영상의학 분야에서 초음파 검사의 중요성이 강조되며 영상평가에 대한 관심이 고조되고 있다. 또한 표준화 되지 않은 기준과 방법으로 영상평가를 시행하고 있어 법적규정과 객관적인 평가기준마련이 시급한 실정이다. 이에 본 연구는 기존의 초음파 영상평가의 한계와 제한적 방법을 보완하고 정량적인 방법을 제시하고자 SNR의 영상평가 실험을 실시하였다. ATS-539 다목적 초음파팬텀을 이용해 획득된 8가지 팬텀영상방법과 예민도, 회색조와 역학범위 두 항목의 SNR 결과를 비교 및 분석하였다. 실험결과 기존의 영상평가결과에서의 우수한 장비는 G1 S1, G2의 순으로 나타났다. 논문에서 제안하는 실험으로 예민도의 SNR 결과는 G1, S1, G2 순으로, 회색조와 역학범위 항목의 SNR 결과는 S1, G1, G2의 순으로 나타났다. 결과에서 기존의 초음파 영상평가 방법과 제시하는 정량적 영상평가 방법이 큰 차이를 보이지도, 일치하지도 않게 나타났다. 객관적이고 정량적인 초음파영상장치의 평가를 위해서는 기존의 팬텀을 이용한 영상평가방법과 SNR을 이용한 영상평가의 측정방법도 함께 평가되어야 할 것으로 사료된다.
영상의학 분야에서 초음파 검사의 중요성이 강조되며 영상평가에 대한 관심이 고조되고 있다. 또한 표준화 되지 않은 기준과 방법으로 영상평가를 시행하고 있어 법적규정과 객관적인 평가기준마련이 시급한 실정이다. 이에 본 연구는 기존의 초음파 영상평가의 한계와 제한적 방법을 보완하고 정량적인 방법을 제시하고자 SNR의 영상평가 실험을 실시하였다. ATS-539 다목적 초음파팬텀을 이용해 획득된 8가지 팬텀영상방법과 예민도, 회색조와 역학범위 두 항목의 SNR 결과를 비교 및 분석하였다. 실험결과 기존의 영상평가결과에서의 우수한 장비는 G1 S1, G2의 순으로 나타났다. 논문에서 제안하는 실험으로 예민도의 SNR 결과는 G1, S1, G2 순으로, 회색조와 역학범위 항목의 SNR 결과는 S1, G1, G2의 순으로 나타났다. 결과에서 기존의 초음파 영상평가 방법과 제시하는 정량적 영상평가 방법이 큰 차이를 보이지도, 일치하지도 않게 나타났다. 객관적이고 정량적인 초음파영상장치의 평가를 위해서는 기존의 팬텀을 이용한 영상평가방법과 SNR을 이용한 영상평가의 측정방법도 함께 평가되어야 할 것으로 사료된다.
The importance of ultrasound examination in the field of medical imaging has been emphasized and the interest in sonographic image evaluation is growing. However image evaluations by the non-standardized criteria and methods, so establishment of legal provisions and objective evaluation criteria are...
The importance of ultrasound examination in the field of medical imaging has been emphasized and the interest in sonographic image evaluation is growing. However image evaluations by the non-standardized criteria and methods, so establishment of legal provisions and objective evaluation criteria are needed. In this study, we used SNR to find out more quantitative way and supplement the limitations of the existing phantom image evaluation. The results of acquired 8 images using ATS-539 multipurpose phantom were compared in SNR of sensitivity and gray-scale dynamic range. In the result of the experiment, excellent equipment of existing phantom images are G1, S1 and G2 in regular sequence. In SNR of sensitivity, G1, S1 and G2 and in SNR of gray-scale dynamic range, S1 G1 and G2 in order. In the conclusion, all the experiment results did not show big difference and regular pattern neither. Therefore, the new evaluation measures should be used with the existing phantom image evaluation method for more objective and quantitative evaluation of the ultrasound imaging device.
