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
- 또한 유방촬영장치의 부가필터에 따른 선량변화 실험에서, 단일 필터보다 복합 filter를사용 시 선량 감소효과가 있다고 주장했다[1]. 선행 연구들에서 Cu filter에서 복합filter의 역할이 Cu의 특성X선 제거를 통한 표면선량 감소에 효과가 증명되었고, 이에 화질과 양자검출효율에 영향을 미치는지를 알아보고자 연구를 진행하고자 하였다.
제안 방법
- NPS 측정은 각각의영상의 중앙 512 X 512 matrix 부분을 NPS측정을 위한ROI(region of interest)로 설정하여 NPS 최종 영상을 획득한다. 2차원 NPS를 계산하기 위해서 ROI를 128 X128 matrix로 나누고, 영상을 2차원 Fourier transform로 취했으며, 저주파 영역을 이미지 중앙으로 shift 시켰다.
- Chest 팬텀을 이용하여 필터 장착 전 기준 영상을 촬영하고 각각의 필터를 장착 한 실험영상을 촬영한다. 촬영 조건은 AEC를 사용하여 얻어진 125 kVp에 4mAs를 고정하고 SID는 180 cm, 12:1격자를 사용하였다.
- 객관적인 디지털 X-선 촬영 장치의 성능 평가를 위해서는 사용되는 방사선 조건의 표준화가 필요하다.IEC(International Electronical Committee) 61267에서 권고하는 규격 중 복부촬영 조건에 해당하는 RQA5을 사용하였고 출력부에 21 mm Al의 부가필터를 설치한 후에 RQA5에서 규정된 예상 관전압 70 kV의 반가층인11.5 mm Al을 맞추기 위하여 선량계의 반가층 측정기능을 사용하여 사용 관전압을 변화시키면서 측정하였다. 이때 후방 산란을 막기 위하여 50 cm의 거리를 유지하였다.
- 공학적 계산 방법을 통해 통합한 평가인자인 양자검출효율 즉 DQE(Detective Quantum Efficiency)[7], 영상처리 시 두 영상간의 차이를 숫자로 나타내는데 pixel의 1 byte 최대값 0~255값 중 최대값인 255에 의미를 두고 두 영상간의 차이, 즉 Noise를 측정하는 PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)[8], 오차의 제곱에 평균을 말하며 두 개의 같은 양의 data의 같은 위치에 대한 분산을 의미하는 MSE(Mean Squared Error)[9], 오차들의 절대값의 평균을 말하며 오차의 평균을 구하는 다른 방법 중 하나인 MAE(Mean Absolute Error)[10], CNR(Contrast to Noise Ratio), SNR(Signal to Noise Ratio), 흉부 X선 검사 임상영상평가표(국가암검진 임상평가표)를 기준으로 한 정성적 평가를 통하여 효율성을 살펴보고자 실시하였다.
- 이때 후방 산란을 막기 위하여 50 cm의 거리를 유지하였다. 오차를 줄이기 위하여 3회 반복 시행하였다.
- 촬영된 모든 영상은 Image processing 없는 raw data를 획득하여 DICOM 형식으로 추출하였다. 획득한 영상은 시스템에러를 최소화하기 위해 gain correction과offset correction을 시행하였다.
- 평가항목은 평가표에서 투과 상태, 해상도 및 대조도 평가 문항을 이용하였다. 평가항목은 총 7가지 항목으로 구성하였다[Table 2].
- 촬영된 모든 영상은 Image processing 없는 raw data를 획득하여 DICOM 형식으로 추출하였다. 획득한 영상은 시스템에러를 최소화하기 위해 gain correction과offset correction을 시행하였다. 영상 획득 과정에서 데이터 정보를 동일하게 만드는 것이 중요하므로 Autocrop 즉 영상 표시 부분을 장비가 스스로 정해 주는 것을 제거하여 같은 image를 만들어 주어야 한다[Fig 8].
