 경우 척도로 사용할 눈금자를 같이 촬영하여야 한다. 이 경우도 입체적인 표시는 불가능하고 평면적으로 측정을 해야 한다. 각도도 역시 평면상의 각도를 측정할 수 있으므로 다양한 각도를 측정하려면 환자의 사진이 여러 각도에서 촬영되어야 한다. 반면에 삼차원 재건 영상은 기본 자료인 CT촬영 시 모든 조건을 보정(calibration)한 상태에서 촬영을 하므로 모든 계측이 가능하다. 화면을 그대로 갈무리(capture)하는 경우는 2차원 평면 이미지이므로 길이나 각도 측정도 디지털 카메라 사진과 동일한 조건이다. 하지만 컴퓨터상에서 삼차원 입체 자료를 다룰 수 있어서 길이나 각도 측정은 입체 자료를 여러 방향으로 돌려가면서 가능하다. 다만 CT의 voxel의 데이터나 한 단면 당 두께에 따라 정확도가 변하므로 촬영 조건이나 평균적인 역치 등을 명시함으로써 검사의 한계를 밝혀두는 것이 바람직할 것 같다.^18,19)
   디지털 카메라를 이용하는 경우 수술을 마치고 나면 다시 수술 전 사진을 촬영할 수 없다. 따라서 필요한 각도가 나오도록 여러 번 촬영을 하여 원하는 조건의 사진이 나오도록 해야한다. 물론 동영상으로 촬영을 해 둔다면 동영상을 보면서 갈무리를 하면 원하는 각도의 사진을 보충할 수 있지만 사진의 품질은 떨어진다. 반면 삼차원 재건 영상은 CT나 MRI의 자료를 처리하여 만드는 것이므로 원 자료를 확보할 수만 있다면 반복적으로 삼차원 입체 영상을 제작할 수 있다. 또한 더 나은 소프트웨어가 개발된다면 더 좋은 영상을 만들 수 있을 것이다. 
   영상의 재현성은 삼차원 재건 영상에서는 CT나 MRI의 기초 자료만 있으면 삼차원 재건 영상이 항시 제작 가능하다. 디지털 카메라도 수술 전에는 언제나 촬영이 가능하므로 재현성이 있다고 할 수 있지만 환자를 대면해야 가능하므로 시간과 장소의 제약을 받는다. 
   본 연구의 2예에서 치아 보철물에 의한 산란으로 삼차원 재건 영상에서 일부 잘 보이지 않는 경우가 있었고 증례 1에서는 종물이 있는 부위가 돌출되어 보이지 않았는데, 이는 종물이 작아서 안 보인 것으로 판단된다. 이는 디지털 카메라로 촬영한 사진에서도 보이는 현상이다.
   소프트웨어에 따라서는 산란에 의한 잡상을 제거하는 기능이 있지만 본 논문에서는 사용하지 않았다.
   사진의 수정은 디지털 사진에서 편집 프로그램으로 가능하지만 손을 대면 사진의 사실성이 없어진다. 따라서 촬영할 때 신중하게 여러 장의 사진을 촬영하여 그 중 고르는 것이 바람직하다. 삼차원 재건 영상 역시 수정이 가능하지만 주로 종물이나 피부의 외곽선을 추출하여 작업하는 경우 역치를 선정하는 과정에서 역치를 조절하여 수정하거나 수작업으로 일일이 경계를 보면서 수정이 가능하다.
   색상을 입히는 작업은 디지털 카메라에서는 불필요하고 삼차원 재건 영상에서는 소프트웨어에 따라 색상, 명도, 채도, 투명도 등을 조절하여 만들 수 있는 기능 들이 있지만 제한적이다. 
   삼차원 재건 기술은 단면사진의 정보를 순서대로 층층이 누적시켜 입체적인 구성을 하는 것이다. 즉, 피부, 종물, 뼈, 혈관, 근육, 기타 장기를 하나 하나 색깔을 달리하여 그 윤곽을 그린 후 모두 중첩을 시켜 한 화면에 보이면 입체적인 인체 모양이 나오게 된다. 디지털 카메라 영상은 사진 단독으로는 겹쳐서 표현할 수 없고 사진 편집 소프트웨어를 이용하여 종물 사진과 환자의 외형 사진을 중첩시켜 보여줄 수 있지만 사전에 계획을 세우고 사진 촬영 조건을 미리 맞추어야 한다.
   삼차원 재건 영상을 만들려면 소프트웨어 구입 비용이 들어가므로 일반 디지털 사진보다는 많은 비용이 들어간다. 물론 디지털 카메라도 고급 기종은 고가의 비용을 지불해야 하므로 차이가 없을 수도 있다. 삼차원 재건 영상을 만드는데 걸리는 시간은 CT 자료를 처리하는 시간을 포함하여 10~30분 정도이면 피부와 뼈 그리고 종물의 외형에 관한 입체사진을 만들 수 있으므로 시간적인 제약은 없다고 본다.
   방사선 조사에 따른 노출 위험은 고려해야 하는데, 보통 종물의 수술 전에 CT를 필수적으로 촬영하므로 불필요한 방사선 노출은 없다고 본다. 더구나 부비동 CT 기기 중 방사선 조사량을 10% 정도로 줄인 장비가 나오므로 이를 활용하면 위험도를 줄일 수 있을 것이다.
   최근의 추세는 surface rendering 이외에 volume rendering 기법을 같이 사용하고 두 가지를 병용하기도 한다. 또 가상내시경(virtual endoscopy) 기법으로 기관지, 대장, 중이강 속도 들여다 볼 수 있도록 해주는 기술이 발달되어 상용화되고 있다.^6,15,20) 본 연구에서 사용한 surface rendering과 volume rendering 기법은 인체의 표면을 보여주는 목적으로 많이 사용되지만 종물을 처리한 영상을 중첩하여 보여주면 더 유용하리라 생각한다.

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