디지털 흉부엑스선 검사에서 환자선량 감소를 위한 부가필터와 Ion chamber 센서 조합 The Additional Filter and Ion Chamber Sensor Combination for Reducing Patient Dose in Digital Chest X-ray Projection원문보기
본 연구는 디지털 흉부엑스선 검사에서 화질의 저하 없이 환자선량을 감소시키기 위한 부가필터와 Ion chamber 센서 조합을 알아보고자 하였다. 실험은 관전압 125 kVp, 관전류 320 mA, AEC모드로 하여 부가필터와 Ion chamber의 센서를 네 가지 조합으로 나누어 선량을 측정하고, PCXMC를 이용하여 장기선량을 산출하였다. 또한 MTF로 물리적 화질을 평가하였다. 그 결과 동일 부가필터의 조건하에서 Ion chamber의 좌우 양쪽 센서 모두를 선택했을 때 입사표면 선량과 장기선량이 가장 낮게 나타났으며, 화질평가에서는 좌우 Ion chamber의 선택과 0.1 mmCu 필터를 선택했을 때 공간주파수 값이 2.494 lp/mm로 가장 높게 나타났다. 결론적으로 디지털 흉부촬영 시 Ion chamber의 좌우 양쪽 센서와 0.1 mmCu 필터를 선택하는 것이 우수한 화질의 영상을 획득하고 환자선량 저감에 도움이 될 것이다.
본 연구는 디지털 흉부엑스선 검사에서 화질의 저하 없이 환자선량을 감소시키기 위한 부가필터와 Ion chamber 센서 조합을 알아보고자 하였다. 실험은 관전압 125 kVp, 관전류 320 mA, AEC모드로 하여 부가필터와 Ion chamber의 센서를 네 가지 조합으로 나누어 선량을 측정하고, PCXMC를 이용하여 장기선량을 산출하였다. 또한 MTF로 물리적 화질을 평가하였다. 그 결과 동일 부가필터의 조건하에서 Ion chamber의 좌우 양쪽 센서 모두를 선택했을 때 입사표면 선량과 장기선량이 가장 낮게 나타났으며, 화질평가에서는 좌우 Ion chamber의 선택과 0.1 mmCu 필터를 선택했을 때 공간주파수 값이 2.494 lp/mm로 가장 높게 나타났다. 결론적으로 디지털 흉부촬영 시 Ion chamber의 좌우 양쪽 센서와 0.1 mmCu 필터를 선택하는 것이 우수한 화질의 영상을 획득하고 환자선량 저감에 도움이 될 것이다.
In this paper, we studied additional filter and Ion chamber combinations to reduce patient dose without decreasing image quality in digital chest x-ray projection. The experiment set 125 kVp, 320 mA, AEC mode. Ion chamber sensors was divided by 4 cases of combinations, then, we measured patient dose...
In this paper, we studied additional filter and Ion chamber combinations to reduce patient dose without decreasing image quality in digital chest x-ray projection. The experiment set 125 kVp, 320 mA, AEC mode. Ion chamber sensors was divided by 4 cases of combinations, then, we measured patient dose and calculated organ dose using PCXMC. Also, physical image assessment using MTF was performed. As a results, The surface entrance dose and organ dose were the lowest when selecting both left and right Ion chamber sensors under the same conditions of additional filter. In image quality assessment, The spatial frequency scored 2.494 lp/mm which was highest when selecting both right and left Ion-chambers and 0.1 mmCu filter. And to conclude, to select both right and left Ion chamber sensors and 0.1 mmCu filter will help for acquiring good quality image as well as reducing patient dose.
In this paper, we studied additional filter and Ion chamber combinations to reduce patient dose without decreasing image quality in digital chest x-ray projection. The experiment set 125 kVp, 320 mA, AEC mode. Ion chamber sensors was divided by 4 cases of combinations, then, we measured patient dose and calculated organ dose using PCXMC. Also, physical image assessment using MTF was performed. As a results, The surface entrance dose and organ dose were the lowest when selecting both left and right Ion chamber sensors under the same conditions of additional filter. In image quality assessment, The spatial frequency scored 2.494 lp/mm which was highest when selecting both right and left Ion-chambers and 0.1 mmCu filter. And to conclude, to select both right and left Ion chamber sensors and 0.1 mmCu filter will help for acquiring good quality image as well as reducing patient dose.
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문제 정의
본 연구는 현재 영상의학과 검사 중 가장 일반적으로 많이 시행되고 있는 디지털 흉부엑스선 검사에서 Ion chamber 센서의 설정과 DR장비에 기본적으로 내장되어 있는 Al 필터와 Cu 필터의 두께 변화(non filter, 0.1 mmCu, 0.2 mmCu, 0.3 mmCu)에 따른 선량과 영상 평가를 통해 피폭선량을 최소화하고 영상의 질을 저하시키지 않는 방안을 제시하고자 하였다. 실험결과에서 Ion chamber 센서 설정의 변화와 관계없이 Cu 필터의 두께가 0.
