듀얼 에너지 디지털 촬영법 (dual-energy digital radiography, DEDR)은 에너지 감산법을 이용하여 신체 내 병변을 감지하는 데 사용 되어 왔다. 본 연구에서는 DEDR을 이용하여 관전압과 부가필터와 같은 물리적 인자를 변화시킴으로써 최적의 뼈와 조직 영상을 획득하고, SRS-78 프로그램으로 예측한 값과 비교하고자 한다. 에너지 감산법을 이용하여 뼈와 조직의 분리된 영상을 획득하기 위하여 다양한 물질의 물리적 인자의 변화에 따른 영상을 구하였다. 연구에 사용된 팬텀은 알루미늄과 polymethyl methacrylate (PMMA)로 구성되었으며, 영상의 최적화는 대조도 대 잡음비 (contrast-to-noise ratio, CNR)로 측정하였다. 실험 결과 50 kVp와 120 kVp 두 영상의 감산 영상이 최적의 뼈와 조직의 분리 영상임을 확인 할 수 있었다. 또한 고 에너지에 10 mm 알루미늄 부가필터를 추가하였을 때, 최적의 뼈와 조직의 분리 효과를 기대 할 수 있었다. 이러한 결과는 실험 전에 SRS-78 프로그램으로 예측한 최적화 조건과 일치함을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 관전압이나 부가필터 두께와 같은 물리적 인자를 적절하게 조절한다면 최적의 영상을 얻을 수 있음을 확인하였고, DEDR을 이용하여 원하는 부분만을 표현함으로써 의료영상분야에 기여하고 응용분야를 확장 할 수 있을 것으로 기대한다.
듀얼 에너지 디지털 촬영법 (dual-energy digital radiography, DEDR)은 에너지 감산법을 이용하여 신체 내 병변을 감지하는 데 사용 되어 왔다. 본 연구에서는 DEDR을 이용하여 관전압과 부가필터와 같은 물리적 인자를 변화시킴으로써 최적의 뼈와 조직 영상을 획득하고, SRS-78 프로그램으로 예측한 값과 비교하고자 한다. 에너지 감산법을 이용하여 뼈와 조직의 분리된 영상을 획득하기 위하여 다양한 물질의 물리적 인자의 변화에 따른 영상을 구하였다. 연구에 사용된 팬텀은 알루미늄과 polymethyl methacrylate (PMMA)로 구성되었으며, 영상의 최적화는 대조도 대 잡음비 (contrast-to-noise ratio, CNR)로 측정하였다. 실험 결과 50 kVp와 120 kVp 두 영상의 감산 영상이 최적의 뼈와 조직의 분리 영상임을 확인 할 수 있었다. 또한 고 에너지에 10 mm 알루미늄 부가필터를 추가하였을 때, 최적의 뼈와 조직의 분리 효과를 기대 할 수 있었다. 이러한 결과는 실험 전에 SRS-78 프로그램으로 예측한 최적화 조건과 일치함을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 관전압이나 부가필터 두께와 같은 물리적 인자를 적절하게 조절한다면 최적의 영상을 얻을 수 있음을 확인하였고, DEDR을 이용하여 원하는 부분만을 표현함으로써 의료영상분야에 기여하고 응용분야를 확장 할 수 있을 것으로 기대한다.
Dual-energy digital radiography (DEDR) has been used for detecting lesions within the body using energy subtraction methods. The purpose of this study was to acquire optimal bone and tissue image by changing physical factors such as Tube voltage (kVp) and add filters, and then we compared with the p...
