A-Si(CsITl) 영상시스템에서 부가필터, SID에 따른 X선 스펙트럼변화와 해상력에 대한 고찰 Consideration of the X-ray Spectrum Change and Resolution According to Added Filters, SID, A-Si (CsITl) in the Imaging System원문보기
본 논문은 IEC 61267에서 제시하는 RQA3, 5, 7, 9의 선질 조건과 임상검사 조건을 조합한 선질들을 사용하여 공간분해능과 선예도를 평가하고 선질들의 스펙트럼을 분석하고자 하였다. 실험방법으로 첫째, 부가필터와 SID에 따른 공간해상력 평가에 사용된 영상은 IEC 62220-1 에 제시된 edge method을 이용하여, 영상을 획득하였으며 Matlab 프로그램을 사용하여 영상에 대한 해상력 평가는 MTF 측정값 10%(0.1)에서, 선예도 평가는 MTF 측정값 50%(0.5)에서 평가하였다. 둘째, MCNPX시뮬레이션을 이용하여 선질들의 입자플루언스율과 에너지대별 스펙트럼 분석을 하였다. 실험결과 부가필터 사용과 SID에 따른 영상품질평가에서는 RQA3 선질 조합조건에서 공간분해능과 선예도는 부가필터 미사용과 SID 100 cm에서 높게 나타났다. RQA5 선질 조합조건에서 공간분해능과 선예도는 부가필터를 사용하고 SID 100 cm에서 높게 나타났다. RQA7 선질 조합조건에서 공간분해능은 부가필터 미사용과 SID 150 cm에서 높게 나타났다. 선예도는 부가필터를 사용하고 SID 150 cm에서 높게 나타났다. RQA9 선질 조합조건에서는 공간분해능과 선예도는 부가필터 사용하고 SID 180 cm에서 높게 나타났다. 선질들의 스펙트럼 분석은 X선관의 재현성에 따른 오차, 검출기의 보정에 따른 오차 등 실험에서 발생하는 필연적인 오차를 줄여 가장 이상적인 조건을 제공하는 MCNPX 시뮬레이션을 통해 스펙트럼을 분석하였다. 결론적으로 다양한 선질들에 대한 공간분해능과 선예도 결과를 제시함으로써 임상에서 사용 중인 검출기의 평가에 있어 선질조건과 검사실 환경에 맞는 정량적인 평가방법을 제시할 수 있는 기초자료로 제공하고자 한다.
본 논문은 IEC 61267에서 제시하는 RQA3, 5, 7, 9의 선질 조건과 임상검사 조건을 조합한 선질들을 사용하여 공간분해능과 선예도를 평가하고 선질들의 스펙트럼을 분석하고자 하였다. 실험방법으로 첫째, 부가필터와 SID에 따른 공간해상력 평가에 사용된 영상은 IEC 62220-1 에 제시된 edge method을 이용하여, 영상을 획득하였으며 Matlab 프로그램을 사용하여 영상에 대한 해상력 평가는 MTF 측정값 10%(0.1)에서, 선예도 평가는 MTF 측정값 50%(0.5)에서 평가하였다. 둘째, MCNPX 시뮬레이션을 이용하여 선질들의 입자플루언스율과 에너지대별 스펙트럼 분석을 하였다. 실험결과 부가필터 사용과 SID에 따른 영상품질평가에서는 RQA3 선질 조합조건에서 공간분해능과 선예도는 부가필터 미사용과 SID 100 cm에서 높게 나타났다. RQA5 선질 조합조건에서 공간분해능과 선예도는 부가필터를 사용하고 SID 100 cm에서 높게 나타났다. RQA7 선질 조합조건에서 공간분해능은 부가필터 미사용과 SID 150 cm에서 높게 나타났다. 선예도는 부가필터를 사용하고 SID 150 cm에서 높게 나타났다. RQA9 선질 조합조건에서는 공간분해능과 선예도는 부가필터 사용하고 SID 180 cm에서 높게 나타났다. 선질들의 스펙트럼 분석은 X선관의 재현성에 따른 오차, 검출기의 보정에 따른 오차 등 실험에서 발생하는 필연적인 오차를 줄여 가장 이상적인 조건을 제공하는 MCNPX 시뮬레이션을 통해 스펙트럼을 분석하였다. 결론적으로 다양한 선질들에 대한 공간분해능과 선예도 결과를 제시함으로써 임상에서 사용 중인 검출기의 평가에 있어 선질조건과 검사실 환경에 맞는 정량적인 평가방법을 제시할 수 있는 기초자료로 제공하고자 한다.