이에 본 연구는 DR 장비에 내장되어 있는 Al 필터 및 Cu 필터의 두께 변화와 Ion chamber 센서 조합을 통해 영상의 질을 저하시키지 않으면서 환자의 피폭선량을 감소시킬 수 있는 방법에 대해 알아보고자 하였다. 먼저 Ion chamber 센서 설정과 관계없이 Cu 필터의 두께가 증가할수록 입사표면선량이 감소하는 것으로 나타났으며, 1.
이에 본 연구에서는 디지털 흉부엑스선 검사에서 부가 필터(Cu filter)의 두께 변화와 Ion chamber 센서의 조합을 통해 영상의 질 저하 없이 환자피폭선량을 저감할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
제안 방법
1.5 mmAl + 0.3 mmCu로 Cu 필터 두께를 순차적으로 증가시키고, Ion chamber의 센서는 좌·우(2개), 좌(1개), 우(1개), 모두(3개)로 네 가지 조합으로 각각 5회씩 촬영하여 표면선량을 측정한 후 평균값으로 산출하였다[Fig. 2].
46r, National Institutes of Health, USA)을 이용하였다. 디지털 검출기(digital flat detector) 내 Ion chamber 센서를 좌측 상단을 LT, 우측 상단을 RT, 가운데를 MID로 지정하여 실험을 실시하였다[Fig. 1].
PCXMC 프로그램은 엑스선검사와 투시검사 등에서 검사 조건의 자유로운 선택이 가능하다. 또한 PCXMC는 29개의 장기와 조직의 선량을 산출할 수 있으며, 이 프로그램은 ICRP 103(2007)의 새로운 조직가중치와 ICRP 60(1991)에서의 조직가중치 모두를 기반으로 유효선량을 계산하는 프로그램이다. 해부학적인 데이터는 Cristy와 Eckerman에 의해 고안된 자웅동체의 수학적 팬텀 모델을 기반으로 하며, 6가지(신생아, 1, 5, 10, 15세, 성인) 연령으로 나누어져 표현하고 있다[Fig.
부가 필터와 Ion chamber 센서 설정에 따른 입사표면선량(entrance surface dose, ESD) 측정은 흉부팬텀을 디지털 검출기에 밀착하여 위치시키고 SID 180 ㎝, 조사야 17˝ x 17˝로 유지하고 검사조건은 DR 장비의 AEC mode에서 제시되는 조건으로 관전압 125 kVp, 관전류 320 mA로 동일하게 적용하였다. 변경 인자는 Operating Console에서 부가필터와 Ion chamber 센서에 각각 변화를 주어 실험 하였다. 먼저 DR 장비에 내장 되어 있는 1.
부가 필터와 Ion chamber 센서 설정에 따른 입사표면선량(entrance surface dose, ESD) 측정은 흉부팬텀을 디지털 검출기에 밀착하여 위치시키고 SID 180 ㎝, 조사야 17˝ x 17˝로 유지하고 검사조건은 DR 장비의 AEC mode에서 제시되는 조건으로 관전압 125 kVp, 관전류 320 mA로 동일하게 적용하였다. 변경 인자는 Operating Console에서 부가필터와 Ion chamber 센서에 각각 변화를 주어 실험 하였다.
실험은 디지털 엑스선 발생장치 (AXIOM Aristos MX, Siemens, USA), 흉부팬텀(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 이용하였으며, 영상평가는 영상분석프로그램(Image J Ver. 1.46r, National Institutes of Health, USA)을 이용하였다. 디지털 검출기(digital flat detector) 내 Ion chamber 센서를 좌측 상단을 LT, 우측 상단을 RT, 가운데를 MID로 지정하여 실험을 실시하였다[Fig.
영상의 화질을 비교하기 위하여 디지털 의료영상 평가에 유용한 자료로 사용되고 있는 변조전달함수(modulation transfer fuction, MTF)로 물리적 화질 비교를 하였다. MTF는 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[10].
대상 데이터
실험은 사각파응답함수(SWRF)의 구형파형 차트법(rectangular chart method)을 이용하여 공간주파수의 해상력 값을 측정하였다[11]. 또한 입사표면선량 측정 시와 동일한 조건으로 해상력 차트를 이용하여 Ion chamber 센서 설정과 Cu 필터 두께 변화에 따라 실험 영상을 획득하였다. 획득된 실험영상은 Image J 를 이용하여 얻은 농도의 최대값과 최소값을 구하고, MTF 50% 에서 공간주파수의 측정값으로 영상평가를 하였다.