The importance of ultrasound examination in the field of medical imaging has been emphasized and the interest in sonographic image evaluation is growing. However image evaluations by the non-standardized criteria and methods, so establishment of legal provisions and objective evaluation criteria are needed. In this study, we used SNR to find out more quantitative way and supplement the limitations of the existing phantom image evaluation. The results of acquired 8 images using ATS-539 multipurpose phantom were compared in SNR of sensitivity and gray-scale dynamic range. In the result of the experiment, excellent equipment of existing phantom images are G1, S1 and G2 in regular sequence. In SNR of sensitivity, G1, S1 and G2 and in SNR of gray-scale dynamic range, S1 G1 and G2 in order. In the conclusion, all the experiment results did not show big difference and regular pattern neither. Therefore, the new evaluation measures should be used with the existing phantom image evaluation method for more objective and quantitative evaluation of the ultrasound imaging device.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
그러므로 본 논문에서는 팬텀을 이용한 영상평가의 주관적이라는 한계를 극복하고 정량적인 영상평가 방법을 제시하고자 기존 다양한 영상평가에서 SNR을 이용하였다. SNR이 클수록 화질이 우수하기 때문에 초음파진단장치에서도 SNR 측정 및 평가가 가능하다고 사료되어 팬텀영상평가와 함께 영상의 신호를 측정해 장비를 보다 정량적으로 평가하였다.
따라서 본 논문에서는 팬텀영상을 이용한 영상평가의 객관성이 떨어진다는 한계점을 보완하고자 신호 대 잡음비(Signal to Ratio, SNR)를 이용한 영상평가방법을 제안하고자한다. 기존의 팬텀영상의 8가지 항목 측정을 이용한 영상평가와 팬텀영상에서의 SNR 측정을 통한 영상평가를 비교하여 보다 정량적이고 객관적인 새로운 영상평가 방법을 알아보고자 하였다.
따라서 본 논문에서는 팬텀영상을 이용한 영상평가의 객관성이 떨어진다는 한계점을 보완하고자 신호 대 잡음비(Signal to Ratio, SNR)를 이용한 영상평가방법을 제안하고자한다. 기존의 팬텀영상의 8가지 항목 측정을 이용한 영상평가와 팬텀영상에서의 SNR 측정을 통한 영상평가를 비교하여 보다 정량적이고 객관적인 새로운 영상평가 방법을 알아보고자 하였다.
모든 점수를 합하여 결과에 따라 3대의 초음파영상장치 중 어떤 장비가 더 우수한 영상을 보여주는 장비인지 평가하였다.
SNR이 클수록 획득한 신호가 잡음에 비해서 뚜렷한 영상을 나타내며 작을수록 신호와 잡음의 구별이 어려워 영상의 질이 저하된다[9]. 본 논문에서는 기존 영상평가의 2가지 항목인 예민도와 회색조와 역학범위에 대한 신호를 측정하여 영상을 평가하였다.
제안 방법
그러므로 본 논문에서는 팬텀을 이용한 영상평가의 주관적이라는 한계를 극복하고 정량적인 영상평가 방법을 제시하고자 기존 다양한 영상평가에서 SNR을 이용하였다. SNR이 클수록 화질이 우수하기 때문에 초음파진단장치에서도 SNR 측정 및 평가가 가능하다고 사료되어 팬텀영상평가와 함께 영상의 신호를 측정해 장비를 보다 정량적으로 평가하였다.
T.G.C(Time Gain Compensation)를 최대로 설정하고 영상의 깊이는 14-18 cm으로 조절하여, ATS-539 다목적 초음파팬텀을 이용해 측정기준에 따라 영상을 얻은 후 M-view(Infinitt, Korea, ver. 5.4.10.42)를 통해 측정하였다.
1 cm 이다. 가능한 한 다 초점을 사용하고 표적이 화면의 중앙에 위치하도록 하여 영상을 얻으며 1-11 cm 까지 10 cm 을 측정하였다. 허용오차범위는 10 ± 1 cm으로 평가하였다.