This study assess their quality of radiation on analysis of the spectrum of resolution suggesting IEC 61267 in radiation quality that RQA3, RQA5, RQA7, RQA9 and combination of clinical condition using several quality of radiation. In experiments edge method first, the spatial resolution assessment u...
This study assess their quality of radiation on analysis of the spectrum of resolution suggesting IEC 61267 in radiation quality that RQA3, RQA5, RQA7, RQA9 and combination of clinical condition using several quality of radiation. In experiments edge method first, the spatial resolution assessment used image of the additional filter and SID is obtained the IEC 62220-1, spatial resolution and sharpness of the obtained image was evaluated in the MTF value 10%(0.1), MTF value 50%(0.5) using a Matlab program. Second, MCNPX simulation used spatial resolution analysis was radiation quality particle fluence and spectrum analysis in energy. As a result, make use of additional filter, image quality evaluation of SID that RQA3 radiation quality combination qualification is higher spatial resolution and sharpness make unused of additional filter and SID 100cm. RQA7 radiation quality combination qualification is higher that spatial resolution make unused of additional filter and SID 150cm. RQA9 radiation quality combination qualification is higher that spatial resolution and sharpness make used of additional filter and SID 180cm. spectrum analysis of radiation quality by reducing consequent errors occurring in the experiment that error due to the reproducibility of the X-ray tube, occur in an error of correction the detector suggest ideal conditions from spectrum analysis through MCNPX simulation. In conclusion, by suggesting spatial resolution and sharpness of result for various radiation quality, It provide basic data that radiation quality condition and quantitative assessment method for laboratory in clinical using detector evaluation.
This study assess their quality of radiation on analysis of the spectrum of resolution suggesting IEC 61267 in radiation quality that RQA3, RQA5, RQA7, RQA9 and combination of clinical condition using several quality of radiation. In experiments edge method first, the spatial resolution assessment used image of the additional filter and SID is obtained the IEC 62220-1, spatial resolution and sharpness of the obtained image was evaluated in the MTF value 10%(0.1), MTF value 50%(0.5) using a Matlab program. Second, MCNPX simulation used spatial resolution analysis was radiation quality particle fluence and spectrum analysis in energy. As a result, make use of additional filter, image quality evaluation of SID that RQA3 radiation quality combination qualification is higher spatial resolution and sharpness make unused of additional filter and SID 100cm. RQA7 radiation quality combination qualification is higher that spatial resolution make unused of additional filter and SID 150cm. RQA9 radiation quality combination qualification is higher that spatial resolution and sharpness make used of additional filter and SID 180cm. spectrum analysis of radiation quality by reducing consequent errors occurring in the experiment that error due to the reproducibility of the X-ray tube, occur in an error of correction the detector suggest ideal conditions from spectrum analysis through MCNPX simulation. In conclusion, by suggesting spatial resolution and sharpness of result for various radiation quality, It provide basic data that radiation quality condition and quantitative assessment method for laboratory in clinical using detector evaluation.