Dual-energy digital radiography (DEDR) has been used for detecting lesions within the body using energy subtraction methods. The purpose of this study was to acquire optimal bone and tissue image by changing physical factors such as Tube voltage (kVp) and add filters, and then we compared with the predicted values using SRS-78 program and experimental results. For that purpose, we acquired images according to changes in physical parameters of various materials since we had to acquire the optimal bone and tissue image using energy subtraction. Used phantom consists of aluminum and polymethyl methacrylate (PMMA) and a comparison of image optimization was measured by contrast-to-noise ratio (CNR). In results, first of all, we confirmed that a subtraction image from 50 kVp image and 120 kVp image is optimal bone and tissue image. Also when we added a 10 mm Aluminum add filter, we expected it is a result of the optimal bone and tissue image. Besides, we confirmed these results are consistent with the predicted optimized condition by SRS-78 program.. In conclusion, we indicated that we can acquire optimal bone and tissue image by controling physical factors such as kVp, add filters through this study. Also we expected that DEDR will contribute to the field of medical imaging technology.
Dual-energy digital radiography (DEDR) has been used for detecting lesions within the body using energy subtraction methods. The purpose of this study was to acquire optimal bone and tissue image by changing physical factors such as Tube voltage (kVp) and add filters, and then we compared with the predicted values using SRS-78 program and experimental results. For that purpose, we acquired images according to changes in physical parameters of various materials since we had to acquire the optimal bone and tissue image using energy subtraction. Used phantom consists of aluminum and polymethyl methacrylate (PMMA) and a comparison of image optimization was measured by contrast-to-noise ratio (CNR). In results, first of all, we confirmed that a subtraction image from 50 kVp image and 120 kVp image is optimal bone and tissue image. Also when we added a 10 mm Aluminum add filter, we expected it is a result of the optimal bone and tissue image. Besides, we confirmed these results are consistent with the predicted optimized condition by SRS-78 program.. In conclusion, we indicated that we can acquire optimal bone and tissue image by controling physical factors such as kVp, add filters through this study. Also we expected that DEDR will contribute to the field of medical imaging technology.
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문제 정의
[5] 이 프로그램은 750 mm만큼 떨어진 곳에 위치한 물체에 적용되는 에너지 분포를 나타내며, 관전압, 고유필터, 부가필터, 표적물질 등 물리적 인자를 원하는 조건에 맞게 설정할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 SRS-78 프로그램을 이용하여 실험에 맞는 스펙트럼을 얻고 그 스펙트럼을 통해 에너지 감산법을 하였을 때 어떤 조건에서 가장 최적화된 영상을 얻을 수 있을지 미리 예측하였다.
본 연구에서는 에너지 감산법을 이용하였으며 X-ray 영상에 적용하면서 영상 중첩에 의한 문제점을 어느정도 보완할 수 있는지 알아보고자 한다. 연구 목적을 위하여 인체의 뼈와 조직의 역할을 하는 알루미늄-PMMA 팬텀을 이용하여 kVp와 알루미늄 부가필터의 유무와 두께 변화에 따른 영상의 변화를 나타내었다.
제안 방법
첫 번째 단계는 실험에 앞서 SRS-78 프로그램을 이용하여 관전압과 알루미늄 부가 필터 두께에 따른 에너지 스펙트럼을 구하였다.
세 번째 단계는 획득한 영상을 MATLAB을 이용하여 각 영상에서 팬텀만 확대하였다. low energy 영상과 high energy 영상을 에너지 감산법을 이용해서 PMMA는 감산되고, 알루미늄이 강조된 영상을 획득하였고 대조도 대 잡음비 (contrast-to-noise ratio, CNR)을 평가하였다.
검출기는 비정질셀레늄을 이용한 TFT방식이며 2,560 × 3,072 화면해상도의 장비를 사용하였다.
두 번째 단계는 실제 X-ray 발생장치를 이용해서 영상을 획득하는 것이다. 검출기에 고정시킨 알루미늄 -PMMA 팬텀을 실험계획에 맞게 관전압에 변화를 주고 두께가 다른 알루미늄 부가 필터를 놓고 촬영하였다. 세 번째 단계는 획득한 영상을 MATLAB을 이용하여 각 영상에서 팬텀만 확대하였다.