모니터의 밝기 및 대조도를 최적의 상태로 조절하고, 복부검사용 볼록형 탐촉자와 복부검사용 소프트웨어를 사용하였다.
불응영역, 종 측정, 횡 측정, 축 방향/외측 해상도, 국소영역, 예민도, 기능적 해상도, 회색조와 역학범위의 8가지 항목의 적합여부를 측정하여 적합인 경우 0, 부적합인 경우 -1점을 기준으로 장비를 평가하였으며, 기능적해상도는 아래 평가표를 기준으로 개수에 따라 순차적으로 점수를 내었다[표 2].
예민도 팬텀영상에서는 8 mm 표적만을 대상으로 비교적 뚜렷하게 보이는 첫 번째, 두 번째, 세 번째 표적에 대한 SNR을 측정하였고, BG는 세 표적의 중앙 부분으로 하였다. ROI는 표적의 실제 크기인 직경 8 mm에 맞게 설정하였다.
이 연구에서는 종 측정 영상에서 8 cm 의 횡 거리를 측정하며 허용오차범위는 8 cm ± 4 mm 로 평가하였다.
국소영역(Focal zone)은 강도와 외측 해상도가 최대일 때 초점 주위의 영역으로 가장 정확한 진단정보를 제공한다. 종 측정 영상에서 한 개의 초점을 6-7 cm 깊이에 위치시킨 후, 초점 깊이에 있는 표적의 횡 거리를 측정하고, 이 표적보다 4 cm 뒤에 위치한 표적의 횡 거리를 측정하여 초점으로 인해 표적이 얼마나 집속되는지 알아보고, 초점율 75%이상을 기준으로 평가하였다.
팬텀영상평가 결과와 팬텀영상의 SNR 측정 결과를 비교하여 상관관계를 알아보고, SNR이 객관적이고 정량적인 새로운 영상평가 방법이 될 수 있는지 측정하였다.
팬텀을 이용한 기존의 영상평가 방법으로 실험한 결과와 팬텀영상에서 SNR을 측정해 실험한 결과를 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
ROI는 표적의 실제 크기인 직경 8 mm에 맞게 설정하였다. 회색조와 역학범위의 팬텀영상에서는 6개의 표적 중 비교적 뚜렷하게 보이는 4개의 표적만을 대상으로 SNR을 측정하였고, BG는 네 표적의 중앙 부분으로 하였다. ROI는 표적의 실제 크기인 직경 15 mm에 맞게 설정하였다.
획득한 팬텀영상을 Illustrator를 통해 영상의 크기를 일정하게 조절하고 ROI와 BG영역을 설정하여 고정시킨 후 Photoshop에서 각각의 평균값(mean value)을 구해 위의 식에 대입해 SNR을 구하였다.
대상 데이터
현재 P대학병원에서 사용 중인 3대의 초음파영상진단장치를 대상으로 장비별 영상평가를 실시하였다. 영상평가에 사용된 팬텀은 대한영상의학회와 대한초음파의학회에서 초음파표준팬텀으로 정한 ATS-539 다목적 초음파팬텀을 사용하였다[표 1].
불응영역(Dead zone)은 탐촉자와 팬텀사이에서 탐촉자의 앞면으로부터 첫 번째로 인식 가능한 에코까지의 거리를 말한다. 총 9개의 표적으로 구성되어 있으며, 첫 번째 표적은 스캔표면으로부터 2 mm 거리에 위치하고 1 mm 간격으로 10 mm 까지 배열되어 있다. 초점을 최근 거리에 위치시키고, 5번째 표적이 중앙에 오도록 조절하여 9개의 표적이 모두 분리되어 보일 때 적합한 것으로 평가하였다.
현재 P대학병원에서 사용 중인 3대의 초음파영상진단장치를 대상으로 장비별 영상평가를 실시하였다. 영상평가에 사용된 팬텀은 대한영상의학회와 대한초음파의학회에서 초음파표준팬텀으로 정한 ATS-539 다목적 초음파팬텀을 사용하였다[표 1].