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문제 정의
본 실험은 IEC에서 제시하는 방사선질과 임상검사조건을 조합한 선질에 대한 공간분해능과 선예도를 평가하고 스펙트럼을 분석한 논문이었다. 본 논문에서 영상 획득을 위한 TX5 Tungsten Edge Test Device를 사용 하여 본 저자의 기존실험과 다른 결과 값을 나타내었다 [13].
이번 연구는 IEC 에서 제시하는 방법과 실제 임상에서 사용되는 검사조건을 조합한 선질들에 대하여 부가필터와 SID에 따른 다양한 공간해상력을 평가한 연구였다. 이러한 결과를 토대로 영상품질평가에서 다양한 임상조건들을 제시함으로써 검사조건과 검사실 환경에 맞는 정량적인 평가 방법을 제시할 수 있는 기초자료로 제공하고자 한다.
디지털 방사선 의료영상품질평가의 기준은 IEC에서 평가방법을 권고하고 있는 실정이다. 이번 연구는 IEC 에서 제시하는 방법과 실제 임상에서 사용되는 검사조건을 조합한 선질들에 대하여 부가필터와 SID에 따른 다양한 공간해상력을 평가한 연구였다. 이러한 결과를 토대로 영상품질평가에서 다양한 임상조건들을 제시함으로써 검사조건과 검사실 환경에 맞는 정량적인 평가 방법을 제시할 수 있는 기초자료로 제공하고자 한다.
특히 진단용 엑스선발생장치의 최적화와 표준화를 위해서는 엑스선 선원의 스펙트럼에 대한 상세한 이해가 필요하나, 진단용 X선 발생장치에서 X선 스펙트럼에 대한 연구는 미미한 실정이다 [11][12]. 이에 본 논문은 IEC 61267에서 제시하는 RQA3, RQA5, RQA7, RQA9 조건 및 임상검사조건을 조합한 선질을 사용하여 첫째, 부가필터 및, 초점-영상 검출기의 거리(source image receptor distance, SID)에 따른 공간분해능과 선예도를 평가하고, 둘째로 MCNPX 시뮬레이션을 이용하여 공간해상력 분석에 사용된 선질들의 입자플루언스율과 에너지대별 스펙트럼 분석을 해 보고자 한다.
5와 곡선이 교차하는 곳의 공간주파수를 사용한다 [10]. 진단용 X선발생장치에서 방출되는 X선 스펙트럼에 관한 분석은 영상의 질 향상과 환자의 피폭선량 평가의 기초자료가 된다. 특히 진단용 엑스선발생장치의 최적화와 표준화를 위해서는 엑스선 선원의 스펙트럼에 대한 상세한 이해가 필요하나, 진단용 X선 발생장치에서 X선 스펙트럼에 대한 연구는 미미한 실정이다 [11][12].
제안 방법
정량적인 영상품질 평가를 위하여 Matlab R2007a(The MathWorks, Natick, MA, USA)를 이용하였다. X선 스펙트럼 측정은 MCNPX(Los Alamos National Laboratory, USA)을 이용하여 가상의 공간에서 초점과 X선관, 고유필터, 부가필터, 격자를 모사하여 전자당 생성된 광자의 입자플루언스율과 에너지대별 스펙트럼을 측정하였다. 에너지대 별 생성된 광자의 수를 측정하기 위하여 선택한 tally는 F5번으로 설정하였으며, N/cm2·e 단위로 표현하였다.
X선 스펙트럼을 측정하기 위하여 MCNPX 시뮬레이션을 사용하여 앞의 조건과 동일하게 설정하여 모의실험을 진행하였다.
본 실험은 IEC에서 제시하는 방사선질과 임상검사조건을 조합한 선질에 대한 공간분해능과 선예도를 평가하고 스펙트럼을 분석한 논문이었다. 본 논문에서 영상 획득을 위한 TX5 Tungsten Edge Test Device를 사용 하여 본 저자의 기존실험과 다른 결과 값을 나타내었다 [13].
