Digital Radiography(DR) 시스템은 임상현장에서 아날로그 시스템을 대체하고 널리 이용되고 있다. DR을 이용하여 얻어진 X선 영상의 해상력을 결정짓는 요소에는 이용되는 검출기의 고유 해상력, 피사체의 대조도 및 특성, X선 선질, X선원의 산란, DR 검출기의 성능, X선 변환효율 및 초점의 크기, 피사체의 움직임 등이 있다. DR 검출기를 구성하는 요소에는 X선 포획 요소, 커플링 요소, 정보수집 요소가 있는데 이들은 시스템의 성능에 영향을 미치며, 그 성능은 해상력으로 평가된다. 의료영상 시스템의 해상력은 촬영대상물의 조직 간의 해부학적 영상을 구분하는 능력을 나타낸다. 해상력 평가를 위해 Modulation Transfer Function(MTF)이 보편적으로 이용되고, MTF는 입력 공간주파수 성분에 대한 출력 공간주파수 성분의 비를 나타내는데, 수학적으로 MTF는 Point Spread Function(PSF) 입력에 대한 시스템의 주파수 응답이며 Edge Phantom을 이용한 결과 영상에서 추출된 Line Spread Function(LSF)을 Fourier Transform하면 얻을 수 있다. 일반적으로 임상현장에서 의료영상시스템의 이용 및 관리의 책임은 방사선사가 맡고 있지만, MTF를 측정하기 위해서는 공학적, 수학적 기초 및 C, Fortran, Matlab등의 프로그램 작성 능력이 필요하기 때문에 비 공학도는 정확한 측정이 불가능하다. 의료영상 시스템의 성능 관리 및 최상의 상태를 유지하기 위해 시스템의 성능평가가 이뤄져야 하는데, 이를 위해 본 연구에서는 비공학도가 해상력 성능평가를 할수 있도록 ImageJ 및 Excel을 이용하여 해상력 평가를 할 수 있도록 방법을 제시하고, 제안된 방법을 이용해 계산된 결과와 프로그래밍을 이용해 계산된 결과의 비교를 통해 본 논문에서 제시하는 방법의 유용성을 확인하였다.
Digital Radiography(DR) 시스템은 임상현장에서 아날로그 시스템을 대체하고 널리 이용되고 있다. DR을 이용하여 얻어진 X선 영상의 해상력을 결정짓는 요소에는 이용되는 검출기의 고유 해상력, 피사체의 대조도 및 특성, X선 선질, X선원의 산란, DR 검출기의 성능, X선 변환효율 및 초점의 크기, 피사체의 움직임 등이 있다. DR 검출기를 구성하는 요소에는 X선 포획 요소, 커플링 요소, 정보수집 요소가 있는데 이들은 시스템의 성능에 영향을 미치며, 그 성능은 해상력으로 평가된다. 의료영상 시스템의 해상력은 촬영대상물의 조직 간의 해부학적 영상을 구분하는 능력을 나타낸다. 해상력 평가를 위해 Modulation Transfer Function(MTF)이 보편적으로 이용되고, MTF는 입력 공간주파수 성분에 대한 출력 공간주파수 성분의 비를 나타내는데, 수학적으로 MTF는 Point Spread Function(PSF) 입력에 대한 시스템의 주파수 응답이며 Edge Phantom을 이용한 결과 영상에서 추출된 Line Spread Function(LSF)을 Fourier Transform하면 얻을 수 있다. 일반적으로 임상현장에서 의료영상시스템의 이용 및 관리의 책임은 방사선사가 맡고 있지만, MTF를 측정하기 위해서는 공학적, 수학적 기초 및 C, Fortran, Matlab등의 프로그램 작성 능력이 필요하기 때문에 비 공학도는 정확한 측정이 불가능하다. 의료영상 시스템의 성능 관리 및 최상의 상태를 유지하기 위해 시스템의 성능평가가 이뤄져야 하는데, 이를 위해 본 연구에서는 비공학도가 해상력 성능평가를 할수 있도록 ImageJ 및 Excel을 이용하여 해상력 평가를 할 수 있도록 방법을 제시하고, 제안된 방법을 이용해 계산된 결과와 프로그래밍을 이용해 계산된 결과의 비교를 통해 본 논문에서 제시하는 방법의 유용성을 확인하였다.
