선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 디지털 일반촬영 시스템에서 확대 촬영을 했을 때의 영향을 알아보기 위해 초점의 크기를 변화시키며 eDQE를 측정, 평가한 결과를 통해 최적의 확대 촬영 조건을 알아보고자 하였다.
- 1) 유효변조전달함수(effective modulation transfer function, eMTF): eMTF는 임상조건에서 피사체가 있을 경우, 영상 정보의 변조 능력을 나타내는 인자이다. 본 연구에서는 실제 임상 조건에서의 해상도 측정이 확대도와 초점 크기에 의한 영상의 흐림을 반영한다는 것을 감안하였다. 또한, 각 주파수들은 확대도에 의해 보정되었다.
- 5) Visual effect: 임상 진단에서 실제 영상을 분석하는 관찰자 입장에서 확대도의 효과를 육안으로 평가하였다. 본 연구에서는 결절을 묘사하는 plasticine 병변을 사용하여 확대도를 적용한 확대 촬영과 기존의 일반촬영 영상을 육안으로 평가하였다. 이를 위하여 인체 조직 등가 물질로 재구성된 장기들을 포함하고 있는 3 Dimensional Torso phantom (Model 602, CIRS, Inc)을 사용하였다.
- 이러한 확대 촬영의 효과에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 실제 임상 조건을 고려한 전체 시스템의 정량적인 평가에 관한 연구가 부족한 상태이다. 따라서 본 연구의 목적은 디지털일반촬영 시스템에서 확대 촬영의 영향을 알아보기 위해 검출기에 국한된 기존의 영상 시스템 화질 평가 기준인 DQE에서 확장된 개념인 eDQE를 이용하여 임상환경을 고려한 전체 영상 시스템의 영상화질 평가를 시행하였다.
제안 방법
- 1) 디지털 영상 시스템: 본 연구에서는 직접변환방식의 비정질셀레늄(a-Se)을 기반으로 한 디지털 X-선 검출기(FDXD1417, DRtech, Korea)를 사용하였다. 검출기 매트릭스 크기는 2,560×3,072이고 픽셀크기는 0.
- NEXT 팬텀을 검출기 표면에 위치시키고 8장의 white 영상을 얻어 영상의 중심 부분에 크기가 640×640이 되는 관심영역을 지정하였다.
- 획득된 beam stop array 영상의 중심부분에서 납이 있는 부분과 아크릴 부분 각각 4개의 지점에 10×10 픽셀의 관심영역을 지정하였다.
- 2) 유효잡음력스펙트럼(effective noise power spectrum, eNPS): eNPS는 검출기의 노이즈 특성을 반영하는 인자로, 영상 시스템에서 발생하는 신호의 불확실성과 부정확도를 공간주파수 상의 분포로 나타낸 것이다. 본 연구에서는 eNPS를 측정하여 확대도에 따른 노이즈 특성의 정량적인 평가를 위해 식 (3)을 이용하여 영상의 유효잡음력스펙트럼을 측정하였다.
- NEXT 팬텀을 검출기 표면에 위치시키고 8장의 white 영상을 얻어 영상의 중심 부분에 크기가 640×640이 되는 관심영역을 지정하였다. 전체 4,000,000 이상의 독립된 픽셀 값을 이용해 eNPS를 측정하였다. 각각의 관심영역은 총 16개의 세부 관심영역으로 나누었고, 각각의 세부 관심영역의 푸리에 변환을 총 8장의 영상에서 모두 평균을 내어 얻음으로써 eNPS 결과의 신뢰도를 높였다.
- 3) 산란율(scatter fraction, SF)과 투과율(transmission fraction, TF): SF 측정을 위해 아크릴 판에 beam stop array를 팬텀 표면에 부착하고 확대도 변화에 따라 각각 5장씩 영상을 획득하였다. 본 실험에서 사용된 beam stop array는 가로 41.
- 투과율을 평가하기 위해 검출기의 위치에서 이온챔버를 이용하여 선량을 측정하였다. 이 때 조사야는 이온챔버를 충분히 포함시킬 수 있는 크기로 고정을 한다.
