Digital Radiography(DR)는 film/screen(F/S)과 비교하여 넓은 계조와 높은 Detective Quantum Efficiency(DQE), Modulation Transfer function(MTF)를 바탕으로 화질의 개선과 저 선량으로 검사가 가능할 것으로 예상됐지만 기대와는 다르게 과노출이 Signal to Noise Ratio(SNR)향상을 가져 오면서 환자 피폭선량의 증가를 가져오게 되었으며 이는 Dose Creep이라는 개념으로 설명 된다. DR에서의 선량 증가 이유는 F/S의 촬영에서 사용했던 관전압(kVp)을 고정 적용하여 Auto Exposure Control(AEC)를 사용하기 때문에 과노출을 유발 할 수 있다. 이에 본 논문은 DR에서 적합한 일반촬영 방법을 제안하고자 관전압이 대조도에 주는 영향, 관전류(mA)변화에 따른 MTF 측정, 머리 모형을 촬영한 영상의 Peak Signal to Noise Ratio(PSNR) 측정을 통해 정량적 평가를 시행 하였다. 그 결과 관전압에 의한 대조도 변화는 후보정 이후 개선이 가능하며, 관전류에 의한 MTF 측정 결과 50%영역은 1.41~1.39 lp/mm, 10% 영역은 3.19~2.8 lp/mm로 관전류 변화에 따른 초점크기 변화는 영상의 해상력에 영향을 주지 않는다. 영상의 PSNR측정 결과는 관전압과 관전류가 증가 하여도 90kVp를 제외하고 30dB 이상으로 시각에 의한 영상의 차이를 인지하기 어렵다. 실험결과를 바탕으로 디지털 일반촬영에서 관전압은 80kVp 이상 100kVp이하, 관전류는 선예도와 상관 관계가 없으므로 선량과 조사시간을 단축 시킬 수 있는 방향으로 사용하기를 제안한다.
Digital Radiography(DR)는 film/screen(F/S)과 비교하여 넓은 계조와 높은 Detective Quantum Efficiency(DQE), Modulation Transfer function(MTF)를 바탕으로 화질의 개선과 저 선량으로 검사가 가능할 것으로 예상됐지만 기대와는 다르게 과노출이 Signal to Noise Ratio(SNR)향상을 가져 오면서 환자 피폭선량의 증가를 가져오게 되었으며 이는 Dose Creep이라는 개념으로 설명 된다. DR에서의 선량 증가 이유는 F/S의 촬영에서 사용했던 관전압(kVp)을 고정 적용하여 Auto Exposure Control(AEC)를 사용하기 때문에 과노출을 유발 할 수 있다. 이에 본 논문은 DR에서 적합한 일반촬영 방법을 제안하고자 관전압이 대조도에 주는 영향, 관전류(mA)변화에 따른 MTF 측정, 머리 모형을 촬영한 영상의 Peak Signal to Noise Ratio(PSNR) 측정을 통해 정량적 평가를 시행 하였다. 그 결과 관전압에 의한 대조도 변화는 후보정 이후 개선이 가능하며, 관전류에 의한 MTF 측정 결과 50%영역은 1.41~1.39 lp/mm, 10% 영역은 3.19~2.8 lp/mm로 관전류 변화에 따른 초점크기 변화는 영상의 해상력에 영향을 주지 않는다. 영상의 PSNR측정 결과는 관전압과 관전류가 증가 하여도 90kVp를 제외하고 30dB 이상으로 시각에 의한 영상의 차이를 인지하기 어렵다. 실험결과를 바탕으로 디지털 일반촬영에서 관전압은 80kVp 이상 100kVp이하, 관전류는 선예도와 상관 관계가 없으므로 선량과 조사시간을 단축 시킬 수 있는 방향으로 사용하기를 제안한다.
Digital Radiography (DR) has improved a quality of resolution based on a wide dynamic range, high detective quantum efficiency (DQE), and modulation transfer function (MTF), compared with film/screen(F/s). Unlike expectation that a low level of radiation can be used in examination, high level of sig...
Digital Radiography (DR) has improved a quality of resolution based on a wide dynamic range, high detective quantum efficiency (DQE), and modulation transfer function (MTF), compared with film/screen(F/s). Unlike expectation that a low level of radiation can be used in examination, high level of signal to noise ratio(SNR) due to over-exposure caused increase of exposed dose to patients. Also, the auto exposure control (AEC) using Kilovolage(kVp) in F/S can cause over-exposure. Hence, in this study, we proposed a proper method for using DR, in which effect of tubing Kilovolage on device's image, DR MTF measurement with changes of tubing current (mA), and the quantitative evaluation of skull phantom captured images' PSNR were evaluated. Changes of contrast with tubing Kilovolage can be improved by retouching, and MTF changes according to tubing current(1.41~1.39 lp/mm in 50% area, and 3.19~2.8 lp/mm in 10% area) does not influence on resolution of image. As a result, high tubing Kilovoltage, and tubing current will be suitable to use of DR.
