결핵과 흉부영상의학
Tuberculosis and chest radiology
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Trans Abstract
Background
Tuberculosis is still a major public health problem, although it is decreasing worldwide. The World Health Organization is working to reduce the incidence and deaths of tuberculosis globally and aims to eradicate tuberculosis.
Current Concepts
The world’s gradual eradication of tuberculosis would be virtually inconceivable without the outstanding scientific works of Robert Koch and Wilhelm Conrad Röntgen. In 1882, Koch’s discovery of the tuberculosis bacillus was the most important first step towards controlling and ending this deadly disease. In 1895, Röntgen’s discovery of the X-ray revolutionized humanity as it became the first technology used to create images of the human body. X-ray images became an essential tool in modern medicine within a short period.
Discussion and Conclusion
Chest radiology plays a crucial role in tuberculosis screening, diagnosis, and management. Chest radiology has contributed to the control of tuberculosis, which has plagued humanity for a long time, and will continue to contribute to eradicating tuberculosis in the world.
서론
결핵(tuberculosis, TB)은 결핵균(Mycobacterium tuberculosis)에 의한 공기를 통한 전염성 감염병으로 전세계적으로 중요한 질병이다. 결핵은 치료 및 예방이 가능하나, 치료하지 않으면 결핵으로 인한 사망률이 높다. 세계보건기구(World Health Organization, WHO)의 2022년 결핵 연례보고서에서 결핵은 2019년 세계적으로 13번째 사망 원인이었으며, 2020년 코로나바이러스감염증-19 (coronavirus disease 2019, COVID-19) 유행 이전까지는 결핵은 단일 감염병으로는 사망 원인 1위였다. 2020년과 2021년에는 결핵이 COVID-19에 이어 단일 감염원으로 인한 사망 원인 2위가 될 것으로 예상했다[1]. 다행히 결핵의 발생 빈도는 감소하는 추세이고, WHO에서는 “Stop TB Strategy”에 이어 “End TB Strategy”를 통해 전 세계의 결핵 발생과 사망을 감소시키기 위한 노력을 기울이고 있으며 결핵을 종식시키는 것을 목표로 하고 있다.
흉부영상의학에서 결핵은 중요한 한 부분을 차지한다. X선의 발견은 인류에게 혁명적인 영향을 미쳤고, X선영상은 단기간 내에 의료의 필수적인 도구가 되었다. 흉부X선영상은 결핵의 선별검사, 진단 및 치료에 있어서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 결핵 환자의 진료과정 중 흉부X선영상 없이 결핵을 진단하고 치료한다는 것은 생각하기 힘들게 되었다. 흉부영상의학을 전공한 의사의 입장에서 결핵과 흉부영상의학의 역사와 관련된 방대한 내용 중 극히 일부를 기술하였으며, 결핵 주로 폐결핵에 대한 흉부영상의학의 역할을 중심으로 기술하고자 한다.
결핵의 역사
결핵은 인류와 함께한 오래된 질병 중 하나이다. 결핵의 오래된 흔적들로는 기원전 2,400년 이집트의 미이라에서 결핵의 전형적인 골격 이상인 Pott’s 기형이 발견되었으며, 유사한 이상 소견이 초기 이집트 미술에도 묘사되어 있다. 인도와 중국에서 각각 3,300년 전과 2,300년 전에 벌써 결핵에 대한 문서 기록이 있다. 결핵과 관련된 다른 문서로 고대 히브리어는 성서에서 결핵을 설명하기 위해 사용되었다. 같은 시기에 안데스 지역에서도 Pott’s 기형을 포함한 초기 결핵의 고고학적 증거가 페루의 미이라에서도 발견되었는데, 이는 유럽인들에 의한 식민지화 이전에도 결핵이 존재했음을 시사한다. 고대 그리스 의사인 Hippocrates는 결핵은 주로 젊은이에게 발생하는 치명적인 질환이며, 그 특징적인 증상과 결핵성 폐병변을 정확하게 정의하고 있다. 그리스의 Isocrates는 최초로 결핵이 전염병이라고 가정하였다[2-4].
“Tuberculosis”라는 질병명은 처음부터 있었던 것은 아니고, 오랜 기간 인간을 괴롭혀온 이 질환은 다양한 이름으로 불려왔다. Hippocrates는 이 질병을 설명하기 위해 “Phthisis”라는 용어를 사용하였다[2,5]. Consumption, Lupus vulgaris, Pott’s disease, Captain among these men of death, Grave yard cough, The robber of youth, White plague, White death, King’s evil, Contagion, Lactic fever, Gastric fever, Scrofula 등의 이름으로도 불렸다[2-6].
1679년 네덜란드 의사이며 과학자인 Franciscus Sylvius는 결핵 환자의 폐에서 일관된 특징적인 병리학적 소견으로 “tubercle”을 발견하였고, 최초의 병리학적 및 해부학적 소견을 그의 책 “Opera Medica”에 기술하였다. 또한 결핵과 당시 “scrofula”라 불린 목의 림프절 질병과의 연관성을 처음으로 인용하였다[2,3,5].
1779년 영국 외과의사 Percivall Pott는 척추 결핵인 “Pott’s 병”을 처음으로 기술하였고, 결핵은 일반적으로 가장 흔하게 폐에 영향을 미치나, 모든 장기에도 영향을 미칠 수 있으며, 환자는 기침, 흉통, 피로, 및 체중 감소와 같은 증상 등으로 발현한다고 하였다[2,3].