- 정확한 측정을 위해 3번 측정 후 평균을 내었다. 그 후 X선 튜브와 검출기 사이의 1/3 위치에 NEXT 팬텀을 위치시킨 후 동일한 조건하에서 검출기 위치에서 선량을 3회 측정 후 평균을 내었고, 그 값을 이용 투과율을 계산했다.
- 5) Visual effect: 임상 진단에서 실제 영상을 분석하는 관찰자 입장에서 확대도의 효과를 육안으로 평가하였다. 본 연구에서는 결절을 묘사하는 plasticine 병변을 사용하여 확대도를 적용한 확대 촬영과 기존의 일반촬영 영상을 육안으로 평가하였다.
- Torso 팬텀 표면에 모의 병변을 부착하고, 실제 임상 촬영 조건에서 영상을 획득하였다. 병변의 경계 및 흐림 현상을 동일한 배율에서 관찰하기 위하여 일반촬영 영상을 모니터 상에서 2배 확대 하여 확대 촬영 영상과 비교하였다.
- 4b) 각각의 확대도에서 측정한 eDQE 곡선을 보여준다. 각각의 eDQE 곡선들은 가우시안 피팅을 수행했다. 소초점을 사용했을 때 주파수가 0일 때 eDQE 값은 확대도가 1.
대상 데이터
- 검출기 매트릭스 크기는 2,560×3,072이고 픽셀크기는 0.139×0.139 mm2이다.
- NEXT 팬텀은 25.40×25.40 cm2의 아크릴과 알루미늄 그리고 19.00 cm 두께의 air-gap으로 이루어졌으며, 표준성인 흉부에 대한 X선의 감약과 산란 조건을 갖추었다.
- a-Se의 경우 타 photoconductor 물질에 비해 X-선 민감도가 우수하며 대면적 증착이 용이하다. X-선 발생장치(E7239X, Toshiba, Japan)는 텅스텐 소재의 타겟을 포함하고 초점크기는 1.2 mm (대초점), 0.6 mm (소초점)이다.
- 2) 팬텀: 본 연구에서는 Food and Drug Administration (FDA)가 고안한 흉부 팬텀으로 Nationwide Evaluation of X-ray Trends (NEXT) 팬텀을 사용하였다(Fig. 1a). NEXT 팬텀은 25.
- 00 cm 두께의 air-gap으로 이루어졌으며, 표준성인 흉부에 대한 X선의 감약과 산란 조건을 갖추었다. 또한, 인체 조직 등가 물질로 재구성된 장기들을 포함하고 있는 Torso (Model 602, CIRS, USA) 팬텀을 사용하였다(Fig. 1b).
- 본 실험에서 사용된 beam stop array는 가로 41.7 cm, 세로 47.3 cm, 두께 6 mm의 아크릴판에 14×16개의 3 mm 지름의 납을 넣어 beam stop의 역할을 하도록 하였다.
- Edge device는 검출기의 픽셀 간의 거리보다 더 미세한 샘플링 간격을 가지는 ESF (edge spread function)를 획득하기 위해 검출기의 픽셀 매트릭스와 약간의 각도(2∼3°)를 두고 위치시킨다. 검출기 표면에 NEXT 팬텀을 위치시키고 노이즈에 의한 편차를 줄이기 위해 총 8장의 영상을 획득하였다. 또한 확대도에 따른 해상도의 변화를 측정하기 위해 확대도 1.
- 검출기 표면에 NEXT 팬텀을 위치시키고 노이즈에 의한 편차를 줄이기 위해 총 8장의 영상을 획득하였다. 또한 확대도에 따른 해상도의 변화를 측정하기 위해 확대도 1.2부터 2.0까지 팬텀의 위치를 이동시켜 가며 각각 8장의 영상을 얻었다. 임상에서 흉부 촬영 시 일반적으로 사용되는 평균노출조건(normal exposure level)에서의 영상을 얻기 위해 120 kVp와 3.
- 0까지 팬텀의 위치를 이동시켜 가며 각각 8장의 영상을 얻었다. 임상에서 흉부 촬영 시 일반적으로 사용되는 평균노출조건(normal exposure level)에서의 영상을 얻기 위해 120 kVp와 3.2 mAs의 X-선을 이용하였다. eMTF는 식 (1)∼(2)로 정의된다.
