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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 디지털 방사선시스템의 Chest PA 영상에서 AEC 선택모드 및 감도의 변화에 따른 피폭선량 차이를 조사하고자 한다[10]. 그리고 AEC 조합에 따른 영상에서 시각화에 의한 주관적 영상 평가를 배제하고 정량적인 평가 방법[11]을 통해 AEC를 이용한 Chest PA검사에서의 보다 적합한 방법을 제안하고자 한다. 정량적인 화질 평가를 위해 변조전달함수(Modulation Transfer Function, MTF), 최대신호 대 잡음비(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR), 제곱평균 제곱근(Root Mean Square, RMS), 신호 대 잡음비 (Signal to Noise Ratio, SNR), 대조도 대 잡음비(Contrast to Noise Ratio, CNR), 평균 대 표준편차비(Mean to Standard deviation Ratio, MSR)를 측정하여 영상평가를 하며, 위의 결과로부터 환자의 최소 피폭선량으로 진단에 맞는 최적의 영상을 얻을 수 있는 방안에 대해 알아보고자 한다.
- 이에 본 연구에서는 디지털 방사선시스템의 Chest PA 영상에서 AEC 선택모드 및 감도의 변화에 따른 피폭선량 차이를 조사하고자 한다[10]. 그리고 AEC 조합에 따른 영상에서 시각화에 의한 주관적 영상 평가를 배제하고 정량적인 평가 방법[11]을 통해 AEC를 이용한 Chest PA검사에서의 보다 적합한 방법을 제안하고자 한다.
- 따라서 서로 다른 영상들 사이에서 질적인 변화를 감소시키고, 영상의 질을 일정하게 유지하여 노출의 적정화를 통해 선량을 감소시키고자 자동노출제어(AEC)를 사용한다[18]. 환자의 피폭을 최소화하기 위해. AEC 선택모드와 감도에 따라 선량은 달라지며, 일반적으로 업체에서 제시하는 AEC 선택모드는 상단 2개(AB), 감도는 160(Mid)의 사용을 권장하고 있다.
제안 방법
- FFD 180 cm, Field size 17"× 17"로 하고 T6 높이에 선속 중심을 맞춘 후 125kV, 320 mA, 90 msec조건으로 Chest PA검사와 동일 조건으로 조사하였다.
- 실험방법은 검출기의 중앙에 해상력 챠트를 위치시키고, Chest PA검사와 동일 조건으로 X선을 조사하였다. Ion chamber의 선택과 감도 변화에 따라 각 2회씩 조사하여 DICOM 파일을 획득하였다. 그리고 MTF 50% 에서 공간주파수의 측정값으로 영상평가를 하였다.
- Ion chamber의 선택과 감도 변화에 따라 각 2회씩 조사하여 DICOM 파일을 획득하였다. 그리고 MTF 50% 에서 공간주파수의 측정값으로 영상평가를 하였다.
- 영상 평가는 MTF, PSNR, RMS, SNR, CNR, MSR를 측정하여 결과를 비교 및 분석하였다. 또한 Image J이용하여 각 감도별로 AEC 모드에 따른 영상을 각각 다음의 평가 방법으로 시행하였다.
- 좌상단 1개(A), 우상단 1개(B), 하단 1개(C), 상단 2개(AB), 좌상단 1개와 하단 1개(AC), 우상단 1개와 하단 1개(BC), 전체 3개(ABC)를 선택한 경우로 총 7가지 모드로 구분하며[12], 감도는 100 (Low), 160 (Middle), 625 (High) 로 3가지의 경우로 실험하였다. 선량측정 방법은 팬텀의 중심 입사선이 입사하는 곳에 Ion chamber를 위치시킨 후 각각 5회씩 촬영하여 선량의 평균값을 산출하였다.
- RMS는 값이 높을수록 픽셀의 평균값과 큰 차이를 나타내므로 화질이 우수한 영상이라고 할 수 없다. 실험방법은 각 감도별로 AEC mode에 따른 영상의 RMS를 구하여 화질 평가를 시행하였다.
- 손실이 적을수록 높은 값을 가지며 보통 30 dB이상은 두 영상의 차이를 눈으로 구분할 수 없다고 평가한다[15]. 실험방법은 각 감도별로 B영상을 기준으로 다른 AEC 선택모드 영상과의 PSNR 평가를 시행하였다.
