풍경 하나
A 치과의원은 최근 구내 촬영용 디지털 X-ray 장비를 구입했다. 그런데 예전에 구입한 구내 촬영기로 촬영한 영상을 보기 위한 컴퓨터와 모니터 따로, 구내 방사선 영상을 보기 위한 모니터 따로 자리를 차지하니 공간 활용이 비효율적이라는 생각이 들었다. 더구나 구내 촬영기로 촬영한 영상을 보기 위해 이쪽으로 갔다가 다시 방사선 영상을 설명하기 위해 저쪽으로 가는 것이 영 귀찮은 것이 아니다. A 치과의원 원장은 앞으로 디지털 파노라마도 구입할 생각이 있었는데 그렇다면 디지털 파노라마 영상도 이런 식으로 불편하게 사용해야 하나? 라는 생각에 씁쓸해 졌다.
풍경 둘
B 치과위원은 환자의 임플란트 시술을 계획하고 가 치과대학 병원 구강악안면 방사선과로 임플란트 CT 촬영 의뢰를 보냈다. 다음날 B 치과의원에 환자가 촬영한 임플란트 CT 필름이 한 장의 안내문과 케이스의 안의 CD 한 장과 함께 도착했다. 안내문에는 가 치과대학병원이 PACS를 갖춘 필름없는 병원이 되었다는 안내와 함께 당분간 의뢰한 방사선 영상은 필름과 CD 둘 다 보내지만 앞으로는 CD로 대체할 계획이라는 설명이 있었다. PACS라는 단어도 생소하거니와 필름이 아닌 다른 형태의 방사선 사진이 쉽게 감이 잡히지 않았다. B 치과의원 원장은 이렇게 구세대가 되는 건가? 라는 생각에 조바심이 들기도 했다.
최근 필름을 대신해 반도체 소자인 CCD센서를 이용하는 치과용 구내 디지털 방사선영상 장비를 이용하는 치과의원이 늘어나고 있다. 고가의 디지털 파노라마 장비도 늘어나고 있는데 아직까지 각각의 디지털 영상장비에서 얻는 영상정보를 통합해서 활용하는 데 어려움이 존재하는 것이 사실이다. 또한 종합병원에서 PACS를 갗추기 시작하면서 치과의원에서 사용가능한 통합정보관리 시스템에 대한 관심도 늘어가고 있다. 이에 PACS에 대한 소개로 필름없는 병원의 영상정보관리가 어떻게 이루어지는지 알아보고자 한다. 먼저 PACS에 대한 이해에 앞서 영상정보의 표준안인 DICOM에 대해 살펴보기로 하자.
DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
1970년대, CT가 등장한 이후 MR, CR, Ultrasound 및 Nuclear Medicine과 같은 디지털 영상진단 장비의 사용과 보급이 증가하고 임상에서 컴퓨터의 사용이 늘어났다.
한편, 다양한 영상장비 회사에서 만드는 의료영상 장비끼리 이미지와 정보를 전송하고자 하는 요구가 나타났고 이에 1983년 ACR(American College of Radiology)과 NEMA(National Electrical Manufacturers Association)가 표준안을 만들기 위한 합동 위원회를 구성했다. 이 위원회의 목적은 표준화를 통하여 사용자가 원하는 의료 영상 장비의 연동을 위한 표준안 작성이었는데 이는 구체적으로 각 장비별 하드웨어 간의 연결 방식은 물론 영상 및 일반 정보의 해석을 위한 표준 양식까지 포함하고 있었다.
초기 기존 자료 분석 결과 모든것을 만족할 만한 표준은 없었지만 몇가지 유용한 방식에 관한 정보를 얻게 되었다. 그것은 AAPM (The American Association of Physicists in Medicine) 에서 사용하는 방식으로 Image Data 앞에 Header를 사용하여 환자 및 검사 정보를 기록하는 방식이다. 이로써 가변적 길이를 가지는 Tag 와 Key를 가지고 정보를 등록하는 방식이 받아 들여졌다. 이와 함께 장비간의 네트웍 연결은 일반 컴퓨터를 연결 할때 가장 많이 사용하고 있는 TCP/IP Network Protocol을 채택하였다.
위원회는 2년 간의 작업 후인 1985년 version 1.0으로 불리는 ACR-NEMA Standards Publication No.300-1985를 발표했다. 그러나 많은 오류와 실제 연동 적용에 적합하지 않은 점들이 발견되어 새로운 요구사항들을 수렴하여 1988년 version 2.0으로 불리는 ACR-NEMA Standards Publication No.300-1988를 발표했다. 그당시 사용자들로부터 가장 요구되었던 사항은 영상 장비간의 네트웍 연동이었다. 그러나 version 2.0에서도 사용자들이 원하는 수준의 네트웍 지원기능은 가지지 못하였고 1993년 version 3.0이 발표된 이후에야 실질적인 디지털 영상 정보를 소통하기 위한 표준이 실현되기 시작했다. version 3.0의 명칭은 Digital Imaging and Communications in Medicine(DICOM)으로 바뀌었는데 설계 단계에서부터 객체 지향의 새로운 설계방식을 도입하여 영상장비를 네트웍에 직접 연결이 가능하게 되어 영상 전송 기능을 지원하게 되었다.