Digital Radiography (DR) has improved a quality of resolution based on a wide dynamic range, high detective quantum efficiency (DQE), and modulation transfer function (MTF), compared with film/screen(F/s). Unlike expectation that a low level of radiation can be used in examination, high level of signal to noise ratio(SNR) due to over-exposure caused increase of exposed dose to patients. Also, the auto exposure control (AEC) using Kilovolage(kVp) in F/S can cause over-exposure. Hence, in this study, we proposed a proper method for using DR, in which effect of tubing Kilovolage on device's image, DR MTF measurement with changes of tubing current (mA), and the quantitative evaluation of skull phantom captured images' PSNR were evaluated. Changes of contrast with tubing Kilovolage can be improved by retouching, and MTF changes according to tubing current(1.41~1.39 lp/mm in 50% area, and 3.19~2.8 lp/mm in 10% area) does not influence on resolution of image. As a result, high tubing Kilovoltage, and tubing current will be suitable to use of DR.
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문제 정의
영상의 질을 결정하는 인자 중 선예도를 평가하는 방법 중의 하나가 변조전달함수 (MTF)이며, 응답함수라고도 한다. 시스템에 여러 가지 주파수의 정현파를 입력하고 그 출력정현파의 입력정현파의 진폭에 대해서 어떻게 변하는가를 입력하고 출력 정현파의 진폭 비로 평가하는 것을 말한다. 식으로 나타내면 다음과 같다.
제안 방법
(2) 촬영조건: Manual (AEC적용 했던 촬영조건 사용) head phantom image를 얻을 때 사용했던 조건을 Manual로 선량계에 exposure하여 조사선량 수치를 기록했다.
(3) 촬영조건 : 70∼100kVp 10kV씩 증가시켜 촬영하였다.
(4) head phantom을 detector 중앙에 위치시키고, 조건의 변화를 주어 촬영된 영상을 image J를 이용하여 PSNR을 측정 하였다.
(4) step wedge를 detector의 장축방향으로 위치시킨 후 10kVp씩 조건변화를 시켜 촬영하고 영상을 image J를 이용하여 step wedge중앙을 text file로 변환시켜 microsoft excel에서 그래프를 그려냈다.
F/S을 사용하여 일반촬영 영상을 획득하는 과정에서 관전압은 투과력에 의한 대조도차이를 영상에 투영한다. 그래서 두께가 얇은 부위, 고 대조도가 필요한 부위는 저 관전압을 두꺼운 부위나 저 대조도가 필요한 부위는 고 관전압을 인가하여 영상을 획득하였다.
본 논문에서는 기존 논문에서 제안하는 AEC를 사용하는 장비에서 관전압을 상승시켜 촬영하는 방법을[3] 적용 시켜보고, 관전류 증가에 따른 Modulation Transfer function(MTF)측정, F/S protocol의 관전압을 적용한 영상과 관전압을 단계적으로 상승시켜 촬영한 영상을 비교하고 그동안 시각적인 평가에 의존하던 영상평가를 Peak signal to noise ratio(PSNR)의 정량 평가 방법을 사용하여 객관적인 영상 평가를 시행 하였다.
촬영된 DICOM(Digital Image and Communications in Medicine) image를 Matlab S/W를 이용하여 MTF를 측정하였다.
대상 데이터
(2) 촬영조건 : IEC61267에서[8] 제정된 4종류의선질 중 RQA5를 이용하였다
데이터처리
주로 영상 또는 동영상 손실 압축에서 화질 손실 정보를 평가할 때 사용된다. 최대 신호 대 잡음비는 신호의 전력에 대한 고려 없이 평균제곱 오차를 이용해서 계산 할 수 있다.
성능/효과
본 논문의 실험결과는 관전압이 대조도에 주는 영향은 후보정에 의해 촬영 부위에 적합한 영상정보를 기록하는데 문제가 없으며, 영상의 선예도는 보편적으로 알려진 관전류에 의한 영향보다는 detector 성능에 좌우된다. 이는 DR을 이용한 일반 촬영에서 관전압, 관전류는 영상을 형성하는 과정에서 X-ray를 발생 시키는 중요 인자이지만 영상획득과 후처리는 Detector와 장비사의 영상처리 과정을 통하여 final 영상을 결정 짓게 되므로, film을 사용하는 영상획득 과정에서의 영향력을 주지 않는다.
