[논문]최대 신호 대 잡음비를 이용한 방사선 방어용 앞치마의 융복합 성능평가

김대호; 김상현

doi:10.14400/jdc.2015.13.10.377

[국내논문] 최대 신호 대 잡음비를 이용한 방사선 방어용 앞치마의 융복합 성능평가
Convergence Performance Evaluation of Radiation Protection for Apron using the PSNR 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.13 no.10, 2015년, pp.377 - 383

김대호 (한양대학교병원 영상의학과, 을지대학교 방사선학과) , 김상현 (서울대학교병원 영상의학과, 을지대학교 방사선학과)

초록
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본 연구는 방사선을 이용한 검사 시 방사선 방어용 앞치마(apron)의 성능이 좋지 못할 경우 방사선 작업종사자의 피폭이 상대적으로 높아질 수밖에 없음에 따라 영상평가 프로그램인 Image J의 최대 신호 대 잡음비 값을 측정하여 융복합 방어 성능평가와, 우수한 성능의 apron을 구비 할 수 있는 기초자료를 도출하고, 선량계 없이도 성능 평가 방법의 접근을 용이하게 하여 주기적이고 철저한 apron관리의 용이성을 확보하고자 하였다. 각각 32벌의 apron 9군데의 최대 신호 대 잡음비 값을 비교한 결과 상태가 양호한 apron의 경우 27 dB이상으로 나타났고 상태가 불량한 apron의 경우 24 dB미만으로 측정되어 각각의 성능이 뚜렷하게 구별 되는 것이 확인되었다. 통계분석결과 정규성 분포를 보여 t-test를 실시한 결과 p<0.001로 두 결과 값은 통계적으로 유의하였다. 이에 따라 방사선 작업종사자의 방사선피폭을 최대한 줄이기 위해 선량계 없이 최대 신호 대 잡음비 값 측정만으로 apron의 성능 평가가 용이하여 방사선 작업종사자 및 환자의 불필요한 피폭 관리가 용이하게 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study evaluates the convergence radiation protection performance by measuring the PSNR(peak signal-to-noise ratio) values of the image J in the image evaluation program based on increased relative to this exposure of radiation workers.The aim of this study was to evaluate radiation protection performance of apron for design of it's basic information. Method was used to PSNR of Image J program and good condition apron was more than 27dB, the PSNR value of poor condition apron appeared to be less than 24dB. The result is the normality were satisfied distribution and T-test values were statistically significant with p<0.001. Results of evaluation of the performance protective apron through the more easily accessible experimental conditions and methods in the clinical was confirmed distinctly different. in order to reduce the radiation exposure we need to evaluate convergence protection performance and to be having a good performance apron.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 선량계가 없는 중소병원에서는 apron의 정확한 성능을 평가하기가 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 선량계를 사용하지 않는 범위 내에서 PSNR값을 사용하여 상태가 양호한 apron과 상태가 불량한 apron의 성능을 정량적으로 평가하였다. 결과적으로 상태가 양호한 apron의 결과 값이 상태가 불량한 apron보다 높은 PSNR결과 값을 얻을 수 있었다.
그리고 양호한 apron의 경우 AEC를 이용하여 mAs값을 측정한 결과 적정한 농도를 나타내기 위해 불량한 apron보다 더 많은 선량이 필요하였고 이는 차폐율이 불량한 apron보다 우수하다는 것을 의미하였다. 본연구는 상태가 양호한 apron을 대상으로 실험함에 따라 상태가 불량한 apron이 갖고 있는 성능의 비교평가가 가능하였다. 또한 정량적인 분석을 이용한 위치별 균일도를 PSNR 값을 비교하여 수행하여 신뢰도가 높은 결과를 도출하였다.
이에 본 연구의 목적은 apron의 PSNR값을 측정하여 방어 성능을 평가하고, 우수한 성능의 apron을 구비 할 수 있도록 기초자료를 도출해내고, 선량계 없이도 성능평가 방법의 접근을 보다 용이하게 하여 주기적이고 철저한 apron 관리의 용이성을 확보하고자 한다.