Members of the DICOM Standards Committee
DICOM은 협력적인 표준안이기 때문에 전세계의 진단용 의료영상 장비 제조업체는 그들의 제품에 표준안을 반영시켜 왔고 표준안의 진화에도 적극적으로 참여하고 있다. 또한 전세계의 주요 전문가 집단 역시 적극적으로 참여하고 있다.
DICOM은 의료영상을 다루는 모든 의료인에게 널리 쓰이고 있고 앞으로 더욱 그럴 것이다. 이들 의료인의 분야는 cardiology, dentistry, endoscopy, mammography, opthalmology, orthopedics, pathology, pediatrics, radiation therapy, radiology, surgery 등등이며 DICOM은 수의학의 의료영상장비에도 쓰이고 있다.
현재 DICOM은 16 Part로 구성 되어 있으며 10~13 Part는 여러 저장 매체를 지원하기 위한 Part로 현재 활동이 활발히 진행중인에 있는 Part이다.
P1 Introduction and Overview
P2 Conformance
P3 Information Object Definitions
P4 Service Class Specification
P5 Data structure and Encoding
P6 Data Dictionary
P7 Message Exchange
P8 Network Communication Support for Massage Exchange
P9 Retired
P10 Media Storage and File Format for Data Interchange
P11 Media Storage Application Profiles
P12 Media formats and Physical Media for Data Interchange
P13 Retired
P14 Grayscale Standard Display Function
P15 Security Profile
P16 Content Mapping Resource
PACS(picture archiving and communication system)
PACS(picture archiving and communication system)란 의료영상, 특히 진단영상들을 디지털 상태로 변환하여 영상을 획득한 후 고속의 통신망을 통하여 전송하고 데이터를 주저장장치에 저장, 필름 대신에 고해상도 모니터를 통하여 방사선과 의사 및 임상의사들이 직접 환자진료를 하는 포괄적인 영상관리(archiving) 및 전송(communication)시스템을 말한다. PACS의 장점은 필름대신 파일로 저장하므로 보관 및 관리가 용이하고, 환자의 현재와 과거 영상을 자유롭게 조회하여 판독에 활용할 수 있으며, 화질 보정등을 통해 판독의 질을 강화하는 효과도 있다. 이에 더하여 영상을 병원외부로 전송하여 2차판독의 도움을 받을 수 있어 병원네트웍과 의료전달체계의 확립에도 기여할 수 있고, 하나의 영상을 수십명의 의사가 원격으로 공유하면서 회의를 할 수 있어 의학교육의 발전에도 커다란 기여를 할 수 있다.
47세 된 나 영상 씨는 최근에 어금니의 통증과 오른쪽 볼이 붓는 것을 주소로 A 치과병원을 방문하였고 검진결과 파노라마와 하악골 전산화단층촬영을 하기로 했다.
드디어 검사일, 혹시 결과가 나쁘지는 않을까 내심 초조한 나 영상 씨는 약속된 시간에 방사선 검사를 받는다. 구입한 지 10년이 넘은 방사선장비는 DICOM 지원을 하지 않으므로 DICOM gateway를 통하여 PACS의 획득서버로 영상정보가 넘어간다.
PACS는 영상 입력장치(획득장치, acquisition devices), 데이터베이스 및 저장장치(database and storage/archive devices), 출력장치(display devices, workstation), 네트워크와 통신망(network and communications)과 같은 subsystems으로 구성된다.
1. 영상 획득장치
영상 획득장치로부터 나오는 영상의 출력은 DICOM standard format으로 변환되어 PACS에 입력되는데 DICOM Gateway는 표준 DICOM을 지원하지 못하는 구식 촬영 장비의 영상 데이터를 디지털로 변환해 주는 역할을 하는 장비이다.
아날로그 형태의 일반 촬영 영상을 디지털 영상으로 바꾸어 PACS로 입력하는 방법은 필름 디지타이저를 사용한다.
DICOM gateway를 통한 나 영상 씨의 영상정보 들은 획득 서버 및 저장장치에 저장하게 된다. 영상정보를 저장하는 장치는 단기, 장기 저장장치 등으로 나눌 수 있고 그 구성은 PACS 회사마다 조금씩은 달라진다.