대상 데이터
- CNR는 Pelvis 팬텀을 이용하여 촬영 조건은 AEC를 사용하여 얻어진 77 kVp에 12.5 mAs를 고정하고 SID는 110 cm, 10:1격자를 사용하였다. Right iliac wing, femur head, sacrum을 Image J 프로그램을 이용하여 0.
- 5 mAs를 고정하고 SID는 110 cm, 10:1격자를 사용하였다. Frontal bone, Right orbit, mandible을 위의 조건과 동일하게 영상을 획득하였다.
- MTF와 시차 효과를 크기를 결정하기 위한 시험 장비는 1.0 mm 두께로 100 mm, 가로 최소 75 mm 크기의 텅스텐 판(순도90%이상)으로 구성된다. 텅스텐 판은 시험 장비의 에지 부분에 사용된다.
- 앞선 선질 결정 실험에서 얻어진 관전압 73 kVp를 이용하여 각각의 필터를 교체하면서 영상을 획득하였다. NPS 측정은 각각의영상의 중앙 512 X 512 matrix 부분을 NPS측정을 위한ROI(region of interest)로 설정하여 NPS 최종 영상을 획득한다. 2차원 NPS를 계산하기 위해서 ROI를 128 X128 matrix로 나누고, 영상을 2차원 Fourier transform로 취했으며, 저주파 영역을 이미지 중앙으로 shift 시켰다.
- ROI의 pixel 신호강도의 표준편차를 측정한 후, ROI를 제외한 Background의 신호강도 평균값과 표준편차를 구하여 수식에 의하여 계산한다. 또한 Skull 팬텀을 이용하여 조건은 AEC를 사용하여 얻어진 77 kVp에 12.5 mAs를 고정하고 SID는 110 cm, 10:1격자를 사용하였다. Frontal bone, Right orbit, mandible을 위의 조건과 동일하게 영상을 획득하였다.
- 만약 선질 변화에 따른 물리적 특성의 변화가 발생된다면, 이를 정확하게 평가하기는 어려울 것이다. 본 실험에서 RQA5인 70kVp 선질을 이용하였다.
- NPS 측정을 위해서는 선량계와 테스트 팬텀 등 조사선속내의 모든 물체를 제거하였다. 앞선 선질 결정 실험에서 얻어진 관전압 73 kVp를 이용하여 각각의 필터를 교체하면서 영상을 획득하였다. NPS 측정은 각각의영상의 중앙 512 X 512 matrix 부분을 NPS측정을 위한ROI(region of interest)로 설정하여 NPS 최종 영상을 획득한다.
- 인체모형 팬텀은 인체부위별 X선 팬텀으로 남성으로 175cm, 74kg 이다.
- Chest 팬텀을 이용하여 필터 장착 전 기준 영상을 촬영하고 각각의 필터를 장착 한 실험영상을 촬영한다. 촬영 조건은 AEC를 사용하여 얻어진 125 kVp에 4mAs를 고정하고 SID는 180 cm, 12:1격자를 사용하였다. 이렇게 얻어진 영상을 Image J를 이용하여 비교 분석한다[Fig 9].
데이터처리
- PSNR, MSE, MAE, SNR, CNR 측정을 위해 DICOM image processing software(Image J v.1.43u; National Institutes of Health Bethesda, MD, USA), 통계 사용을 위하여 SPSS(Statistical Package for Social Science v.18), MTF, NPS, DQE 등 영상의 물리학적 평가를 위하여 Matlab R2012A(Math-works, Natick, Massachusetts, U.S.A)을 사용하였다.
- 3 cm2의 ROI를 설정하였다. ROI의 pixel 신호강도의 표준편차를 측정한 후, ROI를 제외한 Background의 신호강도 평균값과 표준편차를 구하여 수식에 의하여 계산한다. 또한 Skull 팬텀을 이용하여 조건은 AEC를 사용하여 얻어진 77 kVp에 12.
