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.

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.