19세기 초 프랑스 의사인 Theophile Laennec은 결핵의 발병기전을 밝히고 질병의 개념을 통일시켰다. 1819년 그의 저서 “D’Auscultation Mediate”에서 결핵의 병리학을 명확하게 설명했을 뿐 아니라 폐질환의 대부분의 신체적 징후를 기술했고 이러한 소견을 기술하는 용어를 도입했다. 결핵에 대한 현대적인 이해가 시작되었다[2,4].
1834년 독일 의사인 Johann Lucas Schönlein은 당시 “consumption”이라고 불렸던 질병명을 “tubercle”이 이 질병의 근원이었기 때문에 “tuberculosis”라는 질병명을 처음으로 제시하게 되었다[5,6].
1854년 결핵을 앓고 있었던 Hermann Brehmer는 그의 박사논문 “Tuberculosis is a curable disease”에서 결핵의 최초 성공적인 치료법으로 요양원(sanatorium) 치료법을 소개하였다[2,5].
1865년 프랑스 외과의사 Jean Antoine Villemin은 결핵은 전염된다는 사실을 처음으로 증명하였다. 그는 작은 결핵 조직을 건강한 토끼에 주입하여 결핵이 전염됨을 확인했으며, 이는 결핵의 원인이 전염성 미생물에 의한 것임을 제시하는 중요한 증거였다[2,3,6-8]. 그로부터 17년 후인 1882년 독일 미생물학자 Robert Koch는 Villemin의 연구를 기반으로 결핵균을 분리하고 식별하였다.
결핵균의 발견
1882년 3월 24일 Robert Koch (1843-1910)가 독일 베를린생리학회(Berlin Society of Physiology)에서 결핵의 원인으로 결핵균(tubercle bacillus) 발견을 발표하였다. 이후 4월 10일 “The Etiology of Tuberculosis”라는 논문을 출간하였고, 1883년 “Mycobacterium tuberculosis”라 명명하였다. 이어 1884년 모든 전염병 연구의 기초가 된 “Koch의 가설(Postulates)”을 처음으로 설명했다[6,8,9]. Koch의 가설은 어떤 질환과 그것의 원인이 되는 미생물 간의 관계를 확립하기 위한 네 가지 필수 단계를 일컫는다. 즉 미생물은 어떤 질환을 앓고 있는 모든 생물체에게서 다량 검출되어야 한다. 미생물은 어떤 질환을 앓고 있는 모든 생물체에게서 순수 분리되어야 하며, 단독 배양이 가능해야 한다. 배양된 미생물은 건강하고 감염될 수 있는 생물체에게 접종되었을 때 그 질환을 일으켜야 한다. 배양된 미생물이 접종된 생물체에게서 다시 분리되어야 하며, 그 미생물은 처음 발견한 것과 동일함을 증명해야 한다.
Koch의 결핵균 발견은 이 치명적인 질병을 통제하고 종식시키기 위한 가장 중요한 첫 단계였다. Koch는 1905년 결핵균 발견으로 노벨생리의학상을 받았고, Koch의 결핵균 발견을 기념하기 위해 3월 24일은 “세계 결핵의 날”로 지정하였다.
19세기 후반은 세계적으로 장티푸스균, 결핵균, 콜레라균, 대장균, 페스트균, 세균성 이질균 등 주요 감염병의 원인균이 속속 발견된 시기이며, 미생물학의 황금시대가 열리면서 질병에 대한 예방과 관리방법을 바꾸어 나가기 시작하는 시기였다.
결핵균 발견 이후 결핵의 진단과 치료도 획기적으로 발전하게 된다. 결핵의 원인균을 직접 찾고 보는 방법들이 나오고, 1895년 X선 발견 이후 흉부X선사진으로 인해 폐결핵을 진단하고 결핵 환자와 결핵이 의심되는 환자를 추적하는 것이 쉬워졌다. Albert Calmette과 Camille Guerin에의해 결핵 예방을 위한 약화된 Mycobacterium bovis 균주를 이용한 Bacille Calmette-Guérin 백신이 개발되었고 1921년 결핵 예방을 위해 처음으로 사용되었다[3,5,10]. 1940년대 이후에는 항생제가 개발되고 약물치료를 시작하면서, 결핵 사망률이 급격하게 감소하게 되었다. 결핵의 진단, 치료, 예방을 위한 이러한 일련의 업적들로 인해 오랜 기간 인류를 괴롭혀온 치명적인 질환인 결핵의 통제가 가능하게 되었다.