2. 영상의 저장
PACS 데이터는 영상정보와 이들 영상에 대한 환자, 검사 정보들이 정리되어 있는 DB정보로 나뉜다. PACS에서 영상 정보는 DB 정보에 비해 월등하게 많은 양의 데이터를 갖고 있기 때문에 보통의 경우 영상 정보와 DB 정보를 분리하여 저장하고 특히 영상 정보는 대부분 File 형식으로 저장한다.
2-1. 단기 저장장치(short term storage unit)
네트워크를 통해 Online으로 바로 단말기에서 조회할 수 있도록 하는 영상 파일을 저장해 두는 곳이 단기 저장 장치이다. 단기저장장치에는 금방 찾아 볼 가능성이 큰 환자, 즉 병동 입원 환자나 외래 약속이 된 환자 등의 영상정보를 저장하게 된다.
일반적으로 DISK Array를 이용하며 “RAID 5”라고 하는 기법이 일반적으로 사용되고 있는데 예를 들면 환자등록 번호 1254658-9라고 하는 번호가 있을 때 그 중 하나의 번호를 모른다고 하더라도 해당 환자번호를 제대로 찾을 수 있는 것처럼 데이터 일부가 소실되어도 그 주위의 데이터를 이용하여 소실된 데이터를 유추할 수 있는 기법이다.
용량은 내원환자 2-3주일 분의 영상을 보관할 수 있어야 한다.
2-2. 장기 저장장치
한편 , 퇴원해 버린 환자, 완치된 환자와 같이 앞으로 영상정보를 볼 일이 많지 않은 경우 장기저장장치에 저장하게 되는데 많은 양의 데이터를 저장하면서 가격이 비교적 저렴한 저장 매체를 사용하는 Jukebox나 Library류의 장 기 저장 장치를 이용한다. 이 장기 저장 장치는 직접적인 Online은 아니지만 요청 시에만 단기저장장치로 데이터를 불러내어 영상을 보여지게 한다. 장기 저장 장치류로는 전통적으로 MOD Jukebox가 가장 많이 사용 되었고, 최근에는 DLT Library, DVD Jukebox, CD Jukebox 등이 많이 사용되고 있다.
방사선과 영상과 판독 소견은 의무기록에 관련된 의료법 18조6항에 따라 5년간 보관한다.
진료일 전날 밤 동안 이리저리 뒤척이며 혹시 나쁜 병은 아닐까 걱정하던 나 영상 씨는 비장한 마음으로 아침식사를 먹고 치과병원을 찾았다. 반갑게 나 영상 씨를 맞은 치과의사는 임상용 PACS viewing station에서 나 영상 씨의 방사선영상 및 판독 결과를 조회한다. 조회 키를 누른지 3초도 안되어서 LCD컬러 모니터에 영상 및 판독결과가 뜬다
LCD 모니터 앞에서 나 영상 씨는 #46 치근단 염증으로 인한 하악골의 골수염이라는 판독결과를 듣는다.
3. 영상의 조회
PACS용 모니터는 판독을 위한 특수 모니터와 임상을 위한 일반 모니터의 두 종류로 나뉜다. 판독용은 방사선과 의사가 판독을 전문으로 하기 위한 모니터인데, 아주 높은 해상도 (2K X 2K, 혹은 4K X 4K)와 100flb 이상의 밝기를 가지는 모니터이다. 대개의 경우 portrait 형 (세로가 가로보다 더 긴 모양)의 흑백 모니터를 이용하게 된다.
한편 임상용은 외래나 병동에서 환자의 영상이나 판독결과를 조회하기 위한 모니터이다.
3-1. 판독용 워크스테이션의 요구조건
a. 모니터크기는 20인치 이상
b. 모니터 밝기 65-flb 이상
c. 모니터 떨림 70Hz 이상
d. 첫 영상이 화면에 표출되는 시간 2초 이내
e. 최소한 하나의 컴퓨터당 2개 이상의 모니터가 있어야 한다. 연간 방사선과 검사기준 50000건 당 2048*2560 해상도의 모니터 수가 2개 이상이어야 한다.
3-2. PACS 워크스테이션에 필요한 영상처리기능
휘도 및 대조도 조절(window/level)
영상의 확대 및 축소(zoom)
영상의 방향조절
영상의 통계측정(두 점 사이의 거리, 두 선 사이의 각도, ROI에 대한 평균값, 표준편차, 픽셀 수, 히스토그램, 가장자리 길이, 장축 단축 방향)
3차원 영상 디스플레이 기능 - 재구성된 3차원 정보를 모니터에 디스플레이
cine 디스플레이 기능 - 주기적으로 움직이는 부위를 동영상으로 보여줌
호기심이 생긴 나 영상 씨가 “선생님, 이 영상도 인터넷을 통해서 보는 건가요?”라고 물어보자 선생님은 “ 아뇨, 이것은 인트라넷이라고 하는 우리 병원 내에서의 전산망에 의해서 보는 거랍니다. 하지만 앞으로 기계나 통신속도가 빨라지면 인터넷을 통해서 병원외부의 저명한 의사한테 자문을 구하는 날도 멀지 않을 거에요” 라고 대답한다
한편, 수술을 받아야 한다는 설명을 들은 나 영상 씨는 집 근처의 치과 병원에서 치료 받기로 하고 촬영한 방사선 사진을 CD에 복사해서 집으로 돌아갔다.