- 본 연구에서는 결절을 묘사하는 plasticine 병변을 사용하여 확대도를 적용한 확대 촬영과 기존의 일반촬영 영상을 육안으로 평가하였다. 이를 위하여 인체 조직 등가 물질로 재구성된 장기들을 포함하고 있는 3 Dimensional Torso phantom (Model 602, CIRS, Inc)을 사용하였다. Torso 팬텀 표면에 모의 병변을 부착하고, 실제 임상 촬영 조건에서 영상을 획득하였다.
- 이를 위하여 인체 조직 등가 물질로 재구성된 장기들을 포함하고 있는 3 Dimensional Torso phantom (Model 602, CIRS, Inc)을 사용하였다. Torso 팬텀 표면에 모의 병변을 부착하고, 실제 임상 촬영 조건에서 영상을 획득하였다. 병변의 경계 및 흐림 현상을 동일한 배율에서 관찰하기 위하여 일반촬영 영상을 모니터 상에서 2배 확대 하여 확대 촬영 영상과 비교하였다.
데이터처리
- 이 때 조사야는 이온챔버를 충분히 포함시킬 수 있는 크기로 고정을 한다. 정확한 측정을 위해 3번 측정 후 평균을 내었다. 그 후 X선 튜브와 검출기 사이의 1/3 위치에 NEXT 팬텀을 위치시킨 후 동일한 조건하에서 검출기 위치에서 선량을 3회 측정 후 평균을 내었고, 그 값을 이용 투과율을 계산했다.
성능/효과
- 초점의 크기에 따른 zero frequency에서의 eDQE 값의 변화는 크게 보이지 않았다. 그러나 대초점을 사용했을 경우, 소초점을 사용했을 때보다 저 주파수에서 고 주파수로 갈수록 eDQE가 급격하게 감소하는 것을 확인할 수있었다.
- 전체 4,000,000 이상의 독립된 픽셀 값을 이용해 eNPS를 측정하였다. 각각의 관심영역은 총 16개의 세부 관심영역으로 나누었고, 각각의 세부 관심영역의 푸리에 변환을 총 8장의 영상에서 모두 평균을 내어 얻음으로써 eNPS 결과의 신뢰도를 높였다.8)
- 납이 있는 부분의 영상의 픽셀 값과 아크릴 판만 있는 부분의 픽셀 값의 비를 통해 산란율을 계산할 수 있다.9) 총 5장의 영상에서의 SF를 평균 내어 오차를 줄였다.
- 26 lp/mm이었다. 대초점을 사용했을 때, eMTF의 값이 10%일 때의 공간주파수는 확대도가 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0일 때 각각 2.21, 1.66, 1.25, 0.93 그리고 0.73 lp/mm이었다. 소초점을 사용했을 때가 대초점을 사용했을 때보다 eMTF가 전체적으로 높다는 것을 확인할 수 있다.
- 73 lp/mm이었다. 소초점을 사용했을 때가 대초점을 사용했을 때보다 eMTF가 전체적으로 높다는 것을 확인할 수 있다. 확대도가 증가할수록 eMTF 값이 떨어지고, 대초점을 사용했을 때 확대도에 따른 eMTF의 감소폭이 더 크다는 것을알 수 있다.
- 소초점을 사용했을 때가 대초점을 사용했을 때보다 eMTF가 전체적으로 높다는 것을 확인할 수 있다. 확대도가 증가할수록 eMTF 값이 떨어지고, 대초점을 사용했을 때 확대도에 따른 eMTF의 감소폭이 더 크다는 것을알 수 있다.
- 3는 확대도에 따른 산란율을 보여준다. 산란율은 확대도가 1.2일 때 가장 높았고, 확대도가 증가할수록 산란율이 감소하는 것을 확인하였다.
- 각각의 eDQE 곡선들은 가우시안 피팅을 수행했다. 소초점을 사용했을 때 주파수가 0일 때 eDQE 값은 확대도가 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0일 때 각각 0.067, 0.061, 0.053, 0.052 그리고 0.040으로 확대도가 증가할수록 그 값이 감소하였다. 대초점을 사용했을 때 eDQE 값은 확대도가 1.