Nowadays, digital Radiography (DR) systems are widely used in clinical sites and substitute the analog-film x-ray imaging systems. The resolution of DR images depends on several factors such as characteristic contrast and motion of the object, the focal spot size and the quality of x-ray beam, x-ray...
Nowadays, digital Radiography (DR) systems are widely used in clinical sites and substitute the analog-film x-ray imaging systems. The resolution of DR images depends on several factors such as characteristic contrast and motion of the object, the focal spot size and the quality of x-ray beam, x-ray scattering, the performance of the DR detector (x-ray conversion efficiency, the intrinsic resolution). The DR detector is composed of an x-ray capturing element, a coupling element and a collecting element, which systematically affect the system resolution. Generally speaking, the resolution of a medical imaging system is the discrimination ability of anatomical structures. Modulation transfer function (MTF) is widely used for the quantification of the resolution performance for an imaging system. MTF is defined as the frequency response of the imaging system to the input of a point spread function and can be obtained by doing Fourier transform of a line spread function, which is extracted from a test image. In clinic, radiologic technologists, who are in charge of system maintenance and quality control, have to evaluate or make routine check on their imaging system. However, it is not an easy task for the radiologic technologists to measure MTF accurately due to lack of their engineering and mathematical backgrounds. The objective of this study is to develop and provide for radiologic technologists a medical system imaging evaluation tool, so that they can measure and quantify system performance easily.
Nowadays, digital Radiography (DR) systems are widely used in clinical sites and substitute the analog-film x-ray imaging systems. The resolution of DR images depends on several factors such as characteristic contrast and motion of the object, the focal spot size and the quality of x-ray beam, x-ray scattering, the performance of the DR detector (x-ray conversion efficiency, the intrinsic resolution). The DR detector is composed of an x-ray capturing element, a coupling element and a collecting element, which systematically affect the system resolution. Generally speaking, the resolution of a medical imaging system is the discrimination ability of anatomical structures. Modulation transfer function (MTF) is widely used for the quantification of the resolution performance for an imaging system. MTF is defined as the frequency response of the imaging system to the input of a point spread function and can be obtained by doing Fourier transform of a line spread function, which is extracted from a test image. In clinic, radiologic technologists, who are in charge of system maintenance and quality control, have to evaluate or make routine check on their imaging system. However, it is not an easy task for the radiologic technologists to measure MTF accurately due to lack of their engineering and mathematical backgrounds. The objective of this study is to develop and provide for radiologic technologists a medical system imaging evaluation tool, so that they can measure and quantify system performance easily.
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문제 정의
8에서 공통적으로 나타나는 현상인 공간주파수 0에서의 MTF 값과 다음 주파수 성분값에서의 불 연속적인 값의 차이는 LSF의 Baseline Correction이 충분치 않음을 보여주고 있는데 이 문제를 해결하기 위해서는 추가적인 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구를 통하여 시스템의 성능 평가 및 관리를 위해 기본적으로 요구되는 성능지표 중 해상력을 ImageJ 와 EXCEL을 이용하여 쉽게 평가할 수 있는 방법을 제시하고 유효성을 확인하였다.
신호대 잡음비의 경우 기준 팬텀을 이용한 단순 측정만으로도 측정이 가능하지만, 해상력 평가의 경우에는 수학적인 배경 및 프로그래밍 능력이 요구되는데 임상중심적인 교육을 바탕으로 임상현장에서 근무하고 있는 대다수 방사선사들에게는 쉽게 접근하기가 어려운 측정이다. 이를 위해 본 연구에서는 쉽게 이용가능한 프로그램을 통해 MTF의 측정 및 해상력을 평가할수 있는 방법을 제시하고자 한다. 시스템의 해상력 평가를 위해 MTF 측정이 요구되는데, IEC 62220-1에서 제시하는 Edge를 이용한 평가법을 사용하여 프로그래밍 언어를 배우지 않은 상태에서 MTF를 측정할 수 있도록 하였다.