3]. 시뮬레이션 사용된 가상의 수학적 팬텀은 174㎝, 71 ㎏의 성인용을 사용하였으며, error율을 최소화 하기 위하여 실제와 동일한 geometry data(kV, anode angle, filteration)와 시뮬레이션 파라미터(keV, Number of photon)를 입력하여 얻어진 스펙트럼장기선량을 산출하였다[Fig. 4].
데이터처리
또한 입사표면선량 측정 시와 동일한 조건으로 해상력 차트를 이용하여 Ion chamber 센서 설정과 Cu 필터 두께 변화에 따라 실험 영상을 획득하였다. 획득된 실험영상은 Image J 를 이용하여 얻은 농도의 최대값과 최소값을 구하고, MTF 50% 에서 공간주파수의 측정값으로 영상평가를 하였다.
이론/모형
MTF는 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[10]. 실험은 사각파응답함수(SWRF)의 구형파형 차트법(rectangular chart method)을 이용하여 공간주파수의 해상력 값을 측정하였다[11]. 또한 입사표면선량 측정 시와 동일한 조건으로 해상력 차트를 이용하여 Ion chamber 센서 설정과 Cu 필터 두께 변화에 따라 실험 영상을 획득하였다.
장기선량 측정은 의료용 엑스선 검사의 효율적인 장기선량과 피폭량을 계산하기 위해 STUK에서 개발한 PCXMC dose calculations Ver. 1.5(Radiation and Nuclear Safety Authory in Finland) 프로그램을 이용하였다[9]. PCXMC 프로그램은 엑스선검사와 투시검사 등에서 검사 조건의 자유로운 선택이 가능하다.
성능/효과
Ion chamber 센서 모두(3개)를 선택했을 때 Cu 필터의 두께 변화에 따른 폐의 장기선량은 0.0276, 0.0266, 0.0258, 0.0233 mSv, 심장은 0.0358, 0.0344, 0.0326, 0.0301 mSv로 나타났으며, 유효선량은 0.0149, 0.0141, 0.0134, 0.0126 mSv로 나타났다[Table 5].
PCXMC를 이용한 장기선량과 유효선량 결과에서 Cu 필터의 두께가 두꺼워질수록 장기선량 및 유효선량이 감소하는 것으로 나타났으며, 필터의 두께 변화와 관계없이 Ion chamber 센서 좌·우측(2개)를 선택했을 때 장기선량과 유효선량이 가장 낮게 나타났다.
결론적으로 Ion chamber 센서의 선택에 따라 입사 표면선량이 변화하는 것을 알 수 있었고, Cu 필터의 사용에 따른 선량 감소효과와 Cu 필터의 두께가 0.2 mm 이상으로 증가함에 따라 그 효과가 작아지고 공간주파수 값의 감소로 화질이 저하됨을 알 수 있었다. 따라서 디지털 흉부 엑스선 검사에서 화질의 저하 없이 피폭선량을 효과적으로 감소시키고 우수한 화질의 영상을 획득할 수 있는 최적의 조합은 좌·우(2개) Ion chamber 센서의 선택과 0.
따라서 임상에서 흉부 검사 시 Ion chamber 센서 설정을 좌·우측 양쪽으로 설정하고 0.1 mmCu 필터를 사용하는 것이 환자의 피폭선량을 줄이면서 최상의 화질을 만들어낼 수 방안이라 사료되며, 환자 피폭선량의 저감에 초점을 둔다면 0.1 mmCu 필터를 사용했을 때 보다 약간의 화질 저하는 있지만 0.2 mmCu 필터의 사용도 가능할 것이다.
먼저 Ion chamber 센서 설정과 관계없이 Cu 필터의 두께가 증가할수록 입사표면선량이 감소하는 것으로 나타났으며, 1.5 mmAl + 0.3 mmCu 사용하고 Ion chamber 센서 좌·우측(2개)를 선택했을 때 입사표면선량이 0.0237 mGy로 가장 낮게 나타났다.
부가 필터 두께 변화(1.5 mmAl, 1.5 mmAl + 0.1 mmCu, 1.5 mmAl + 0.2 mmCu, 1.5 mmAl + 0.3 mmCu) 와 Ion chamber 센서 설정에 따른 PCXMC프로그램을 이용하여 장기선량 및 유효선량을 산출한 결과에서 좌·우측(2개) Ion chamber 센서를 선택했을 때 Cu 필터의 두께 변화에 따른 폐의 장기선량은 0.0218, 0.0216, 0.0216, 0.0205 mSv, 심장은 0.0289, 0.0286, 0.0278, 0.0266 mSv로 나타났으며, 유효선량은 0.0118, 0.0116, 0.0115, 0.0106 mSv로 나타났다[Table 2].