X선의 발견
1895년 11월 8일 독일 물리학자 Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923)에 의해 X선(X-ray)이 처음 발견되었다. Röntgen은 자신의 실험실에서 Crookes 튜브(tube)로 음극선(cathode ray) 실험 도중 그가 작업하던 튜브에서 어느 정도 떨어진 곳에 놓여 있던 빛에 민감한 형광 물질로 코팅된 종이에서 우연히 의문의 형광(florescence)을 보았다. 튜브를 완전히 가린 후에도 형광은 사라지지 않았고, 형광이 음극선에 의한 것이 아니라는 것을 깨닫고 완전히 새로운 것을 발견했음을 알아차렸다. 12월 22일에 그는 아내를 실험실로 데려왔고 아내의 반지가 있는 손을 X선영상으로 만들게 되었다. 새로운 선(ray)은 몸을 통과하여, 20분간의 노출시간으로, 금속 반지와 함께 손가락의 뼈를 사진으로 만들었고, 이는 널리 알려진 인류 최초의 X선영상이다[11-13]. 그리고 1895년 12월 28일에 “the Würzburg’s Physical-Medical Society journal”에 X선에 관한 “On a New Kind of Ray: A Preliminary Communication”을 처음으로 보고하였다. 이를 1896년 1월 4일 베를린물리학회에 전달하였고, 이어 1월 5일 오스트리아 비엔나에서 발행되는 Die Press에 보도되면서, Röntgen의 X선 발견 소식은 전 세계에 퍼져 나가기 시작했다[12,13]. 1896년 1월 23일 Würzburg Physical Medical Society 모임에서 Röntgen은 “A New Kind of Ray”라는 강의를 하였고, 유명한 해부학자인 Albert von Kölliker 손의 X선영상을 얻는 것을 소개하였다. 이어지는 토론에서 Röntgen은 새로운 선(ray)이 의료 목적으로 사용할 가능성에 대해서도 이야기했다. 새로운 형태의 에너지이며 빛처럼 직선으로 전파되는 속성 때문에 “선(Ray)”이라 하였고, Albert von Kölliker는 새로운 선의 이름을 “Röntgen-ray”라고 명명하기를 제안하기도 하였으나, Röntgen은 “X-ray”라 명명하였다[11,13].
1896년에는 벌써 많은 저자들에 의해 X선에 대한 50권 이상의 책과 1,000편 이상의 논문이 발간되었다[12]. 이 시기에는 X선영상은 산업화된 세계 전역의 국가에서 매우 빠르게 전파되었고 동시에 발전하였다. X선영상이 신속하고 광범위하게 퍼져서 동시에 사용할 수 있었던 배경으로는, 장거리 전신(long distance telegraphy)이 산업화된 세계 전역에 Röntgen의 X선 발견에 대한 소식을 즉각적으로 전달하여 X선 발견 후 한 달 이내에 유럽과 미국의 주요 의학 저널에 X선의 잠재적인 의학적 유용성을 시사하는 사설이 실렸다. 당시 많은 물리학자와 엔지니어가 X선을 생성할 수 있는 Hittorf, Crookes 및 Lenard 튜브의 X선 방출을 연구한 경험이 있었다. 또한 생명을 위협하는 호흡기 감염의 초기 상태를 식별하기 위한 새로운 방법으로 X선영상을 추구하는 강력한 의학적 요구가 있었다. 그 결과 X선영상은 세계 전역의 산업화된 국가에서 동시에 빠르게 발전하게 되었다[14,15].
X선 발견은 의학 분야에 혁명적인 영향을 미치게 되었고, X선은 인체의 이미지를 생성하는 데 사용되는 첫 번째 기술이 되었으며, 현대 의학의 필수적인 도구가 되었다. Röntgen은 X선 발견으로 1901년 첫 노벨 물리학상을 받았고, Röntgen의 X선 발견을 기념하여 11월 8일은 “World X-ray Day”로 지정하였다.
결핵과 초창기 흉부영상의학
1. 초창기 흉부X선영상
1896년 2월 3일 미국 뉴햄프셔주 하노버에서 Colle’s 골절을 입증하는 데 X선을 의료용으로 최초로 사용하였다. 곧이어 독일에서 한 소년의 경골(tibia) 육종을 촬영하였다[12].
흉부X선사진은 1896년 3월 영국에서 John Macintyre에 의해 처음으로 성공하였고 X선사진을 통해 그는 심장의 형태와 크기를 평가할 수 있었다[16,17]. 1896년 4월 14일 미국에서 Francis Henry Williams가 Massachusetts Institute of Technology에서 첫 번째로 흉부질환의 진단에 X선투시촬영(fluoroscopy)을 성공하였고 이를 보고하였다[15,18].
1896년 2월 이탈리아의 물리학자 Enrique Salvioni는 휴대용투시경(hand-held fluoroscope)을 소개하였고, 이 투시법을 실용화한 사람은 미국의 발명가인 Thomas Alva Edison이었다. Edison은 calcium tungstate가 가장 적절한 phosphor임을 발견하였고, 차광 장치(light-shielded unit)를 만들어 X선영상을 직접 관찰할 수 있도록 하였으며, “fluoroscope”라는 용어로 불렀고, 이를 의료 이용에 적용하였다[12].
초창기에는 X선 튜브는 초보적이고 출력이 너무 약해서 흉부X선사진 1장을 만드는 데 때로는 45분 이상의 장시간이 필요했기 때문에 결과적으로 흉부를 세부적으로 묘사하기는 어려웠다. 따라서 X선투시촬영이 움직이는 흉부를 보기에는 훨씬 효율적이고 실용적인 방법이었다[18]. 당시에는 X선투시촬영이 X선사진촬영보다 더 간단하고, 더 즉각적이고, 더 저렴하고, 더 신뢰할 수 있고, 더 쉽게 사용할 수 있었다[14]. X선사진은 제한된 정보를 제공하였지만 심장의 형태와 크기, 횡격막의 위치, 흉막액으로 인한 큰 증가된 음영, 기흉에 의한 투과도의 증가, 종격동의 확장, 흉부 골격의 묘사 등이 가능하였고[17], 더해서 X선투시촬영은 X선사진보다 더 나은 폐의 세부 정보를 제공했다. X선투시촬영은 더 나은 정보를 제공함에도 이 역시 시간이 많이 걸렸고 관찰자에게 위험했다.