그리고 이 결과를 토대로 에너지 감산법을 실시하였을 때 최적화된 영상을 얻을 수 있는 조건을 미리 예측하였다. 관전압 변화는 low energy를 50, 60, 그리고 70 kVp로 설정하였고 high energy로 100, 110, 120 kVp를 설정하였으며, high energy에 알루미늄 부가필터 2, 5, 7, 10 mm로 설정하였다. 두 번째 단계는 실제 X-ray 발생장치를 이용해서 영상을 획득하는 것이다.
첫 번째 단계는 실험에 앞서 SRS-78 프로그램을 이용하여 관전압과 알루미늄 부가 필터 두께에 따른 에너지 스펙트럼을 구하였다. 그리고 이 결과를 토대로 에너지 감산법을 실시하였을 때 최적화된 영상을 얻을 수 있는 조건을 미리 예측하였다. 관전압 변화는 low energy를 50, 60, 그리고 70 kVp로 설정하였고 high energy로 100, 110, 120 kVp를 설정하였으며, high energy에 알루미늄 부가필터 2, 5, 7, 10 mm로 설정하였다.
검출기에 고정시킨 알루미늄 -PMMA 팬텀을 실험계획에 맞게 관전압에 변화를 주고 두께가 다른 알루미늄 부가 필터를 놓고 촬영하였다. 세 번째 단계는 획득한 영상을 MATLAB을 이용하여 각 영상에서 팬텀만 확대하였다. low energy 영상과 high energy 영상을 에너지 감산법을 이용해서 PMMA는 감산되고, 알루미늄이 강조된 영상을 획득하였고 대조도 대 잡음비 (contrast-to-noise ratio, CNR)을 평가하였다.
실제 제안된 시스템의 구현에 앞서서 그림 2와 같이 SRS-78 프로그램으로 에너지 감산법으로 영상을 획득할 때 필요한 최적의 조건을 구하였다. 그림 2에서, 두 그래프가 적당히 분리되었기 때문에 50 kVp의 low energy와 120 kVp에 10 mm 알루미늄 부가 필터를 사용한 high energy를 감산할 때 최적의 영상을 획득함을 예측하였다.
본 연구에서는 에너지 감산법을 이용하였으며 X-ray 영상에 적용하면서 영상 중첩에 의한 문제점을 어느정도 보완할 수 있는지 알아보고자 한다. 연구 목적을 위하여 인체의 뼈와 조직의 역할을 하는 알루미늄-PMMA 팬텀을 이용하여 kVp와 알루미늄 부가필터의 유무와 두께 변화에 따른 영상의 변화를 나타내었다.
대상 데이터
1. Aluminum-PMMA phantom consisted of 4 mm aluminum and 25 mm PMMA.
성능/효과
특히, 부가필터 사용유무에 따른 영상 및 CNR의 차이를 분석한 결과 high energy에 부가필터를 사용하지않은 영상의 subtraction 은 부가필터를 사용한 영상의 subtraction 영상들과 차이가 나는 것을 육안으로 확인할 수 있었다.
결론적으로, 듀얼 에너지 기법을 이용한 X-ray 최적화된 영상 조건은 low energy로 50 kVp, high energy로 10 mm 알루미늄 부가필터를 부착한 120 kVp 임을 구하였다. 이 결과는 우리가 실험 전에 SRS-78 프로그램으로 예측한 최적화 조건과 일치하였다.
연구 결과를 살펴보면 알루미늄 두께가 10 mm 일때 120 kVp와 50 kVp를 subtraction한 영상이 CNR이 가장 우수함을 알 수 있었다. 또한, 120 kVp와 50 kVp 관전압 조건에서 high energy의 부가 필터 알루미늄 두께가 10 mm일 때 CNR이 가장 높음을 알 수 있었다.