획득한 팬텀영상으로 Adobe Illustrator(Adobe, U.S.A, ver. C.S.5)와 Adobe Photoshop(Adobe, U.S.A, ver. C.S.5)을 이용하여 SNR을 측정하였다.
성능/효과
3대의 초음파진단장치 9개 표적이 각각 분리되어 보여 적합기준 내에 포함되어 모두 0점으로 평가되었다.
8가지 팬텀 검사 항목 평가 결과를 점수로 평가 한 결과 G1은 -48점, G2는 -54점, S1은 -49점으로, 가장 좋은 영상을 보여주는 우수한 장비는 G1이며 S1, G2의 순으로 나타났다.
ROI를 설정하여 세 표적의 평균값(mean value)과 BG의 SD를 측정하여 각 표적의 SNR을 계산하며, 각 장비의 SNR 평균은 G1-5.2 9, S1-5.07, G2-4.25 값으로 나타났다[표 5][표 6][그림 3].
ROI를 설정하여 세 표적의 평균값(mean value)과 BG의 SD를 측정하여 각 표적의 SNR을 계산하며, 각 장비의 SNR 평균은 S1-12.61, G1-8.58, G2-8.22 값으로 나타났다[표 7][표 8][그림 4].
SNR 측정은 기존팬텀영상의 예민도, 회색조와 역학범위의 항목으로 실험하였고, G1과 S1장비가 차이는 있었지만 비교적 우수하고 G2가 영상의 질이 떨어지는 것으로 나타났다.
본 논문에서 SNR 측정의 정확한 기준 값을 제시하지 못하였으나, 기존의 팬텀을 이용한 영상평가 방법의 한계를 조금이나마 극복한 초음파진단장치 영상평가의 새로운 방법을 제시했다는 데 의의가 있다. 그리고 팬텀영상평가에서 적합판정 기준 값이 없는 각각의 항목들에 대한 평가 기준 값을 제시하였으며, 각 항목별 적합여부에 그치지 않고 모든 항목을 종합하여 정량적으로 평가하였다는 점도 의미가 있다.
다 초점을 사용하여 4 mm 크기의 표적이 중앙에 수직으로 위치하도록 얻은 영상에서 표적이 뚜렷하게 구분되고 겉모양이 180°이상 연속적으로 유지되는 경우를 적합하다고 판정하였으며 크기별로 적합하게 관찰된 표적의 개수를 기록하였다.
본 논문에서 SNR 측정의 정확한 기준 값을 제시하지 못하였으나, 기존의 팬텀을 이용한 영상평가 방법의 한계를 조금이나마 극복한 초음파진단장치 영상평가의 새로운 방법을 제시했다는 데 의의가 있다. 그리고 팬텀영상평가에서 적합판정 기준 값이 없는 각각의 항목들에 대한 평가 기준 값을 제시하였으며, 각 항목별 적합여부에 그치지 않고 모든 항목을 종합하여 정량적으로 평가하였다는 점도 의미가 있다.
0 mm이다. 이 연구에서는 종 측정 영상에서 11개의 표적이 모두 뚜렷하게 분리되어 보여야 적합하다고 판정하였다.
적합하게 관찰된 표적의 수는 G1과 S1은 4개로 적합기준 내에 포함되어 0점으로 평가되었고, G2는 3개로 -1점으로 평가되었다.
총 9개의 표적으로 구성되어 있으며, 첫 번째 표적은 스캔표면으로부터 2 mm 거리에 위치하고 1 mm 간격으로 10 mm 까지 배열되어 있다. 초점을 최근 거리에 위치시키고, 5번째 표적이 중앙에 오도록 조절하여 9개의 표적이 모두 분리되어 보일 때 적합한 것으로 평가하였다.
후속연구
그러므로 초음파진단장치의 영상평가에서 좀 더 객관적이고 정량적인 평가를 위해 기존 초음파 팬텀을 이용한 평가방법과 정량적 SNR 측정 평가를 이용한 방법이 병행하여야 할 것으로 사료된다.