. 이번 연구에서는 표준으로 사용하는 평가방법인 Edge를 이용한 평가법과 IEC의 규정 평가방법을 사용하여 프로그래밍 언어를 배우지 않은 비공학 전공 학생들이 MTF를 측정할 수 있도록 Excel과 Image J를 이용하여 간단하게 MTF를 측정하는 방법을 연구하였다.
제안 방법
1과 같이 X선관의 초점과 Image Plate(IP) Cassette까지의 거리를 150 cm로 설정하고, IEC62220-1의 RQA5로 정의된 선질의 X선을 이용하기 위해 콜리메이터 하단에 AL판 21 mm를 부착하였다. X선 발생장치는 Listem Progen 650R를 사용하였고 Image Plate(IP) 위에 IEC62220-1에서 정의된 Standard Edge Phantom을 놓고 X선관과 수직이 되게 하여 촬영하였다. 이 때 Image Plate 는 Kodak사의 10″×12″ size 를 이용하였고 CR 현상기는 Kodak사의 DirectView Vita CR을 사용하였다.
이를 위해 본 연구에서는 쉽게 이용가능한 프로그램을 통해 MTF의 측정 및 해상력을 평가할수 있는 방법을 제시하고자 한다. 시스템의 해상력 평가를 위해 MTF 측정이 요구되는데, IEC 62220-1에서 제시하는 Edge를 이용한 평가법을 사용하여 프로그래밍 언어를 배우지 않은 상태에서 MTF를 측정할 수 있도록 하였다. 영상을 획득한 후 Image J로 영상의 잡음을 감소시킨 평균 ESF Data를 획득하고 EXCEL을 이용하여 미분 및 Fourier 변환한후 MTF 측정을 하였다.
해상력 평가를 위해 Modulation Transfer Function(MTF)이 보편적으로 이용되고, MTF는 입력 공간주파수 성분에 대한 출력 공간주파수 성분의 비를 나타내는데, 수학적으로 MTF는 Point Spread Fuction 입력에 대한 시스템의 주파수 응답이며 결과 영상을 Fourier Transform하면 얻을 수 있다5). 시스템의 해상력은 영상을 획득한 후 MTF를 이용하여 평가하게 된다. 이 때, Focal Spot에 의한 번짐을 최소화하기 위해 Test Object와 검출기를 밀착하고, X선원과 검출기 간의 거리를 최대로 하여 영상을 획득하여야 한다.
시스템의 해상력 평가를 위해 MTF 측정이 요구되는데, IEC 62220-1에서 제시하는 Edge를 이용한 평가법을 사용하여 프로그래밍 언어를 배우지 않은 상태에서 MTF를 측정할 수 있도록 하였다. 영상을 획득한 후 Image J로 영상의 잡음을 감소시킨 평균 ESF Data를 획득하고 EXCEL을 이용하여 미분 및 Fourier 변환한후 MTF 측정을 하였다. 측정된 MTF 값이 0.
3와 같이 X선원과 검출기까지의 거리를 150cm로 설정한 후 IP위에 Standard Phantom을 놓고 조사야의 중심에 맞춰 영상을 획득한다. 이때 Phantom 및 IP 위치는 Listem Progen 650R의 X선원과 Table 윗면의 거리가 충분치 않기 때문에 실험실 바닥에 위치시켜 150 cm를 확보하였고, IP는 바닥면에서 발생할 수 있는 산란선의 영향을 최소화하기 위해 1mm의 두께의 납판위에 위치시켰다. 조사야의 크기는 바닥면 납판의 크기를 넘지않고 Edge Phantom을 촬영할수 있도록 fig.
조사야의 크기는 바닥면 납판의 크기를 넘지않고 Edge Phantom을 촬영할수 있도록 fig. 4와같이 맞추고 관전압 70 kVp, 관전류 8 mAs의 촬영조건을 이용하여 촬영하였다.