X선투시촬영법의 기본 기술 및 진단 원칙은 X선 발견 후 첫 12개월 동안에 대부분 확립되었다. 이후 X선사진(radiography)은 X선 발생 장치, 1920-1930년대에 X선 필름과 증감지(radiograph films and intensifying screen) 기술 등이 눈부시게 향상되어 X선투시촬영을 점차 대체하게 되었고, 흉부영상의 일상적인 기본적인 방법으로 지배적인 위치를 차지하게 되었다. 이후 X선투시촬영은 움직임과 관련된 문제들을 해결하는 데에 제한적으로 사용하게 되었다.
1913년 William D. Coolidge는 텅스텐으로 만든 음극 필라멘트가 있는 Coolidge 튜브를 발명하였고, 이는 이전 Crookes 튜브를 대체하였다. 1929년 Philips사는 Rotalix라고 불리는 최초의 회전 양극 튜브 생산을 시작했다[19]. X선사진은 처음에는 유리 사진판(glass photographic plate) 위에 만들어졌다. X선필름은 1918년 Eastman사에 의해 처음 소개되고 1923년경부터 일반화되기 시작하였으나 상당한 시간이 걸려서 유리 사진판을 대체하였다. 더 나아가 X선사진은 고전압 기술(high-kilovoltage technique), 포토타이밍(phototiming), 그리드(grids), 자동필름처리(automatic film processing) 등의 기술의 발전으로 크게 향상되었다[14]. 그 결과 양질의 X선사진을 낮은 X선 선량으로 얻게되었다.
X선을 이용한 의료 영상 기술은 발전하였고, X선영상은 빠르게 의학의 일부가 되었으며, 영상의학분야가 의학의 전문 분야로 부상하였다. 그 중 흉부X선사진은 가장 많이 이용하는 영상의학 검사가 되었다. 그 이유는 몇 가지로 설명할 수 있다. 신기술이 환자의 진료에 도움이 될 거라는 믿음이 있었다. 흉부는 X선영상에 매우 적합한 부위이다. 뼈부터 공기까지 다양한 밀도의 구조물들은 포함하고 있어 X선영상에서 적절한 대비를 이루게 된다. 흉부질환은 일반적으로 높은 유병률을 보이며, X선발견 당시에는 특히 결핵의 유병률이 매우 높았다. 흉부X선사진은 환자의 진단과 치료에 영향을 미친 결과 환자의 예후에까지 영향을 미치며, 따라서 흉부X선사진의 가치는 충분하였다. 더해서 X선사진의 비용이 떨어졌다. 1910년 흉부X선 가격은 그 당시의 가격으로 25-100달러였다. 1930년대 중반부터 건강보험(health insurance)이 시작되면서 환자가 직접적으로 부담하는 X선 사진의 가격이 떨어진 것들이 영향을 미쳤다[20].
2. 결핵과 초창기 흉부영상의학
흉부영상의학의 선구자인 미국의 Francis Williams는 1896년 4월 25일, 불과 X선 발견을 공표한 지 4-5개월 밖에 되지 않았지만, Suffolk Medical Society의 한 회의에서 40명의 결핵 환자의 X선 진단을 보고하였다. 흉부X선투시촬영 소견을 기술하였는데 결핵의 소견을 매우 자세히 기술하고 있으며, 흉부X선투시촬영은 질환의 정도를 평가하는 데 의사의 신체 검진(physical examination)보다 정확하다고 하였다. 또한 정상 흉부X선투시촬영 소견이 모두 결핵을 배제하는 것은 아니라고 하였고, 임상 징후가 없거나 거의 없는 환자에서도 흉부X선투시촬영에서 결핵을 입증할 수 있다고도 하였다[18]. 또한 X선검사의 역할에 대해서 X선의 의료 이용은 특히 흉부질환을 전문으로 하는 의사들에 의해 이루어져야 하고, 그들은 청진 및 타진을 배운 것처럼 X선검사를 수행하고 해석하는 방법을 배워야 하고, 의학도에게 청진 타진과 같이 X선검사에 대해 가르쳐야 한다고도 언급하였다[18].
Francis Williams을 포함하여, 비엔나의 Guido Holzknecht 그리고 파리의 Antoine Béclère은 흉부영상의학 분야의 선구자들로써 새로운 분야의 발전에 큰 영향을 미쳤으며 흉부X선 진단에 관한 수많은 출판물들을 발간하였다. Röntgen의 X선 발견 이후 5년이내에 흉부질환의 X선 진단을 다룬 주요 교과서들이 6개 이상 출간되었다[14].
1901년 런던에서 열린 “British Congress on Tuberculosis and Prevention of Consumption”이라는 학술대회에서 영국의 Hugh Walsham이 “Discussion on the Use of the Rontgen Rays in the Diagnosis of Pulmonary Tuberculosis”라는 세션을 열었고, Robert Koch를 포함한 청중 앞에서 “1. Can the Rontgen Rays Show Tubercle in the Lung? 2. If So, at What Stage of Their Development? 3. Can They Detect Tubercle Before the Other Means of Physical Diagnosis?”라는 주제의 질문에 답을 하였다. 첫 번째 질문에 긍정적으로 대답하였고, 두 번째 질문에 가장 초기단계에서는 검출할 수 없으나 이는 다른 진단 방법도 동일하다고 하였으며, 세 번째 질문에는 공동 결핵의 X선사진과 부검에서의 좁쌀결핵의 X선사진도 보여주었고, 청진검사에서 확인되지 않은 초기 결핵의 X선사진을 보여줌으로써 세 번째 질문에 답하였다[16].