- 본 실험은 사각파응답함수(SWRF)의 구형파형 차트 방법(rectangular chart method)을 이용하여 공간주파수의 해상력 값을 측정하였다. 실험방법은 검출기의 중앙에 해상력 챠트를 위치시키고, Chest PA검사와 동일 조건으로 X선을 조사하였다. Ion chamber의 선택과 감도 변화에 따라 각 2회씩 조사하여 DICOM 파일을 획득하였다.
- 영상 평가는 MTF, PSNR, RMS, SNR, CNR, MSR를 측정하여 결과를 비교 및 분석하였다. 또한 Image J이용하여 각 감도별로 AEC 모드에 따른 영상을 각각 다음의 평가 방법으로 시행하였다.
- 그리고 AEC 조합에 따른 영상에서 시각화에 의한 주관적 영상 평가를 배제하고 정량적인 평가 방법[11]을 통해 AEC를 이용한 Chest PA검사에서의 보다 적합한 방법을 제안하고자 한다. 정량적인 화질 평가를 위해 변조전달함수(Modulation Transfer Function, MTF), 최대신호 대 잡음비(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR), 제곱평균 제곱근(Root Mean Square, RMS), 신호 대 잡음비 (Signal to Noise Ratio, SNR), 대조도 대 잡음비(Contrast to Noise Ratio, CNR), 평균 대 표준편차비(Mean to Standard deviation Ratio, MSR)를 측정하여 영상평가를 하며, 위의 결과로부터 환자의 최소 피폭선량으로 진단에 맞는 최적의 영상을 얻을 수 있는 방안에 대해 알아보고자 한다.
- 1], AEC 선택모드는 다음과 같이 7가지의 경우로 나누었다. 좌상단 1개(A), 우상단 1개(B), 하단 1개(C), 상단 2개(AB), 좌상단 1개와 하단 1개(AC), 우상단 1개와 하단 1개(BC), 전체 3개(ABC)를 선택한 경우로 총 7가지 모드로 구분하며[12], 감도는 100 (Low), 160 (Middle), 625 (High) 로 3가지의 경우로 실험하였다. 선량측정 방법은 팬텀의 중심 입사선이 입사하는 곳에 Ion chamber를 위치시킨 후 각각 5회씩 촬영하여 선량의 평균값을 산출하였다.
대상 데이터
- Chest PA검사에서 AEC 선택모드와 감도에 따른 피폭선량 및 영상품질 평가를 위해 사용된 실험재료는 디지털 방사선 장비( Innovision-SH, SHIMADZU, Japan), 팬텀(RS-111 Rrando phantom, Alderson Research Laboratories Inc, USA), 해상력 챠트(Line Group Pattern Type 81, IBA dosimetry, Germany), 선량 측정기(Model 20X5-60, Radical Cor. USA)를 사용하였으며, 영상평가는 영상분석프로그램(Image J Ver. 1.46r, National Institutes of Health, USA)을 이용하였다.
- 실험에는 선량 평가 시와 동일한 조건으로 촬영된 Chest PA영상이 사용되었다. Image J를 사용하여 관심영역을 DROI(Desired region of interest)와 UROI(Undesired ROI)로 설정하고 식(5)를 이용하여 SNR을 구한다[Fig.
데이터처리
- 측정된 선량의 단위는 μGy이며, AEC 모드 및 감도 변화에 따라 각각 5회씩 측정하여 평균값을 산출하였다[Table 1].
이론/모형
- 변조전달함수는 영상시스템의 주파수 응답(frequency response)특성을 나타내는 것으로 식(1)과 같이 임의의 공간주파수 f 에 대해 피사체대조도에 대한 영상대조도의 비를 공간주파수 0에 대한 MTF로써 일반화(normalization)로 정의된다[13][14]. 본 실험은 사각파응답함수(SWRF)의 구형파형 차트 방법(rectangular chart method)을 이용하여 공간주파수의 해상력 값을 측정하였다. 실험방법은 검출기의 중앙에 해상력 챠트를 위치시키고, Chest PA검사와 동일 조건으로 X선을 조사하였다.
성능/효과
- 220 lp/mm로 공간주파수가 가장 낮게 나타났다. AC영상에서는 공간주파수가 1.375 lp/mm로 가장 높게 나타났고, AB영상에서 공간주파수가 1.343 lp/mm로 두 번째로 높은 것으로 나타났다[Table 2].