DR 장비에서는 상기 두 가지 인자가 영상에 주는 영향이 F/S에 비해 적다. 본 실험 결과에 의하면 영상획득 부위의 성능과 장비사에서 제공하는 영상처리 과정을 통해서 충분히 보상이 가능하다는 점이다. 그렇다면 환자의 선량을 최소화 하면서 영상의 손실이 적은 촬영법을 위해 관전압과 관전류의 설정을 변화시키는 것이 가능하다.
그림 4는 관전류를 200mA(소초점), 500mA(대초점), 관전압을 10kVp씩 증가하여 촬영한 실제 영상이다. 전반적으로 관전압이 상승 할수록 PSNR 측정치가 감소되는 추세를 보이며, 70kVp 200mA(Small focus) 기준으로 비교하여 전 영역 30dB을 넘는 결과를 얻었다.(표 4)(그림 5)
70kVp를 기준으로 하여 관전압이 증가할수록 조사선량 측정치는 감소하는 추세를 보인다. 특정 관전압에서 급감소하는 추세는 보이지 않으며, 100kVp 일때 최대 49.3% 선량 감소를 보였다
후속연구
따라서 AEC를 사용하는 디지털 일반촬영 환경에서 화질의 저하 없이 선량을 줄일 수 있는 방법은 촬영 부위마다 다르게 적용해야 하겠지만 관전압은 80kVp∼100kVp, 관전류는 선예도에 주는 영향이 없으므로 현재 설정된 관전류(mA)를 유동적으로 촬영 목적에 맞춰 사용 할 것을 제안한다.
본 연구에서는 skull 한 부위만을 실험 했기에 더 많은 자료가 필요하며, 디지털 일반촬영 영상의 화질관리 항목의 체계화가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
X-ray를 이용한 일반촬영의 방식 변화에 따라 기대한 효과와 기대와 다르게 발생한 문제점은?
X-ray를 이용한 일반촬영은 film/screen(F/S)에서 Digital Radiography(DR)로 변화 하면서 화질의 향상과 더불어 환자 피폭선량 감소 효과를 기대했으나, Dose Creep현상으로 피폭선량의 증가 되는 현상이 발생하고 있다.[1] 또한 Auto Exposure Control(AEC)를 사용하는 DR환경에서는 computer radiography(CR)의 사용 환경의 의도적인 선량증가와는 다른 형태로 피폭선량이 증가하게 된다.
관전압과 파장의 상관관계는?
관전압을 증가시키면 파장이 짧아지며 X선의 총에너지는 관전압의 제곱에 비례하여 증가한다. 관전압이 증가하면 선질은 경선이 되며, X선의 투과율이 좋아져서 image의 농도와 대조도에 관계가 있게 된다.
Auto Exposure Control(AEC)를 사용하는 DR환경에서는 computer radiography(CR)의 사용 환경의 의도적인 선량증가와는 다른 형태로 피폭선량이 증가하게 되는 이유는?
그 이유는 장비의 관전압, 관전류의 설정을 F/S의 protocol을 적용하고, 관전압과 관전류가 고정된 상태에서 AEC를 적용시키면 환자의 질환, 체형에 따라 관전압을 변화시키지 않아 조사시간이 길어지게 되면 mAs가 상승되고 피폭선량의 증가로 이어질 수 있다. 또한 과노출이 되더라도 DR의 특성상 SNR의 상승이 영상에 미치는 영향과, 과노출에 의한 발생한 암부가 계조영역에 의해 가시화가 가능함에 따라 과노출을 인지하지 못하는 경우가 생겨[2] 문제점으로 인식하지 못한다.
참고문헌 (8)
Cornelia Schaefer-Prokop, Ulrich Neitzel, Henk W. Venema, Martin Uffmann, and Mathias Prokop, Dose containment and control of image quality, Eur Radiol ; 18(9): pp.1818-1830. September 2008.
International Commission on Radiological Protection (ICRP):93 pp.12-21
TERRI L FAUBER, EoD, R.T.(R)(M) High kilovoltage Digital Exposure Techniques and Patient Dosimetry. Radiologicn Technology Vol.82/No.6 July/August 2011.
김정민 외 4명, 방사선 화상정보학실험, 펴냄 홍, pp.30-45, 2000.
박수성, 김건상, 이관세, 이용철, 진단방사선원리, 대학서림, pp.376, 1985.
강희두, Wide Step Wedge 영상분석법을 이용한 디지털 X선장치의 항구성 평가, 광운대학교 대학원, 11쪽, 학위논문(박사) 2009.
이종웅, Exposure횟수에 따른 IP화질 변화의 정량 평가에 관한 연구, 고려대학교 의용과학대학원, 43 쪽, 학위논문(석사) 2011.
International Electrotechnical Commission, International Standard IEC 62220-1, medical electrical equipment-characteristics of digital imaging devices-Part 1: determination of the detective quantum efficiency, Geneva 2003.
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