획득한 영상을 이용하여 MTF를 구하기 위해서는 fig. 2의 Flow Chart와 같이 영상촬영을 하여 얻은 영상을 Image J를 이용하여 fig. 5와 같이 텅스텐 판을 놓은 부분과 Background 부분을 측정 영역으로 선택하고, 메뉴의 Analyze/Plot profile을 이용하여 측정영역의 ESF의 평균값을 구한 후 저장한다.
대상 데이터
이 때, Focal Spot에 의한 번짐을 최소화하기 위해 Test Object와 검출기를 밀착하고, X선원과 검출기 간의 거리를 최대로 하여 영상을 획득하여야 한다. MTF를 이용하여 시스템의 선예도를 평가하기위해 해상력을 나타낼 수 있는 Bar Pattern, Slit, Edge 팬텀이 이용된다. 이 방법들의 장단점을 살펴보면,
MTF를 측정을 하기 위해 영상을 얻어야 하는데, 영상 획득을 위한 촬영 설정은 fig. 1과 같이 X선관의 초점과 Image Plate(IP) Cassette까지의 거리를 150 cm로 설정하고, IEC62220-1의 RQA5로 정의된 선질의 X선을 이용하기 위해 콜리메이터 하단에 AL판 21 mm를 부착하였다. X선 발생장치는 Listem Progen 650R를 사용하였고 Image Plate(IP) 위에 IEC62220-1에서 정의된 Standard Edge Phantom을 놓고 X선관과 수직이 되게 하여 촬영하였다.
fig. 3와 같이 X선원과 검출기까지의 거리를 150cm로 설정한 후 IP위에 Standard Phantom을 놓고 조사야의 중심에 맞춰 영상을 획득한다. 이때 Phantom 및 IP 위치는 Listem Progen 650R의 X선원과 Table 윗면의 거리가 충분치 않기 때문에 실험실 바닥에 위치시켜 150 cm를 확보하였고, IP는 바닥면에서 발생할 수 있는 산란선의 영향을 최소화하기 위해 1mm의 두께의 납판위에 위치시켰다.
이 때 Image Plate 는 Kodak사의 10″×12″ size 를 이용하였고 CR 현상기는 Kodak사의 DirectView Vita CR을 사용하였다.
데이터처리
영상을 획득한 후 Image J로 영상의 잡음을 감소시킨 평균 ESF Data를 획득하고 EXCEL을 이용하여 미분 및 Fourier 변환한후 MTF 측정을 하였다. 측정된 MTF 값이 0.1인 지점의 공간주파수 값(lp/mm)이 시스템의 해상력으로 정의되는데, 이번 실험에서 사용한 MTF 측정법의 유용성 및 정확성을 확인하기 위해 MatlabR2012A (Mathworks, Natick, Massachusetts, U.S.A.)을 사용하여 MTF를 측정하고 본 연구에서 제안한 방법을 이용한 MTF 측정값을 비교하였다. MATLAB을 이용하여 측정한 값을 이용한 그래프와 본 연구에서 측정한 MTF값을 비교해 본 결과, fig.
성능/효과
135 lp/mm 가 나온 것을 볼 수 있다. Image J 와 EXCEL을 사용한 MTF 측정방법과 MATLAB을 이용한 MTF 측정방법간의 차이는 0.015로서 무시할만한 오차를 보였으며, Image J와 Excel을 이용한 MTF 측정방법의 유효성을 확인하였다. fig.
)을 사용하여 MTF를 측정하고 본 연구에서 제안한 방법을 이용한 MTF 측정값을 비교하였다. MATLAB을 이용하여 측정한 값을 이용한 그래프와 본 연구에서 측정한 MTF값을 비교해 본 결과, fig. 8의 EXCEL을 이용하여 측정한 MTF 그래프를 보면 MTF=0.1 일 때 2.15 lp/mm의 시스템 해상력을 구할수 있었고 fig. 9의 MATLAB을 사용한 MTF 프로그램의 결과 MTF 그래프를 보면 MTF=0.1 일 때 2.135 lp/mm 가 나온 것을 볼 수 있다. Image J 와 EXCEL을 사용한 MTF 측정방법과 MATLAB을 이용한 MTF 측정방법간의 차이는 0.