- SNR은 CNR 측정과 동일하게 Image J 프로그램을 이용하여 ROI의 신호강도의 평균과 표준편차를 측정한 후, ROI를 제외한 Background의 신호강도 평균과 표준편차를 구하여 수식을 이용하여 계산하였다[Fig 10].
이론/모형
- Chest phantom에 120 kVp에서 AEC mode 사용하여 EI 200값을 설정 후 조사하여 얻은 4 mAs값을 이용하였다. 10년 이상의 5명의 방사선사가 흉부 X선 검사 임상영상평가표(국가암검진 임상평가표)를 기준으로 하여 5점 리커트 척도를 이용하였다. 평가항목은 평가표에서 투과 상태, 해상도 및 대조도 평가 문항을 이용하였다.
- 본 연구에서는 장비는 Philips digital diagnost value amorphous silicon flat panel detector Pixium 4600를 이용하여 여러 평가 항목들을 측정한다. Trixel사의 Pixium 4600과 DR의 특성은 다음과 같다[Table 1].
- 선량계는 Unfors사의 Xi 모델을 이용하였다.
- 10년 이상의 5명의 방사선사가 흉부 X선 검사 임상영상평가표(국가암검진 임상평가표)를 기준으로 하여 5점 리커트 척도를 이용하였다. 평가항목은 평가표에서 투과 상태, 해상도 및 대조도 평가 문항을 이용하였다. 평가항목은 총 7가지 항목으로 구성하였다[Table 2].
- 흉부 X선 검사 임상영상평가표(국가암검진 임상평가표)를 기준으로 투과 상태, 해상도 및 대조도 평가 문항을 이용하였다. 연구방법에서 항목은 7가지로 표의 표기를 쉽게 하기 위하여 1~7번으로 명명하였다.
성능/효과
- CNR, SNR실험에는 Frontal bone, Mandible, Orbit모두에서 Al filter 사용 전이 비해서 더 높았으며, 이는Pelvis에서도 마찬가지로 Iliac wing, Femur head, Sacrum관찰부위에서는 모든 두께에서 Al filter사용 전이 우수하였다. 특이점은 Sacrum에서만 값의 차이가 규칙적으로 컸는데, filter 사용 시 해부학적 위치에 따라 결과 값이 달라질 수 있으므로 고려해 보아야 하는 점이라고 사료된다.
- 영상의 화질은 인간의 육안 적으로 보고 판단하는 것이기 때문에, 굳이 PSNR이 높다고 좋은 영상이라 말하기는 어렵다. Cu 0.1~0.3 mm에서 PSNR은 45.54, 39.82,36.57이며 RMSE는 43.54, 83.69, 121.55로 필터의 두께가 증가하면, PSNR은 낮아지고 RMSE은 증가되었다.
- DQE는 모든 부가 필터 실험에서 낮은 영역에서 시작해 곡선의 정점을 이룬 다음 공간주파수가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였고 Cu 0.1 mm의 결과 값을 예로 들면 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 cycle/mm에서 68, 84, 73,50, 30, 20%로 나타났다. 대다수의 Cu filter 비교 시 일정한 규칙성은 나타나지 않았다.
- DQE는 DR system에서 SNR을 유지하는 장치의 능력을 정량적인 수치로 설명되어지는데, 이는 noise와 연관되어 dose efficincy도 설명될 수 있다. DQE는 모든 부가 필터 실험에서 낮은 영역에서, 시작해 곡선의 정점을 이룬 다음 공간주파수가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다.
- DQE실험 전 응답특성을 측정하였는데 선량은 0.04~8 mR로 측정되고, 선량의 지수적 증가에 비례한 지수적 증가에 비례한 이산적 신호의 증가가 나타나 이루었다.
- MTF실험에서 측정값들은 MTF 10%, MTF 50%에서는, Al filter 추가 여부와 관계없이 4.6, 2.54 lp/mm이었다. 이는 MTF는 Detector의 제조사에 이미 결정되는 사항이기 때문에, 크게 변하지 않는 것으로 사료된다.