그러나 SNR 측정 평가 결과에서 두 가지 항목의 수치가 정확하게 일치되지 않았다는 점은 측정 과정과 방법에서의 미흡함으로 인한 오차 발생과 동일 장비 평균값 제시가 부족했기 때문이라 생각된다. 이에 향후 동일 장비의 비교실험과 여러 업체 장비를 대상으로 다양한 카테고리를 적용하여 SNR 영상평가의 적합기준을 제시하고, SNR의 측정 방법과 정량적 수치 값의 제안에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
이와 같이 팬텀영상평가와 SNR 평가 결과에서 영상의 질이 가장 떨어지는 장비는 동일했지만 결과가 정확하게 일치하지는 않은 점으로 보아, 현재 시행되고 있는 기존의 방법만으로 평가하는 것은 정확한 초음파장치의 영상평가방법으로는 부족하며, SNR 측정이 그 한계점을 보완할 수 있는 방법이 될 것이라 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
불응영역이란?
불응영역(Dead zone)은 탐촉자와 팬텀사이에서 탐촉자의 앞면으로부터 첫 번째로 인식 가능한 에코까지의 거리를 말한다. 총 9개의 표적으로 구성되어 있으며, 첫 번째 표적은 스캔표면으로부터 2 mm 거리에 위치하고 1 mm 간격으로 10 mm 까지 배열되어 있다.
그러므로 팬텀영상으로 초음파영상진단장비를 평가할 근거는 미약하나, 현재까지는 팬텀이 가장 객관적인 자료를 제공하므로[7], 초음파장비의 정도관리와 영상평가는 팬텀을 이용한 검사로 이루어지고 있다. 그러나 이는 평가자의 육안적인 소견만으로 평가하므로 의견이 다를 수 있어 지극히 주관적이라는 한계가 있다[8].
참고문헌 (11)
강혜경, 진단용 초음파 장비의 팬텀을 이용한 정도관리에 관한 연구, 고려대학교 의용과학원 석사학위논문, 2006.
특수의료장비의 설치 및 운영에 관한 규칙, 보건 복지부령 제235호, 보건복지부, 2003.
특수의료장비의 설치 및 운영에 관한 규칙 일부 개정안, 보건복지부, 2011.
http://www.atslaboratories-phantoms.com.
김표년, 임주원, 김현철, "ATS-539 다목적 초음파팬텀을 이용한 초음파영상진단장치의 성능평가", 대한영상의학회지, 제58권, 제5호, pp.533-541, 2008.
N. M. Gibson, N. J. Dudley, and K. A. Griffith, comp uterised quality control testing system for B-mode ultrasound, ultrasound in Medicine & Biology, Vol.27, No.12, 2001.
M. M. Goodsitt, P. L. Carson, S. Witt, D. L. Hykes, and K. J. M. Jr. Realtime, "B-mode ultrasound quality control test procedures: Report of AAPM ultrasound task group," Med Phys, Vol.25, No.1, Issue.8, pp.1385-1406, 1998.
유지영, 종합병원에서 사용 중인 초음파영상진단 장치의 성능: ATS-539 다목적 초음파팬텀을 이용한 성능 측정, 전북대학교보건대학원 석사학위논문, 2012.
권달관, 김창수, 박영순, 의료영상정보학 실습, 청구문화사, 2009.
H. J. Chang, R. T. George, K. H. Schuleri, K. Evers, K. Kitagawa, A. Joao, C. Lima, and A. C. Lardo, Prospective Electroc ardiogram-Gated Delayed Enhanced Multidete ctor Computed Tomography Accurately Quantifies Infarct Size and Reduces Radiation Expo sure JACC: Cardiovascular Imaging, Vol.2, Issue 4, pp.421-423, 2009.
J. I. Choi, P. N. Kim, and W. K. Jeong, "Establishing cutoff values for a quality assurance test using an ultrasound phantom in screening ultrasound examinations for hepatocellular carcinoma," An initial report of a nationwide survey in Korea Journal of Ultrasound in Medicine, Vol.30, No.9, pp.1221-1229, 2011.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.