후속연구
015로서 무시할만한 오차를 보였으며, Image J와 Excel을 이용한 MTF 측정방법의 유효성을 확인하였다. fig. 7과 fig. 8에서 공통적으로 나타나는 현상인 공간주파수 0에서의 MTF 값과 다음 주파수 성분값에서의 불 연속적인 값의 차이는 LSF의 Baseline Correction이 충분치 않음을 보여주고 있는데 이 문제를 해결하기 위해서는 추가적인 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구를 통하여 시스템의 성능 평가 및 관리를 위해 기본적으로 요구되는 성능지표 중 해상력을 ImageJ 와 EXCEL을 이용하여 쉽게 평가할 수 있는 방법을 제시하고 유효성을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
의료영상 시스템의 해상력은 무엇인가?
DR 검출기를 구성하는 요소에는 X선 포획 요소, 커플링 요소, 정보수집 요소가 있는데 이들은 시스템의 성능에 영향을 미치며, 그 성능은 해상력으로 평가된다. 의료영상 시스템의 해상력은 촬영대상물의 조직 간의 해부학적 영상을 구분하는 능력을 나타낸다. 해상력 평가를 위해 Modulation Transfer Function(MTF)이 보편적으로 이용되고, MTF는 입력 공간주파수 성분에 대한 출력 공간주파수 성분의 비를 나타내는데, 수학적으로 MTF는 Point Spread Function(PSF) 입력에 대한 시스템의 주파수 응답이며 Edge Phantom을 이용한 결과 영상에서 추출된 Line Spread Function(LSF)을 Fourier Transform하면 얻을 수 있다.
Digital Radiography을 이용하여 얻어진 X선 영상의 해상력을 결정짓는 요소에는 무엇이 있는가?
Digital Radiography(DR) 시스템은 임상현장에서 아날로그 시스템을 대체하고 널리 이용되고 있다. DR을 이용하여 얻어진 X선 영상의 해상력을 결정짓는 요소에는 이용되는 검출기의 고유 해상력, 피사체의 대조도 및 특성, X선 선질, X선원의 산란, DR 검출기의 성능, X선 변환효율 및 초점의 크기, 피사체의 움직임 등이 있다. DR 검출기를 구성하는 요소에는 X선 포획 요소, 커플링 요소, 정보수집 요소가 있는데 이들은 시스템의 성능에 영향을 미치며, 그 성능은 해상력으로 평가된다.
DR 검출기를 구성하는 요소에는 무엇이 있는가?
DR을 이용하여 얻어진 X선 영상의 해상력을 결정짓는 요소에는 이용되는 검출기의 고유 해상력, 피사체의 대조도 및 특성, X선 선질, X선원의 산란, DR 검출기의 성능, X선 변환효율 및 초점의 크기, 피사체의 움직임 등이 있다. DR 검출기를 구성하는 요소에는 X선 포획 요소, 커플링 요소, 정보수집 요소가 있는데 이들은 시스템의 성능에 영향을 미치며, 그 성능은 해상력으로 평가된다. 의료영상 시스템의 해상력은 촬영대상물의 조직 간의 해부학적 영상을 구분하는 능력을 나타낸다.
참고문헌 (15)
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Rossmann K.: Point spread-function, line spread function, and modulation transfer function: tools for the study of imaging systems, Radiology, 93, 257-272, 1969
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Samei E, Flynn MJ, Reimann DA.: A method for measuring the presampled MTF of digital radiographic systems using an edge test device, Med. Phys., 25, 102-113, 1998
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International Electrotechnical Commission: Medical electrical equipment: characteristics of digital x-ray imaging devices. I. Determination of the detective quantum efficiency. Publication no. IEC 62220-1. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission, 2003
김정민, 정회원, 민정환, 임은경: 디지털 의료영상에서 슬릿법에 의한 Modulation Transfer Function의 보정 방법, 방사선기술과학회지, 29(3), 133-139, 2006
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