1898년 내과 교과서에는 대부분의 경우 X선검사는 의사의 임상검사(clinical examination)보다 더 많은 정보를 제공하지는 않는다고 기술하였다[20]. 1901년 내과 교과서 “Principles and Practice of Medicine”에는 81페이지에 달하는 결핵 내용 중 단 한 줄도 X선에 대해 언급하지 않았다. 그러나 당시 X선 발견 후 5년밖에 지나지 않았지만 Francis Williams가 X선 교과서를 이미 발간하였고, 그 내용 중에 폐결핵에 대한 자세한 기술이 있으며, 의심이 되는 경우는 X선검사를 시행해야 한다고 하였으며, X선검사가 유용한 폐결핵 사례들을 열거하였다. 1912년 내과 교과서부터 폐결핵의 X선 진단 내용이 수록되었다. 이어서 발간되는 내과 교과서에서는 X선검사는 폐결핵 진단에 중요하며 일상적인 진단 도구로써 X선검사를 시행하게 되었다. 1950년 이후에는 결핵 진단을 위해 흉부X선사진은 일상적인 도구로 들어가고, 더해서 흉부X선사진을 선호한 나머지 내과의사들이 하는 신체 검진을 포기하지 말 것을 권고하기도 하였다[21].
3. 흉부X선을 이용한 결핵 집단선별검사
18세기 서유럽에서 결핵은 연간 인구 10만명 당 900명에 달하는 높은 사망률을 보였고, 젊은이들 사이에서 사망률이 더 높았다[2]. 산업혁명 동안 열악한 환경, 위생, 영양 등으로 결핵은 더욱 확산되어, 1838-1839년에는 영국 노동자와 상인의 최대 1/3이 결핵으로 사망하였다[2]. 1860년 영국의 결핵 관련 사망률은 10만명 당 250명으로 추산되었다[22]. 1880년대에는 미국과 유럽에서 7명중 1명이 결핵에 의해 사망하였다. 1900년대 초에는 미국을 포함한 대부분의 나라에서 결핵은 사망 원인 중 1위를 차지했다. 19세기말 20세기초에 결핵에 의한 사망률은 감소하기 시작하였으며[22], 1940년대 후반 이후 항결핵제 약물치료가 시작되면서, 20세기 중반부터는 급격하게 사망률이 감소하였다. 흉부X선을 이용한 결핵 집단선별검사 또한 결핵의 유병률 및 사망률을 감소시키는 데 큰 역할을 하였다고 생각한다.
결핵 진단을 위한 X선촬영은 1906년 Edward Livingston Trudeau가 그의 Saranac Lake Cottage Sanitarium에 도입했다. 1917년 메트로폴리탄 생명보험회사(Metropolitan Life Insurance Company)는 미국 매사추세츠 주 프레이밍햄(Framingham, MA, USA)에 거주하는 사람들의 건강 상태에 대한 지역 사회 전반의 조사를 후원하였다. 당시 결핵 진단을 위한 흉부X선투시촬영이 포함되었고, 이는 결핵 집단검진에 X선영상을 최초로 사용한 사례이다[12].
결핵을 발견하기 위한 흉부X선 집단선별검사(mass radiographic screening)로는 제2차 세계대전에 참전하기 위해 병역 징집을 제정했을 때, 모든 신병들의 결핵을 선별하기 위해 흉부X선촬영을 사용하였다[12]. 군입대자들의 결핵 선별을 위한 흉부X선사진은 대규모 집단선별검사가 실용적이라는 것을 보여주었다. 이후 30-40년 동안 흉부X선사진은 이동형 X선촬영장치 사용을 포함하여 지역 사회 전반에 걸쳐 결핵 집단선별검사로 널리 사용하였다[12].
흉부X선을 이용한 결핵 집단선별검사는 제2차 세계대전 때부터 1960년대까지 매우 활발하게 진행되었고 기여한 바가 컸지만, 1972년 2월 미국 보건교육복지부(United States Department of Health, Education, and Welfare)에서는 결핵 선별을 위한 집단 흉부X선검사가 불필요함을 공식적으로 발표하였다[12,22]. 당시에는 결핵의 유병률이 이미 감소하여 집단 흉부X선검사를 계속해서 사용하는 것을 정당화하기에는 너무 적은 결핵 사례들이 발견되었다.
흉부X선사진은 민감도가 높고 상대적으로 비용이 낮기 때문에 결핵 선별검사에 탁월한 도구이다. 그럼에도 불구하고 흉부X선을 이용한 결핵 집단선별검사는 지속하기 어려운 것으로 판정되었다. 그러나 흉부X선사진을 포함한 집단검진은 여전히 요구되고 있다.