부가 필터 두께 변화(1.5 mmAl, 1.5 mmAl + 0.1 mmCu, 1.5 mmAl + 0.2 mmCu, 1.5 mmAl + 0.3 mmCu)와 Ion chamber 센서 설정에 따른 MTF 결과에서 좌·우측(2개) Ion chamber 센서와 1.5 mmAl + 0.1 mmCu 필터를 선택했을 때 2.494 lp/mm로 가장 높게 나타났으며, Ion chamber 센서 3개 모두를 선택하고 1.5 mmAl +0.3 mmCu 필터를 선택했을 때 2.093 lp/mm로 가장 낮게 나타났다[Table 6].
부가 필터 두께 변화(1.5 mmAl, 1.5 mmAl + 0.1 mmCu, 1.5 mmAl + 0.2 mmCu, 1.5 mmAl + 0.3 mmCu)와 Ion chamber 센서 설정에 따른 입사표면선량 측정 결과에서 Ion chamber 센서 모두(3개)를 사용했을 때 입사표면선량 측정값이 0.0443, 0.0354, 0.0306, 0.0254 mGy로 가장 높게 나타났으며, 좌·우측(2개) Ion chamber 센서를 사용했을 때 입사표면선량 측정값이 0.0351, 0.0269, 0.0251, 0.0237 mGy로 가장 낮게 나타났다[Table 1].
실험결과에서 Ion chamber 센서 설정의 변화와 관계없이 Cu 필터의 두께가 0.1 mm 일 때 입사표면선량의 감소율이 가장 높게 나타났으며, 특히 좌·우(2개) Ion chamber 센서 선택과 0.1 mmCu 필터를 사용했을 때 non filter 대비 약 21%의 입사표면선량을 감소시킬 수 있었다.
영상평가 결과에서도 좌·우(2개) Ion chamber 센서 선택과 0.1 mmCu 필터를 사용하였을 때 가장 높은 공간주 파수 값을 나타내었다.
영상평가의 객관적인 지표가 되는 MTF 결과에서 좌·우측(2개) Ion chamber 센서를 선택했을 때 2.152∼2.467 lp/mm로 가장 높은 공간주파수 값을 나타내었으며, 좌·우측(2개) Ion chamber 센서와 0.1 mmCu 필터를 선택했을 때 2.494 lp/mm로 가장 높게 나타났다.
우측(1개) Ion chamber 센서를 선택했을 때 Cu 필터의 두께 변화에 따른 폐의 장기선량은 0.0226, 0.0226, 0.0224, 0.0209 mSv, 심장은 0.0292, 0.0290, 0.0288, 0.027 mSv로 나타났으며, 유효선량은 0.0134, 0.0121, 0.0120, 0.0118 mSv로 나타났다[Table 4].
후속연구
하지만 적정 필터를 사용할 경우 평균에너지가 높아질 뿐만 아니라 투과력도 높아지기 때문에 환자 피폭선량을 감소시킬 수 있다[8]. 또한 흉부엑스선 검사 시 필터 사용 못지않게 Ion chamber 센서 설정이 화질과 환자의 피폭선량에 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
디지털 영상획득 장치와 같은 디지털 의료 환경의 변화는 어떠한 이득과 문제점을 가져왔는가?
과학의 발전과 더불어 디지털 영상획득 장치(digital radiography, DR)로의 변화는 방사선 피폭환경을 급격히 변화시키고 있다[2]. 이러한 디지털 의료 환경은 사용자의 편리성을 극대화 시킬 수 있는 장점은 있지만 일반적으로 영상잡음을 줄이고 영상의 질을 향상시키기 위해 환자 피폭선량이 증가할 수 있다[3]. 이처럼 방사선에 의한 의료피폭은 인위적인 방사선 피폭 중 가장 큰 비중을 차지하고 있다[4].
필터링을 증가시키면 어떠한 문제가 발생하는가?
이와 같이 선택된 필터는 필요한 엑스선에는 영향을 주지 않고 불필요한 광자만을 제거시켜야 하지만 이러한 이상적인 필터는 존재하지 않는다. 필터링을 증가시키면 피부입사선량은 감소되나 감약률의 변화는 점점 작아지며, 필요 이상의 과도한 필터링은 영상의 질을 저하시킬 수 있다. 결국 영상에 동일한 농도를 내기 위해 필요한 선량의 증가를 가져오게 된다.
현대의학에 있어서 방사선은 어떠한 기능과 역할을 하는가?
현대의학에 있어서 방사선은 인간의 질병 진단과 치료 및 연구에 활용되어 질병으로부터 신체를 보호하고 의학을 발전시키는 데 중요한 역할을 하고 있으며[1] 거의 모든 의료영상 검사의 필수적인 과정으로 되어 있다. 과학의 발전과 더불어 디지털 영상획득 장치(digital radiography, DR)로의 변화는 방사선 피폭환경을 급격히 변화시키고 있다[2].
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