정량적인 영상 품질평가를 위한 공간해상력 측정에 사용된 선질은 IEC에서 제시하는 선질을 동일하게 주고 부가적인 조건을 변화시켜 비교분석하였다. 부가필터는 IEC 61267에서 방사선질 별로 제시하는 알루미늄 부가필터를 사용하여 IEC 62220-1에서 제시하는 edge method을 사용, 검출기 표면으로부터 3° 기울기로 실험하여 영상을 획득하였으며 Matlab 프로그램을 사용하여 획득한 영상에 대한 공간분해능 및 선예도를 평가하였다[Table 1][Fig 2].
대상 데이터
MTF 측정을 위한 실험장비는 DXG325R(Listem. Korea), X선관은 E7876X(Toshiba. Japan), 검출기는 FDX4343R(Toshiba. Japan)을 사용하였으며 검출기의 세부사양으로 변환층 a-Si(CsI:Tl), 반응면적 430(H)×439(V), 메트릭스 3008(H)×3072(V), 픽셀 크기 143 μm , 최대 검출가능한 공간주파수는 3.5 lp/mm, 에너지 범위 40-150 kVp를 나타낸다.
5 lp/mm, 에너지 범위 40-150 kVp를 나타낸다. 영상획득을 위해 사용한 엣지 팬텀은 IEC 62220-1 규격의 TX5 Tungsten Edge Test Device(IBA Dosimetry, USA)를 사용하였다[Fig. 1]. 정량적인 영상품질 평가를 위하여 Matlab R2007a(The MathWorks, Natick, MA, USA)를 이용하였다.
데이터처리
부가필터는 IEC 61267에서 방사선질 별로 제시하는 알루미늄 부가필터를 사용하여 IEC 62220-1에서 제시하는 edge method을 사용, 검출기 표면으로부터 3° 기울기로 실험하여 영상을 획득하였으며 Matlab 프로그램을 사용하여 획득한 영상에 대한 공간분해능 및 선예도를 평가하였다[Table 1][Fig 2].
이론/모형
1]. 정량적인 영상품질 평가를 위하여 Matlab R2007a(The MathWorks, Natick, MA, USA)를 이용하였다. X선 스펙트럼 측정은 MCNPX(Los Alamos National Laboratory, USA)을 이용하여 가상의 공간에서 초점과 X선관, 고유필터, 부가필터, 격자를 모사하여 전자당 생성된 광자의 입자플루언스율과 에너지대별 스펙트럼을 측정하였다.
성능/효과
RQA3, 5, 7, 9 영상품질평가에서는 부가필터 사용 유·무, SID차이에 따라 RQA3 선질(50 kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조건에서 공간분해능과 선예도는 부가필터 미사용, SID 100 cm에서 높게 나타났다.
RQA3, 5, 7, 9 영상품질평가에서는 부가필터 사용 유·무, SID차이에 따라 RQA3 선질(50 kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조건에서 공간분해능과 선예도는 부가필터 미사용, SID 100 cm에서 높게 나타났다. RQA5 선질(70 kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조건에서 공간분해능과 선예도는 부가필터를 사용, SID 100 cm에서 높게 나타났다. RQA7 선질(90kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조건에서 공간분해능은 부가필터 미사용, SID 150 cm에서 높게 나타났으며, 선예도는 부가필터를 사용하고 SID 150 cm에서 높게 나타났다.
RQA5 선질(70 kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조건에서 공간분해능과 선예도는 부가필터를 사용, SID 100 cm에서 높게 나타났다. RQA7 선질(90kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조건에서 공간분해능은 부가필터 미사용, SID 150 cm에서 높게 나타났으며, 선예도는 부가필터를 사용하고 SID 150 cm에서 높게 나타났다. RQA9 선질(120(kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조 건에서는 공간분해능과 선예도는 부가필터 사용, SID 180 cm에서 높게 나타났다.