결핵과 우리나라 흉부영상의학
1. 결핵과 우리나라 초창기 흉부영상의학
우리나라는 1911년 조선총독부의원에 X선 촬영기가 최초로 설치되어 진료에 사용되기 시작하였다. 그 이전 미국 선교의사인 William Benton Scranton이 1910년에 개업 당시 X선 시설을 갖추고 취급한다고 하였고, X선 장비는 당시 구미에서 유행했던 소형 휴대용 X선 장치였을 것이나 촬영에 대한 기록은 없다[23]. 조선총독부의원에서는 1916년에 새로이 한 대의 X선 장비를 구입하였고, 조선총독부의원 1916년 제5회 연보에 “엑스선 방사선 장치를 완비하여 내외의 진찰 치료에 널리 응용하고, 특히 여러 외과적 결핵증에 대한 치료효과가 매우 우수한 바…”라고 기술되어 있다[23].
1940년에 35 mm X선 간접촬영기가 도입되었고, 대한결핵협회의 전신인 조선결핵예방협회가 주관하여 1942년에 흉부X선 결핵 집단검진이 시작되었다[23-25]. 1950년대 후반부터 X선 촬영장치를 탑재한 선별검사 차량이 등장했다. 1960년대부터는 피폭량이 적은 70 mm X선 간접촬영기가 도입되었다[24]. 이후 우리나라는 국가 결핵관리사업들이 시행되면서 비교적 빠르게 결핵이 감소하고 있다.
초창기 X선을 이용한 진료는 골절과 흉부의 X선촬영이 대부분이었고, 흉부X선사진은 주로 폐결핵과 폐디스토마 진단을 위한 것이었다[23]. 1976년 대한방사선의학회지에 실린 조중삼 명예회장의 특별기고 내용 중 1973년 신약일보에 실린 X선검사 건수를 인용하였는데, 전 촬영건수의 68%가 직접촬영이었고, 32%가 간접촬영이었으며, 간접촬영을 포함한 흉부X선촬영이 89.3%이고, 기타 부위가 10.7%로, 당시 우리나라 X선 진단업무는 주로 흉부에 대해 시행되었다. 종합적 X선검사가 가능한 전국 각급 의료기관 126처에서 실시된 X선검사 건수 1,475,630건 중에서도 흉부는 72.73%로 압도적으로 많았다[26].
우리나라 영상의학관련 첫 논문은 1923년 조선의학회잡지에 일본인 스즈키 모토하루의 “폐결핵의 뢴트겐 검사에 대하여”라는 논문이다. 한국인의 영상의학 첫 눈문으로는 1934년에 스즈키와 공동저자로 이부현이 “경선결핵의 방사선치료에 대하여”을 만선지의계에 발표하였다. 조선의학잡지를 포함한 우리나라 초창기 의학전문 학회지에 실린 영상 의학분야 논문들은 결핵에 대한 내용 특히 흉부결핵에 대한 논문이 많은 부분을 차지하고 있다[23].
2. 컴퓨터단층촬영의 도입과 우리나라 흉부영상의학의 발전
흉부X선은 흉부질환의 강력한 진단 수단으로 입증되었고, 임상에서 폭넓게 사용하고 있다. X선사진에 이어 컴퓨터단층촬영(computed tomography, CT)의 발명으로 영상의학 분야는 또 한 번 획기적으로 발전하는 계기가 되었다. 흉부영상의학 분야에서 흉부X선과 흉부 CT는 가장 중요한 영상 기법이다.
Godfrey N. Hounsfield은 1972년 런던 Atkinson Morley’s 병원에 설치된 뇌 CT 스캐너에서 얻은 실제 환자의 뇌 CT 영상을 최초로 소개하였고, 이어서 1974년과 1975년에 본인의 복부 CT 영상(body image)을 발표하였다[27]. 1975년 1976년에 발표된 논문 들에서는 다른 장기 CT 영상에 더해서 흉부 CT 영상들을 일부 포함하고 있다[28,29]. 당시 축상(axial) CT 영상 1장을 만드는 데 5분 정도의 스캔 시간이 걸린다는 점을 고려할 때, 움직이는 흉부를 스캔하는 것은 다른 장기에 비해 상대적으로 덜 효과적일 것으로 예상되나 잠재력이 있었다. CT 기기가 발달하면서 CT 스캔 시간이 짧아지고 흉부 CT는 가장 늦게 발전하게 되었다. 따라서 1980년 초반부터 흉부 결핵에 대한 CT 연구들이 발표되기 시작하였다. 1981년에 발표한 논문에서, 흉부 결핵을 포함한 15명의 결핵 환자를 CT를 이용하여 진단 당시 질환의 정도를 평가하였다. 이 논문에서 CT는 1개의 축상영상을 위해 20초의 스캔 시간이 들었고, 그 두께는 13 mm였으며, 스캔 간격은 2 cm였고, 조영증강은 하지 않았다. 그럼에도 CT는 결핵의 정도를 비교적 쉽게 평가할 수 있게 해주며, 결핵이 진단 당시 일반적으로 인식되는 것보다 더 많이 퍼져 있다는 것을 보여준다고 결론을 내렸다[30].