제안 방법

4] Photo of the apron for evaluation of the protection performance. Evaluation areas were divided with the nine sectors: upper left, upper, upper right, left, center,right, lower left, lower, and lower right.
본연구는 상태가 양호한 apron을 대상으로 실험함에 따라 상태가 불량한 apron이 갖고 있는 성능의 비교평가가 가능하였다. 또한 정량적인 분석을 이용한 위치별 균일도를 PSNR 값을 비교하여 수행하여 신뢰도가 높은 결과를 도출하였다.
방사선 작업종사자의 방사선피폭을 최대한 줄이기 위해 KS 규격에서 규정하는 X선 방어용 품류의 납당량 시험 방법의 선량계를 이용한 X선의 직접조사를 통해 apron의 방어 성능을 평가 할 수 있다. 하지만 선량계가 없는 중소병원에서는 apron의 정확한 성능을 평가하기가 제한적이다.
본 실험에서 PSNR을 이용하여 영상을 정량적으로 평가하기위하여, NIH(National Institutes of Health)사에서 개발한 Image J 프로그램을 사용하였다. Image J 프로그램은 수많은 연구자들이 digital image 분석하거나 이미지의 통계처리가 필요할 때 사용되는 프로그램이다[17],[Fig.
본 연구에서 조사조건 (kVp, mAs)은 자동 노출 제어장치 (Autonomic Exposer Control, AEC)를 사용하여 3회 시험 촬영 후 관전압 70 kVp에 12.5 mAs로 고정시켜 실험하였다. 본 연구에서 apron을 놓고 측정하는 방법을 나타낸 그림이다[Fig.
선원과 검출기간의 거리 (Source-to-Detector Distance,SDD)는 110cm로 하고 조사야는 10 × 10 inch 상태로 고정하여 검사 테이블 위에 apron을 놓고 9등분하여 측정하였다[Fig. 4].
선원과 검출기간의 거리 (Source-to-Detector Distance,SDD)는 110cm로 하고 조사야는 14 × 14 inch 상태로 고정하여 검사 테이블 위에 apron을 놓고 자동 노출 제어장치 (Autonomic Exposer Control, AEC)를 이용하여 mAs값을 측정하였다.
촬영된 모든 영상은 Image processing 없는 row data를 획득하여 DICOM(digital imaging and communication in medicine) 형식으로 추출하였다. 획득한 영상은 시스템 에러를 최소화하기 위해 게인 보정 (gain correction)과 오프셋 보정 (offset correction)을 시행하였다.
촬영된 모든 영상은 Image processing 없는 row data를 획득하여 DICOM(digital imaging and communication in medicine) 형식으로 추출하였다. 획득한 영상은 시스템 에러를 최소화하기 위해 게인 보정 (gain correction)과 오프셋 보정 (offset correction)을 시행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 apron은 KS 규격과 전자의료기기준규격에 적합한 제품 중 임상에 실제 판매되고 있는 0.5mm 두께를 가진 Pb성분으로 구성된 INFAB사의 apron으로 상태가 양호한 제품 7벌과 상태가 불량한 제품 25벌을 가지고 사용하였다.
본 연구에서 이용한 X선 발생장치는 Philips사의 Digital Diagnost VR (IR-1100-150) [Fig. 1], [Table1]이며 성능 객관성을 위해 진단용 방사선 발생장치의 안전관리에 관한 규칙에 의한 성능 검사 후 적합판정을 받은 장치를 기준으로 실험하였다[16].
상태가 양호한 apron의 경우는 신규 제품으로 선정하고 상태가 불량한 apron의 경우는 구입한지 5년이 초과되고 투시영상에서 크랙이 3군데 이상 발견된 제품으로선정하였다.

데이터처리

0 통계프로그램을 사용하여 실험결과를 실증 분석하였는데 분석기법은 정규분포를 따르는지를 알아보기 위하여 모든 변수에 대해 Kolmogorov – Smirnov 검정을 실시하였다. 그 결과 정규분포를 이루어 T-student (t-test)를 통하여 검증하였다.
모든 통계적 수치의 분석은 SPSS Win 18.0 통계프로그램을 사용하여 실험결과를 실증 분석하였는데 분석기법은 정규분포를 따르는지를 알아보기 위하여 모든 변수에 대해 Kolmogorov – Smirnov 검정을 실시하였다.
실험결과를 SPSS Win 18.0 통계프로그램을 이용하여 Kolmogorov-Smirnov 검정을 실시한 결과 P value >0.05로 정규성 분포를 만족하여 모수적 검사 T-student(t-test)를 실시하였다.
작성된 자료의 통계적 분석은 SPSS(Statistical Package for the Social Science, ver18.0, Chicago, USA)를 이용하여 분석하였다.

이론/모형

본 연구에서 영상의 품질평가는 객관적이고 정량적인 방법으로 측정할 수 있고 신호처리분야에서 공학적 Tool로 사용되고 있는 최대 신호 대 잡음비 (Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR)를 이용하여 평가하였다[18].
상태가 불량한 apron의 PSNR값을 측정하기 위하여 DICOM 형식으로 추출하여 영상을 획득하였다[Fig. 6]. 상태가 불량한 apron 25벌로 영상을 획득한 후 Image J 프로그램을 사용하여 PSNR값을 구한 결과 모든 위치에서 24 dB 미만으로 측정되었다[Table 3].
상태가 양호한 apron의 PSNR값을 측정하기 위하여 DICOM 형식으로 추출하여 영상을 획득하였다[Fig. 4]. 상태가 양호한 apron 7벌로 영상을 획득한 후 Image J프로그램을 사용하여 PSNR값을 구한 결과 모든 위치에서 27 dB 이상으로 나타났다[Table 2].