RQA7 선질(90kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조건에서 공간분해능은 부가필터 미사용, SID 150 cm에서 높게 나타났으며, 선예도는 부가필터를 사용하고 SID 150 cm에서 높게 나타났다. RQA9 선질(120(kVp)을 이용한 네 가지의 선질 조합조 건에서는 공간분해능과 선예도는 부가필터 사용, SID 180 cm에서 높게 나타났다.
40 lp/mm를 나타내었다. 스펙트럼결과에서 평균에너지는 SID 100, 150 cm에서 14.3, 15.1 keV를 나타내었으며, 특성에너지는 9.0 keV로 동일하게 나타났다.
13 lp/mm 를 나타내었다. 스펙트럼결과에서 평균에너지는 SID 100, 150 cm에서 18.6, 18.7 keV를 나타내었으며, 특성에너지는 9.0 keV로 동일하게 나타났다.
16 lp/mm를 나타내었다. 스펙트럼결과에서 평균에너지는 SID 100, 150 cm에서 23.4 keV로 동일하게 나타났으며, 특성에너지는 9.0 keV로 동일하게 나타났다.
41lp/mm를 나타내었다. 스펙트럼결과에서 평균에너지는 SID 180, 150 cm에서 30.1 keV로 동일하게 나타났으며, 특성에너지는 9.0 keV로 동일하게 나타났다.
정 등의 논문에서 일반적으로 의료 영상 시스템에서 일반 X선 촬영의 진단 주파수영역은 1.0 ∼ 3.0 lp/mm의 공간주파수를 나타낸다고 하였으며[14], 본 논문에서도 MTF 가 10%일 때 공간주파수는 2.21 ∼ 3.48 lp/mm, MTF 가 50%에서 공간주파수는 1.02 ∼ 2.21 lp/mm를 나타내어 일반 X선 촬영의 진단 주파수영역을 만족하였다.
후속연구
본 연구의 한계점으로는 첫째, 영상품질평가에 사용된 영상은 미 가공 데이터가 아닌 제조사에서 제공되는 Image Enhancement를 거친 영상을 사용하였으며, 둘째, SID에 대해서 더 세분화된 자료를 제공하지 못하였으며, 셋째, 부가필터의 재질 및 두께에 대한 다양한 스펙트럼결과를 제시하지 못한 연구였다.
향후, 본 연구 방법을 바탕으로 디지털 방사선 영상 시스템에서 사용 중인 검출기에 대한 평가방법으로 추가로 NPS와 DQE에 대한 연구를 진행한다면, IEC에서 제시하는 방법이 아닌 실제 임상환경에 맞는 적절한 검출기에 대한 평가방법을 제시 할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
디지털 방사선영상시스템의 장점은 무엇인가?
디지털 방사선영상시스템은 높은 해상도, 넓어진 동적영역, 높은 전기적 신호생성, 데이터 처리, 저장 및 전송과 실시간 영상처리 및 재생이 가능할 뿐 만 아니라 적은 방사선량으로 고해상도의 영상을 획득하는데 장점이 있다[1]. 최초의 디지털 영상시스템은 섬광체인 Gd2O2S(Gadolinum Oxysulfide)와 결합된 1024 배열의 분리된 광다이오드를 사용한 단일 선 영상(single-line-scanning)이었다[2].
디지털 방사선영상시스템에서 영상품질 평가는 무엇을 이용하는가?
최초의 디지털 영상시스템은 섬광체인 Gd2O2S(Gadolinum Oxysulfide)와 결합된 1024 배열의 분리된 광다이오드를 사용한 단일 선 영상(single-line-scanning)이었다[2]. 디지털 방사선영상시스템(Digital Radiography system)에서 영상품질 평가는 변조전달함수(modulation transfer function, MTF), 잡음력 스펙트럼(noise power spectrum, NPS), 양자검 출효율(detective quantum efficiency, DQE)를 이용한다[3-5]. 디지털 방사선 시스템의 평가는 평가방법에 따라 다른 값을 가질 수 있기 때문에 국제전자기술위원회(IEC)에서 표준화된 측정규약을 제정한 바 있다 [6][7].