- 이를 종합한 DQE는 규칙성을 찾기가 어려웠다. PSNR, RMSE에서는 전체적으로 Al filter 사용 전 PSNR은 더 높고, RMSE는 더 낮아 우수했다. 모든 결과 값에서 PSNR이 30 dB이상으로 수치화됨으로 영상 분석적으로, 영상의 차이가 없는 것으로 나타났다.
- Pelvis 팬텀을 이용한 실험에서 필터 물질이 두꺼워지면 CNR, SNR은 모든 부분에서 감소하였고, Al filter추가 시에도 모든 부분에서 감소하였고 특히, Sacrum부분에 CNR, SNR값의 큰 차이를 보였다[Table 6].
- 5~3°에 만족하였다. 검출기의 정량적 분해능을 나타내는 MTF 10%는 모두는4.6 cycle/mm MTF는 필터 물질의 두께와 관계가 없었다. 선예도를 나타내는 공간주파수인 MTF 50%는 Cu물질의 두께와 AI 사용여부 없이 2.
- PSNR, RMSE에서는 전체적으로 Al filter 사용 전 PSNR은 더 높고, RMSE는 더 낮아 우수했다. 모든 결과 값에서 PSNR이 30 dB이상으로 수치화됨으로 영상 분석적으로, 영상의 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 1mm에 비해 NPS값이 높았다. 모든 실험에서 Al filter 추가 시 NPS값이 같거나 약간 증가됨을 알 수 있었다.
- 52E-6로 Cu 0.1mm에 비해 NPS값이 높았다. 모든 실험에서 Al filter 추가 시 NPS값이 같거나 약간 증가됨을 알 수 있었다.
- 위의 결과 값들에서 알 수 있듯이 Al를 사용한 복합부가 filter는 광자검출효율과 화질에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다.
- 3 mm Cu filter를 사용했던 팬텀 실험에서 두께를 달리한 팬텀에서, 각각의 표면입사선량 측정 결과 filter를 사용했을 경우 small 팬텀에서 44, mid 46, large 47%감소율의 차이를 나타내었다[11]. 즉 피사체의 두께가 두꺼워지면 표면입사선량 값의 감소율이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 선행연구에서 보듯이 필터 물질과 두께에 따라 광자 투과율이 달라지므로 흡수선량도 달라진다.
후속연구
- 비해 NPS값이 높았다. Alfilter 추가 시 noise가 광자 부족에 의하여 적어지는 현상 때문이라고 사료되며, 그 값의 차가 같거나 약간 높은 정도의 차이는 검출기의 응답특성 실험에서 0.04~8 mR임을 감안하면, 이용한 선량이 0.051 mR로 적은선량을 이용하여 추가적인 실험이 필요한 것으로 사료된다.
- DR 시스템은 검출기의 선량률에 의존한다[17]. 그러나 SNR이 높더라도 다른 조직과 조직을 구분할 수 있는 CNR이 충분히 높지 않다면, 우수한 화질의 영상을 획득하는데 실패할 것이다. 즉, 본래부터 원시 데이터나 측정된 신호 값들 사이의 차가 존재하지 않는다면 각 물체의 조직 간의 대조도가 형성되지 않고, 대조도를 증강시키는 방법 또한 어렵기 때문이다[18].
- Al filter를 사용 전이 더 우수한 값을 나타내었으나, 그 차이는 크다고 할 수 없다. 그러나 단일조건으로 만 실시한 실험으로 좀 더 다양한 관전압과 mAs에 대한 추가 실험이 필요할 것으로 사료되고, 또한 .기존에 임상에서 잘 사용되어지지 않았던 0.
- 이는 전체적인 에너지스펙트럼에 양질의 광자가 많이 발생함에 따라, 전체적인 관용도의 향상으로 기인한다. 또한 두꺼운 부분 흉추등과 공기를 많이 포함하고 있는 기관과 기관지 부분에서는 입상성이 거칠어져 두께에 대한 고찰이 필요할 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.