3-3. 영상의 출력
영상 출력을 하는 장비로 Film Printer와 Paper Printer가 있는데 Film Printer는 기존의 필름과 동일한 화질로 출력할 수 있으나 장비 도입비 및 유지 비용이 많이 드는 만면 Paper Printer는 화질은 떨어지나 비교적 저렴하게 출력 시스템을 구축할 수 있다.
Paper Printer는 레이저,잉크젯 그리고 비디오 프린터로 나뉘어 지는데 레이저 프린터는 Chest CR처럼 Gray Tone이 점진적으로 변하는 영상을 출력 하는데는 적합하지 않다.
외부 출력을 CD로 하는 경우도 있는데 이를 위해서는 CD Writer가 필요하고 CD Writer는 일반적인 것을 사용하면 된다.
4. PACS 동향
PACS의 보급은 전세계적으로 급증하고 있다. 미국은 26.4%의 보급율을 기록할 예정이고 유럽도 스칸디나비아반도 국가들이 이미 보급율 50%를 넘어설만큼 PACS보급이 활성화되고 있다.
5. 미래의 PACS
21세기 들어 현재 첨단방사선과 장비들이 등장하고, 이를 이용한 임상적 응용기술이 발달함에 따라 전통적인 방사선과 업무에도 일대 변혁이 일고 있다. 영상진단의 넓이와 깊이가 더해감에 따라 영상에 대한 의존도가 높아지고, 영상발생량이 증대하여 뢴트겐시대 이래로 고착되어 왔던 방사선학의 개념이 의료영상의 개념으로 확대변천되고 있는 추세에 있다.
이러한 방사선과 영역의 변화에 발맞춰 PACS 기술은 급속한 발전을 거듭하고 있으며, 변화의 세계적인 추세는 국제표준의 준수를 바탕으로 한 안정성과 호환성, 기능성의 강화에 있다. 구체적으로 PACS 기술의 발전전망을 살펴보면 다음과 같이 요약할 수 있다.
PACS를 통한 진료의 효율성이 높아지면서 실시간 방사선진단의 요구 높아지고 실시간적 방사선 진단을 지원하는 기능 강화될 것이다.
워크스테이션에서 신속한 판독을 지원하는 다양한 영상조작기능이 질병분야별로 특화되고 단축키로 불러낼 수 있는 메뉴식 판독 또는 디지털 녹음 기능이 내장되어 판독시간이 단축되고 판독된 정보는 즉시 임상과에 전달될 것이다.
가까운 미래에 필름뿐 아니라 병원내 모든 미디어의 의무기록을 전자화한 EMR (electronic medical record) 시스템이 구축된 완전 디지털 병원이 선보일 것이다.
용량의 배가를 거듭하는 마그네틱 디스크와 홀로그래픽 저장장치(HDDS)가 서로 경쟁하는 가운데 현재 문제가 되고있는 단기와 장기 저장장치의 병목 현상과 관리상의 문제들은 거의 해결이 될 것이다.
다수 병원간의 PACS끼리 연결하는 것으로 환자가 병원을 바꿀 때 환자가 가입한 사이버 건강센타의 계정에 DICOM 영상을 전송하거나 특정병원으로 직접 전송할 수 있다.
병원간 전문과의 교차 판독협력이 일상화될 수 있고 여러 병원이 공동으로 teaching file 이나 research case를 공유할 수 있다.
다수의 방사선과 전문의를 보유한 방사선 진료그룹이 생겨나 특정병원에 소속되지 않고 네트웍을 통한 판독만을 전문으로 할 수 있게 될 것이다. 이럴 경우 PACS는 병원 내에 있을 필요 없이 지역 데이터센터에 서버를 두고 지역별로 제휴한 병원간 공동으로 활용하는 시설이 될 것이다.
PACS를 Web 서비스로 전환하는 업체들이 늘어 날 것으로 예상되는데 데이터의 저장 과 관리는 업체에서 관리하는 데이터 센터에서 대신하고 각 병원에서는 단순히 Web 사이트에 접속해서 보기만 하는 새로운 개념의 서비스가 등장할 것이다.