성능/효과

따라서 본 연구에서는 선량계를 사용하지 않는 범위 내에서 PSNR값을 사용하여 상태가 양호한 apron과 상태가 불량한 apron의 성능을 정량적으로 평가하였다. 결과적으로 상태가 양호한 apron의 결과 값이 상태가 불량한 apron보다 높은 PSNR결과 값을 얻을 수 있었다. 그리고 양호한 apron의 경우 AEC를 이용하여 mAs값을 측정한 결과 적정한 농도를 나타내기 위해 불량한 apron보다 더 많은 선량이 필요하였고 이는 차폐율이 불량한 apron보다 우수하다는 것을 의미하였다.
결과적으로 상태가 양호한 apron의 결과 값이 상태가 불량한 apron보다 높은 PSNR결과 값을 얻을 수 있었다. 그리고 양호한 apron의 경우 AEC를 이용하여 mAs값을 측정한 결과 적정한 농도를 나타내기 위해 불량한 apron보다 더 많은 선량이 필요하였고 이는 차폐율이 불량한 apron보다 우수하다는 것을 의미하였다. 본연구는 상태가 양호한 apron을 대상으로 실험함에 따라 상태가 불량한 apron이 갖고 있는 성능의 비교평가가 가능하였다.
본 연구에서는 선량계를 사용하지 않는 범위 내에서 PSNR을 사용하여 apron의 성능을 정량적으로 평가하였는데 상태가 양호한 apron으로 영상을 획득한 후 ImageJ으로 PSNR값을 구한 결과 모든 위치에서 27 dB 이상으로 나타났고 상태가 불량한 apron으로 PSNR값을 구한 결과 모든 위치에서 24 dB 미만으로 측정되었다. 두 그룹에서의 성능이 오랜 기간 사용과 관리소홀로 인해 성능이 떨어져 차이를 보인 것으로 보인다.
6]. 상태가 불량한 apron 25벌로 영상을 획득한 후 Image J 프로그램을 사용하여 PSNR값을 구한 결과 모든 위치에서 24 dB 미만으로 측정되었다[Table 3]. 이 중 Right 부분은 PSNR값이 21.
4]. 상태가 양호한 apron 7벌로 영상을 획득한 후 Image J프로그램을 사용하여 PSNR값을 구한 결과 모든 위치에서 27 dB 이상으로 나타났다[Table 2]. 이 중 Upper부분은 PSNR값이 27.
실험결과에서 상태가 양호한 apron보다 상태가 불량한 apron에서 위치에 따라 PSNR값의 차이가 상대적으로 크게 나타났는데, 이는 apron은 오랜 기간 사용과 관리가 소홀한 경우에 노화 (aging), 손상 (damage), 약화(embrittlement), 그리고 균열 (crack) 등이 발생하여 영상에 차이가 난 것으로 사료된다. 방사선 방어용 앞치마의 사용빈도가 많을수록 함연시트 부분의 균열과 납 성분의 분산이 쉽게 생겨 꺾이거나 접혀 보관 및 관리는 매우 중요한 사항이다[21].

후속연구

위 결과를 종합해 보면 선량계 없이도 Image J의 PSNR값을 이용한 방법을 통하여 apron의 방어 성능을 평가할 수 있다면 성능을 보다 쉽게 주기적이고 철저하게 평가 할 수 있고 관리적인 면에서 더욱 용이 할 것이라 사료된다.
향후에는 apron의 성능 평가를 제조사별, 납당량별, 납성분과 무납성분별, 조사조건별, 그리고 PSNR 이외에 다양한 영상평가 항목을 적용하여 연구한다면 조금 더 의미 있는 결과를 도출할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	낮은 에너지 성분의 X선이 인체에 노출될 경우 어떠한 역할을 하는가?	이러한 방사선이 인체에 직접 노출될 경우 낮은 에너지 성분의 X선들은 인체를 투과하지 못해 피폭선량을 증가시키는 역할을 한다[7]. 특히나 방사선 작업종사자의 경우 급성 방사선에 의한 영향 보다는 지속적인 저선량 방사선 피폭에 의한 신체적 장해로부터 보호 되어야한다.
	의료기관에서 사용되는 X선 중 피폭되는 방사선의 종류는?	현재 의료기관에서 사용되는 X, γ 두 종류의 방사선 중, X선은 주로 일반촬영실에서 저에너지를 사용하고 있다[4,5]. 그 중에서 피폭되는 방사선은 주로 X선관의 콜리메이터를 통해 나오는 일차선이나 X선관의 누출선량과 피검체와 검사대 등 주변기기에서 방출되는 산란선으로 구분할 수 있다[6].
	apron을 사용함에 있어 보관 및 관리가 매우 중요한 이유는 무엇인가?	실험결과에서 상태가 양호한 apron보다 상태가 불량한 apron에서 위치에 따라 PSNR값의 차이가 상대적으로 크게 나타났는데, 이는 apron은 오랜 기간 사용과 관리가 소홀한 경우에 노화 (aging), 손상 (damage), 약화(embrittlement), 그리고 균열 (crack) 등이 발생하여 영상에 차이가 난 것으로 사료된다. 방사선 방어용 앞치마의 사용빈도가 많을수록 함연시트 부분의 균열과 납 성분의 분산이 쉽게 생겨 꺾이거나 접혀 보관 및 관리는 매우 중요한 사항이다[21].

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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