우리나라는 1977년에 CT 기기가 최초로 도입되었다. CT 보급 초창기에는 두경부의 검사가 주종이었고, 흉부나 복부 CT 이용은 상대적으로 낮았다. 1980년대 중반 이후 CT 기기가 개선되면서 CT는 흉부 진단에 있어 중요한 위치를 차지하게 되었다. 따라서 우리나라의 흉부영상을 전공하는 의사들이 세계적인 저널 등에 그 연구 업적을 발표하기 시작하는 것은 1980년대 후반이었고, 연구들의 많은 부분은 CT 관련 연구들이었고 중심 주제는 결핵이었다. 1970년대 후반이후 각 병원에 CT가 설치되면서 CT 증례 토의 모임들이 생겼고 이는 대한영상의학회 내에 세부전공분야 연구회의 시작이 되었다. 1988년 우리나라 흉부영상의학을 전공하는 의사들이 모여 흉부방사선과학연구회를 만들었고, 이 연구회는 소속 의사들의 연구에 큰 동력이 되었다. 이후 흉부방사선과학연구회는 대한영상의학회 산하 대한흉부영상의학회로 정립되었다.
1987년 Im 등[31]은 Radiology에 종격동 결핵성 림프절염의 CT 소견을 발표하였고, 그 소견들 중 커진 림프절은 중심부 저음영 병소와 가장자리 조영증강을 보인다고 하였으며, 이는 결핵성 림프절염의 특징적인 소견으로 지금까지 많이 인용되고 있다. 1990년 Choe 등[32]은 Am J Roentgenol에 28예의 결핵성 기관지 협착증의 CT 소견을 보고하였다. 1993년 Lee 등[33]은 Am J Roentgenol에 성인에서 처음으로 발병한 폐결핵의 흉부X선사진과 CT 소견을 발표하였다. 1993년 Im 등[34]은 Radiology에 폐결핵의 CT 소견을 발표하였는데 활동성 폐결핵의 CT 소견들 중 하나로 나뭇가지발아 모양(tree-in-bud appearance)을 기술하여 돌풍을 일으켰으며, 현재까지도 수없이 인용되고 있다. 이 시기부터 우리나라 흉부영상의학을 전공하는 의사들이 세계적으로 흉부 CT 그리고 흉부 결핵에서의 역할이 시작되었다고 할 수 있다. 결핵에 관련된 연구업적들은 우리나라 흉부영상의학의 입지를 세계적으로 알리는 데 중요한 역할을 하였다. 이후 현재까지 우리나라 저자들에 의해 흉부 결핵 관련 다양한 논문들과 저서들이 보고되고 출간되고 있다.
결핵의 진단에서 흉부영상의학의 역할
활동성 폐결핵의 신속한 진단은 지역 사회의 추가 확산을 줄이기 위한 결핵 관리의 우선 순위이다. 결핵을 진단하기 위해서 병력, 신체 검진, 결핵 감염검사, 영상의학검사, 세균 검사, 그리고 필요한 경우 조직학적 검사 등을 시행하여 종합적으로 판단하여 진단하고 있다. 또한 의사는 환자의 증상이나 비정상적인 흉부X선사진을 보았을 때 결핵의 가능성을 고려해보는 것도 결핵을 놓치지 않고 진단하기 위한 중요한 방법이다.
우리나라 결핵 진료지침에서 흉부X선사진은 결핵의 유용한 진단 방법이지만, 흉부X선검사 단독으로 결핵을 진단하지 않는다. 흉부X선사진에서 결핵이 의심되는 병변이 있으면 가능한 과거에 시행한 흉부X선사진과 비교해 보아야 한다. 흉부X선검사에서 결핵이 의심되면 객담 결핵균 검사를 실시하여 결핵을 확진하도록 노력해야 한다고 하였다. 흉부 CT의 권고 요약을 보면 도말 음성 폐결핵의 경우 흉부X선 검사로 활동성 여부를 판단하기 어려울 때 흉부 CT를 고려한다. 결핵과 다른 원인질환의 감별이 어려울 경우 흉부 CT를 고려한다고 하였다[35]. 그러나 실제 임상에서 흉부X선사진과 흉부 CT는 훨씬 광범위하게 사용하고 있다. 특히 도말 음성 그리고 배양 음성 폐결핵을 진단할 때는 흉부X선사진 또는 흉부 CT에서 결핵을 추정하는 소견이 전제가 되므로 흉부X선사진과 흉부 CT 소견이 더욱 중요한 역할을 하게 된다.
흉부X선사진은 흉부 결핵이 의심되는 환자에서 시행되어야 할 가장 기본적인 검사이다. 결핵을 진단하는 데 흉부X선사진은 특이적이지는 않지만 매우 유용하다. 특히 질환이 임상적으로 명백하지 않은 경우에는 더욱 그렇다. 폐결핵 진단에 있어서 흉부X선사진은 최대 98%의 높은 민감도를 보이지만, 76%의 비교적 낮은 특이도를 보이며 판독자 사이에 상당한 변동성(inter-reader variability)을 보인다[36]. 흉부X선사진은 결핵이 의심되거나 입증된 폐결핵의 일차적인 평가를 위해서, 결핵을 발견하고 진단하며, 결핵 선별 도구로도 사용하며, 결핵 환자의 관리 및 후속 조치를 위한 필수 정보를 제공하고, 결핵 치료에 대한 평가를 위해 사용하고, 합병증을 진단하고 추적하기 위해서도 사용한다. 그러나 결핵이 있는 경우에도 흉부X선사진은 정상일 수 있으며, 흉부X선사진만으로 결핵을 독립적으로 진단하지는 않는다.