변조전달함수의 특징은 무엇인가?
MTF는 영상화질 평가에서 해상력특성에 대해 평가하는 척도로 많이 사용되고 있다. MTF는 영상의 전 영역에 걸쳐 공간주파수(Spatial frequency : line pairs/mm)의 시스템 성능에 대한 대조도 응답 정보를 나타내기 때문에 디지털 방사선영상시스템에서 정량적 분석 시 척도가 되며, 전달능을 나타낸다[8][9]. MTF 평가방법에서 공간분해능의 평가는 MTF = 0.
참고문헌 (16)
M. J. Yaffe and J. A. Rowlands, "X-ray detectors for digital radiography," Physics in Medicine and Biology, Vol.42, No.1, pp.1-39, 1997.
M. M. Tesic, R. A. Mattson, G. T. Barnes, R. A. Sones, and J. B. Stickney, "Digital radiography of the chest: design features and considerations for a prototype unit," Radiology, Vol.148, No.1, pp.259-264, 1983.
Maryellen Lissak Giger and Kunio Doi, "Investigation of basic imaging properties in digital radiography: Modulation Transfer Function," Medical Physics, Vol.11, No.3, pp.287-295, 1984.
Richard L Van Metter, Jacob Beutel, and Harold L Kundel, "Handbook of Medical Imaging," Physics and Psychophysics, Vol.1, 2000.
J. T. Dobbins, D. L. Ergun, L. Rutz, D. A. Hinshaw, H. Blume, and D. C. Clark, "DQE(f) off our generations of computed radiography acquisition devices," Medical Physics, Vol.22, No.10, pp.1581-1593, 1995.
IEC62220-1, "Medical Electrical Equipment Characteristics of Digital X-Ray Imaging Devices - Part 1, Determination of the Detective Quantum Efficiency," 2003.
IEC 61267, "Medical diagnostic X-ray Equipment Radiation Conditions for use in the Determination of Characteristics," 2005.
정은선, 비정질 셀레늄 검출기의 변조전달함수(MTF)를 구하기 위한 Monte Carlo 전산 모사 연구, 인제대학교 대학원, 석사학위논문, 2005.
Kawashita Ikuo, Maeda Kouji, Arimura Hidetaka, Morikawa Kaoru, and Ishida Takayuki, "Development of an automated method for evaluation of sharpness of digital radiographs using edge method," Physics of Medical Imaging, Proceedings of SPIE, Vol.4320, pp.331-338, 2001.
강태욱, 간접변환방식(a-Si)의 디지털 X선 촬영 장치의 성능평가, 고려대학교 의용과학 대학원 의학물리학과, 석사학위논문, 2010
L. E. Antonuk, Y. EI-Mohri, J. H. Siewerdsen, J. Yorkston, W. Huang, V. E. Scarpine, and R. A. Street, "Empirical investigation of the signal performance of a high-resolution, ondirect detection, active matrix flat-panel image(AMFPI) for flouroscopic and radiographic operation," Med. Phys., Vol.24, No.1, pp.51-70, 1997.
정지영, 박혜숙, 조효민, 이창래, 남소라, 이영진, 김희중, "CR 시스템의 종류와 I.P 크기에 따른 정량적 영상특성평가," 한국의학물리학회지, 제19권, 제4호, pp.63-72, 2008.
R. H. Behrman, "The impact of increased Al Filtration on x-ray tube loading and image quality in diagnostic radiology," Med Phys, Vol.30, No.1, pp.9-78, 2003.
Jone M. Boone and J. Antony Seibert, "An accurate method for computer-generating tungsten anode x-ray spectra from 30 to 140kV," Medical Physics, Vol.24, No.11, pp.1661-1670, 1997.
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