- 040으로 확대도가 증가할수록 그 값이 감소하였다. 대초점을 사용했을 때 eDQE 값은 확대도가 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0일 때 각각 0.067, 0.061, 0.052, 0.050 그리고 0.042로 확대도가 증가할수록 eDQE 값이 감소하는 것을알 수 있다. 초점의 크기에 따른 zero frequency에서의 eDQE 값의 변화는 크게 보이지 않았다.
- 5(b) 영상의 경우, Fig. 5(a) 영상보다 전반적으로 흐리지만, 병변의 전체적인 크기나 모양 등을 알기에 적합하다는 것을 확인할 수 있다.
- 확대도에 따른 eMTF의 경우 확대도가 커질수록 값이 주파수에 따른 eMTF 값이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 확대도가 증가하면 검출기가 가지고 있는 고유 해상도는 좋아지게 되지만, 이는 초점의 크기에 따른 흐림 현상에 의한 영향이 더욱 크기 때문에 전체적인 해상도는 떨어지게 된다.
- 대초점을 사용했을 때 eMTF의 감소 폭이 더욱 증가하는 것은 초점의 크기에 따른 흐림 현상에 의해서 해상도가 감소하였기 때문이다. 확대도가 증가할수록 SF는 감소하였고, 낮은 확대도의 경우 확대도 증가에 따라 SF 값이 더욱 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 확대 촬영의 경우 피사체와 검출기 사이에 air-gap이 생기게 되고, 확대도가 증가함에 따라 air-gap이 커지게 되면서 산란선이 감소하게 된다.
- 이는 확대 촬영의 경우 피사체와 검출기 사이에 air-gap이 생기게 되고, 확대도가 증가함에 따라 air-gap이 커지게 되면서 산란선이 감소하게 된다. 이렇게 임상 조건에서 측정한 eMTF, eNPS, SF, TF의 결과 값을 통해 도출한 eDQE 값은 확대도가 증가할수록 감소하는 결과를 보였다. 대초점을 사용하였을 때, 주파수가 증가함에 따라 eDQE의 감소가 더욱 큰 것을 확인할 수 있었다.
- 이렇게 임상 조건에서 측정한 eMTF, eNPS, SF, TF의 결과 값을 통해 도출한 eDQE 값은 확대도가 증가할수록 감소하는 결과를 보였다. 대초점을 사용하였을 때, 주파수가 증가함에 따라 eDQE의 감소가 더욱 큰 것을 확인할 수 있었다. Torso 팬텀에 결절을 모사하는 plasticine 모의 병변을 삽입하여 획득한 영상에서 확대 촬영한 영상이 기존의 일반촬영 영상보다 전체적인 병변의 크기나 모양의 가시성이 높다는 것을 확인할 수 있 었다.
- 대초점을 사용하였을 때, 주파수가 증가함에 따라 eDQE의 감소가 더욱 큰 것을 확인할 수 있었다. Torso 팬텀에 결절을 모사하는 plasticine 모의 병변을 삽입하여 획득한 영상에서 확대 촬영한 영상이 기존의 일반촬영 영상보다 전체적인 병변의 크기나 모양의 가시성이 높다는 것을 확인할 수 있 었다. 이는 확대도가 증가함에 따라 air-gap 효과에 의해 산란선의 양이 줄어들기 때문에 영상 대조도가 높아졌기 때문이다.
후속연구
- 따라서 임상 환경에서 확대 촬영 시 초점의 크기, 확대도 등의 여러 파라미터를 알맞게 설정한다면 영상 화질을 높이는데 도움이 될 수 있을 것이라 기대한다. 향후 병변의 종류에 따른 확대 촬영을 정량적으로 평가해봄으로써 본 연구의 신뢰도를 높일 수 있을 것이다.
- 따라서 임상 환경에서 확대 촬영 시 초점의 크기, 확대도 등의 여러 파라미터를 알맞게 설정한다면 영상 화질을 높이는데 도움이 될 수 있을 것이라 기대한다. 향후 병변의 종류에 따른 확대 촬영을 정량적으로 평가해봄으로써 본 연구의 신뢰도를 높일 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.