- CNR 결과값이 높을수록 우수한 영상이며, AEC 선택모드와 감도 변화에 따른 결과로 감도 625에서 B영상이 CNR 1은 131.15, CNR 2는 158.28로 나타났고, 감도160에서는 CNR 1은 115.70, CNR 2는 144.16로 나타났으며, 감도 100에서는 CNR 1은 100.44, CNR 2는 131.40로 모든 감도에서 B영상이 가장 높은 값으로 나타났다. 감도 625에서 AB영상이 CNR 1은 18.
- MSR 결과값이 높을수록 우수한 영상이며, AEC 선택모드와 감도 변화에 따른 결과로 B영상은 감도 625에서 MSR 1은 15.91, MSR 2는 5.15로 나타났고, 감도 160에서 MSR 1은 13.64, MSR 2는 4.14로 나타났으며, 감도 100에서는 MSR 1은 12.12, MSR 2는 3.43로 가장 높은 값을 나타냈다. AB영상은 감도 625에서 MSR 1은 15.
- MTF의 공간주파수 결과는 감도 625에서 AEC 모드에 따른 MTF 50% 지점에서의 공간주파수를 측정한 결과 BC 영상에서 1.220 lp/mm로 공간주파수가 가장 낮게 나타났다. AC영상에서는 공간주파수가 1.
- RMS 결과값이 낮을수록 우수한 영상이며, AEC 선택모드와 감도 변화에 따른 결과로 모든 감도에서 C영상이 42.55 33.170, 43.943으로 가장 높게 나타났다. 이에 반하여 B영상은 33.
- SNR 결과값이 높을수록 우수한 영상이며, AEC 선택모드와 감도 변화에 따른 결과로 감도 625에서 B영상이 27.60으로 가장 높게 나타났고, AB영상이 26.74로 두 번째로 높게 측정되었으며 C영상이 23.11로 가장 낮은 값을 나타내었다. 감도 160에서 B영상이 24.
- 감도 100(Low)에서 SNR과 MSR 2를 제외한 나머지 SNR, CNR, MSR 측정에서 모든 감도에서 AB영상이 두 번째로 높은 수치로 나타났다. SNR, CNR, MSR 결과에서 첫 번째로 높은 값을 보였던 B영상은 화질 측면에서는 우수하였으나, 피폭선량이 높아 환자 피폭선량에서는 촬영에 적합하지 않음을 알 수 있었다.
- RMS 결과는 B영상이 가장 낮았고, AB영상이 모든 감도에서 두번째로 낮은 결과값을 나타냈다. 감도 100(Low)에서 SNR과 MSR 2를 제외한 나머지 SNR, CNR, MSR 측정에서 모든 감도에서 AB영상이 두 번째로 높은 수치로 나타났다. SNR, CNR, MSR 결과에서 첫 번째로 높은 값을 보였던 B영상은 화질 측면에서는 우수하였으나, 피폭선량이 높아 환자 피폭선량에서는 촬영에 적합하지 않음을 알 수 있었다.
- 60로 가장 낮게 나타났다. 감도 100에서 C영상이 23.58로 가장 높게 나타났고, AC영상이 23.80으로 두 번째, AB영상이 23.67로 세 번째로 높은 결과를 나타내었다[Table 5].
- 40로 모든 감도에서 B영상이 가장 높은 값으로 나타났다. 감도 625에서 AB영상이 CNR 1은 18.85, CNR 2는 155.49로 나타났고, 감도 160에서는 CNR 1은 113.10, CNR 2는 142.32로 나타났으며, 감도 100에서는 CNR 1은 97.20, CNR 2는 128.56으로 모든 감도에서 AB영상이 두 번째로 높은 값으로 나타났다. 감도 625에서 C영상이 CNR 1은 105.
- 56으로 모든 감도에서 AB영상이 두 번째로 높은 값으로 나타났다. 감도 625에서 C영상이 CNR 1은 105.36, CNR 2는 135.13로 나타났고, 감도 160에서는 CNR 1은 86.66, CNR 2는 118.45로 나타났으며, 감도 100에서는 CNR 1은 67.83, CNR 2는 100.33으로 모든 감도에서 C영상이 낮은 결과로 나타났다[Table 6].
- 그러므로 본 연구에서 시행한 영상 평가 결과는 화질 측면에서 가장 적절한 AEC 선택모드는 AB영상으로 판단한다. 감도가 100(Low), 160(Mid), 625(High)로 증가함에 따라 모든 AEC 선택모드에서 피폭선량과 RMS는 감소하고, SNR, CNR, MSR 값이 증가하여 감도 625(High)를 사용하는 것이 피폭선량과 영상 평가 측면에서 가장 적합한 영상임을 알 수 있었다.