흉부 CT는 흉부X선사진이 정상이거나 결정적이지 않을 때 더욱 효과적인 진단 방법이다. 흉부 CT의 역할은 흉부X선사진이나 객담검사에서 결핵의 증거가 없는 경우에 결핵을 진단하기 위해, 다른 질병과의 감별진단을 위해, 결핵의 활동성을 평가하기위해, 결핵의 전염성을 평가하기 위해, 결핵 치료를 평가하기 위해, 합병증을 찾기 위해 등으로 요약할 수 있겠다.
2016년 WHO의 결핵 발견을 위한 흉부X선사진의 사용에 대한 권장 사항에서, 흉부X선사진은 결핵의 선별검사와 결핵을 발견하고 진단하기 위한 중요한 도구이며, WHO의 결핵 종식 목표를 달성하기 위한 필수적인 도구라고 하였다. WHO는 결핵 발견을 위해 흉부X선사진을 권장하지만, 흉부X선사진의 적절한 판독은 많은 지역에서 여전히 제한적이다[36].
영상의학은 CT, 자기공명영상(magnetic resonance imaging), 초음파기기, 디지털 X선촬영기기, 디지털 혈관촬영장치 등의 도입으로 빠르게 발전하였고 급속도로 디지털화되었다. 필름기반 X선사진은 신속하게 디지털 X선영상으로 전환되었다. 1990년대 이후 디지털 흉부X선사진 판독에 도움을 주기 위한 computer-aided diagnosis (CAD)가 개발되기 시작하였다. 더해서 2010년대 이후에는 디지털 흉부X선사진에서 결핵을 발견하고 진단하기 위한 인공지능(artificial intelligence) 관련 CAD에 대한 많은 연구들이 꾸준히 보고되고 있다[37-41]. 그중 한 논문에서 10개국의 비식별화된 데이터를 사용하여 활동성 폐결핵을 발견하도록 훈련된 딥러닝 시스템은 테스트 데이터 세트에서 9명의 영상의학과 의사들과 유사한 임상 성능을 보였다. 결론적으로 딥러닝 방법은 흉부X선사진에서 활동성 결핵을 판별하는 데 있어 영상의학과 의사들보다 열등하지 않았다[39]. CAD는 특히 흉부X선사진의 적절한 판독자가 없는 저소득 국가에서 결핵을 탐지하기 위한 수단이 될 수 있으며, 따라서 결핵 퇴치에 도움이 될 수 있을 것이다. 2021년 WHO의 결핵 검진지침(screening guideline)에서 결핵 선별검사가 권장되는 집단 중 15세 이상의 개인에서 결핵 선별 및 분류를 위해 외부검증으로 충분한 성능이 검증된 CAD 프로그램이 디지털 흉부X선사진을 분석하기위해 판독자 대신 사용할 수 있다고 하였다[42].
흉부X선영상은 결핵의 진단과 치료 과정 중 필수 도구이다. 흉부X선영상을 판독할 때는 결핵 유무 및 결핵의 활동성을 가능한 판단하여 보고하여야 한다. 그러나 흉부X선사진 판독은 판독자간 상당한 변동성이 있다. 이는 결핵 진단을 위한 인공지능 기반 CAD 프로그램이 의사들의 보조수단으로써 흉부X선사진 판독을 향상시킬 것으로 기대한다.
결론
결핵의 발생 빈도는 전 세계적으로 감소하는 추세이나 여전히 중요한 질병이다. WHO에서는 전 세계의 결핵 발생과 사망을 감소시키기 위한 노력을 기울이고 있으며 결핵을 종식시키는 것을 목표로 하고 있다.
X선의 발견과 흉부X선영상의 이용은 단기간 내에 결핵 진단 및 관리에 중대한 영향을 미쳤다. 결핵을 위한 흉부X선영상은 흥부X선과 흉부 CT를 주로 이용하며, 결핵의 선별, 진단, 치료 과정 중 필수적인 역할을 한다. 흉부영상은 오랜 기간 인류를 괴롭혀온 치명적인 결핵을 통제하고 제어하기 위해 사용되었으며, 결핵 종식을 위해 여전히 기여할 것이다.
Notes
Conflict of Interest
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
References
Peer Reviewers’ Commentary
이 논문은 결핵의 역사와 함께 흉부영상의학의 발달 과정 및 폐결핵에 대한 흉부영상의학의 역할에 대해 문헌을 토대로 정리한 논문이다. 결핵은 우리나라뿐만 아니라 세계적으로 주요 사망원인인 질환이다. 우리나라의 결핵은 많이 감소하였음에도 2021년 기준으로 OECD 가입국 중 결핵 발병률 1위에 사망률 3위로 여타 선진국에 비해서 여전히 높으며, 이를 줄이기 위한 지속적인 관심과 노력이 필요하다. 이 논문은 결핵의 역사적 통찰을 통해 인류가 결핵으로 인해 겪어 온 고통과 함께, 의학이 결핵을 극복해 온 과정을 정리하였다. 또한 결핵의 역사와 함께 X선의 발견과 함께 폐결핵의 진단 및 치료, 예방에 있어 흉부영상의학의 역할에 관해서도 일목요연하게 정리하고 있다. 이 논문은 결핵과 흉부 영상 의학의 역사적 통찰에서 나아가 인공지능을 이용한 computeraided diagnosis의 최신지견까지 소개하고 있어 세계보건기구가 노력하고 있는 결핵 종식의 길잡이에 도움이 될 것으로 판단된다.
[정리: 편집위원회]