- 823 dB로 가장 낮게 나타났다. 감도가 100일 때도 AB영상이 37.057 dB로 가장 높게 나타났고, 가장 낮은 PSNR값을 나타내는 영상은 17.823 dB의 값으로 C영상이 가장 낮게 나타났다[Table 3].
- 감도가 625에서 B영상을 기준으로 한 결과, PSNR 값은 AB영상이 36.482 dB로 가장 높게 나타났고, C영상이 21.502 dB로 가장 낮게 나타났다. 감도가 160에서도 감도가 625일 때와 마찬가지로 AB영상이 37.
- 결론적으로 피폭선량을 최소화 하면서 최적의 화질을 가진 영상을 위해서는 감도 625(High)에서 AB영상을 선택하는 것이 바람직하다고 사료된다. 그리고 AEC 선택모드의 사용은 업무의 효율성과 편의성을 가져다 줄 수 있고, 환자의 피폭선량을 감소시킬 수 있지만 높은 의존도는 조사조건과 AEC 선량관리에 소극적으로 대처하게 만들 수 있으므로 신중하게 사용되어야 함이 요구된다[19].
- 화질이 우수한 B영상을 기준으로 하여 각 감도에 따른 PSNR 결과는 모든 감도에서 AB 영상이 30dB 이상으로 가장 높은 결과값을 나타냈다. 그러므로 본 연구에서 시행한 영상 평가 결과는 화질 측면에서 가장 적절한 AEC 선택모드는 AB영상으로 판단한다. 감도가 100(Low), 160(Mid), 625(High)로 증가함에 따라 모든 AEC 선택모드에서 피폭선량과 RMS는 감소하고, SNR, CNR, MSR 값이 증가하여 감도 625(High)를 사용하는 것이 피폭선량과 영상 평가 측면에서 가장 적합한 영상임을 알 수 있었다.
- 54 μGy로 두 번째로 높으므로 적절하지 않다고 사료된다. 그리고 PSNR 결과에서도 30 dB이하의 낮은 값과 높은 RMS 값을 보여 화질에서도 AC영상은 적절치 않은 영상으로 판단된다. RMS 결과는 B영상이 가장 낮았고, AB영상이 모든 감도에서 두번째로 낮은 결과값을 나타냈다.
- 따라서 선량측면에서 보았을 때 임상에서 사용하는 AB 영상의 선택은 적합함을 알 수 있었다. 그리고 감도 625(High)에서 해상력의 결과는, AC영상에서 공간주파수가 1.375 lp/mm 결과로서 해상력이 가장 좋은 영상임을 알 수 있었고, AB영상에서 공간주파수는 1.343 lp/mm로 AC영상과 비교하면 0.032 lp/mm의 미세한 차이를 보였다. 해상력의 공간주파수 결과에서는 AC와 AB영상이 진단적 가치로 적합한 영상이었으나, AC영상은 피폭선량이 287.
- 2 μGy 결과로 다른 조합과 비교하여 선량이 가장 낮은 것으로 나타났다. 따라서 선량측면에서 보았을 때 임상에서 사용하는 AB 영상의 선택은 적합함을 알 수 있었다. 그리고 감도 625(High)에서 해상력의 결과는, AC영상에서 공간주파수가 1.
- 본 연구에서의 결과는 AEC 선택모드는 AB, 감도 100(Low)에서는 선량이 510.6 μGy, 160(Mid)에서는 224.5 μGy, 625(High)에서는 17.2 μGy 결과로 다른 조합과 비교하여 선량이 가장 낮은 것으로 나타났다.
- 산출한 결과, 감도가 낮을수록 피폭선량이 증가함을알 수 있었고, 센서의 선택모드에 따라 C>AC, BC>ABC>A, B>AB 순서로 피폭선량이 감소하였다.
- 해상력의 공간주파수 결과에서는 AC와 AB영상이 진단적 가치로 적합한 영상이었으나, AC영상은 피폭선량이 287.54 μGy로 두 번째로 높으므로 적절하지 않다고 사료된다.
- 화질이 우수한 B영상을 기준으로 하여 각 감도에 따른 PSNR 결과는 모든 감도에서 AB 영상이 30dB 이상으로 가장 높은 결과값을 나타냈다. 그러므로 본 연구에서 시행한 영상 평가 결과는 화질 측면에서 가장 적절한 AEC 선택모드는 AB영상으로 판단한다.
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