연구 결과를 살펴보면 알루미늄 두께가 10 mm 일때 120 kVp와 50 kVp를 subtraction한 영상이 CNR이 가장 우수함을 알 수 있었다. 또한, 120 kVp와 50 kVp 관전압 조건에서 high energy의 부가 필터 알루미늄 두께가 10 mm일 때 CNR이 가장 높음을 알 수 있었다.
후속연구
본 연구에서 사용한 듀얼 에너지 기법은 최근에 큰 이슈가 되어 여러 방면에서 활발하게 연구가 수행 중이며, 그 중에서도 CT 분야는 듀얼 에너지 기법을 집중적으로 연구하고 실용화하는 단계가 진행 중에 있다. 또한 듀얼 에너지 기법을 기반으로 하여 한 번의 촬영으로 뼈 또는 연부조직을 강조한 영상을 획득하는 방법에 관한 연구결과는 최근 여러 관련 학회에서 발표되고 있다.
또한 듀얼 에너지 기법을 기반으로 하여 한 번의 촬영으로 뼈 또는 연부조직을 강조한 영상을 획득하는 방법에 관한 연구결과는 최근 여러 관련 학회에서 발표되고 있다. 이러한 듀얼 에너지 기법은 앞으로 영상 처리 분야에 기여하고 응용분야를 확장할 수 있을 것으로 기대되며, 본 연구결과는 그 기반 연구로 사용될 수 있을 것이라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시간 감산법이란 무엇인가?
듀얼에너지 기법을 이용한 감산법에는 시간 감산법과 에너지 감산법이 있다. 시간 감산법이란 조영제를 투입하기 전 후의 마스크 상과 대조도 상을 이용한 방법이며 에너지 감산법은 서로 다른 두 에너지 영역에서 촬영한 영상을 이용하여 영상을 분리하는 방법이다.
듀얼에너지 기법을 이용한 감산법에는 무엇이 있는가?
듀얼에너지 기법을 이용한 감산법에는 시간 감산법과 에너지 감산법이 있다. 시간 감산법이란 조영제를 투입하기 전 후의 마스크 상과 대조도 상을 이용한 방법이며 에너지 감산법은 서로 다른 두 에너지 영역에서 촬영한 영상을 이용하여 영상을 분리하는 방법이다.
디지털 영상의 한계는 무엇인가?
이러한 변화는 컴퓨터 기술이 발달함에 따라 일반적으로 보편화되면서 의료영상의 큰 변화를 가져왔다.[1] 그러나 인체영상획득 시 중첩에 의해 뼈와 연부조직이 겹쳐진 부분의 구분이 어렵다는 문제점이 발생했다. 따라서 여러병변의 미세변화를 관측하는데 어려움이 있고 불필요한 잡음으로 인해 영상의 질을 떨어뜨린다는 문제점을 안고 있었다.
참고문헌 (5)
Y. Lee, J. Shin, K. Seo, Y. Choi, S. Lee, Y. Lee and H. Kim, "The study on optimal acquisition condition and image processing," Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 51, pp. 897-902, 2014.
H. Toda, K. Shimizu, K. Uesugi, Y. Suzuki and M. Kobayashi, "Application of dual-energy K-edge subtraction imaging to assessment of heat treatments in Al-Cu alloys," Materials Transactions, vol. 51 pp. 2045-2048, 2010.
H. Ding, J. L. Ducote and S. Molloi, "Measurement of breast tissue composition with dual energy cone-beam computed tomography: a postmortem study," Medical Physics, vol. 40 pp. 061902-1-12, 2013.
D. Kim, Y. Kim, S. Choi, H. Lee, S. Choi and H. Kim, "A feasibility study for anatomical noise reduction in dual-energy chest digital tomosynthesis", Journal of Instrumentation, doi:10.1088/1748-0221/11/01/P01016, 2016.
Y. Lee, A. C. Lee and H. Kim, "A Monte Carlo simulation study of an improved K-edge log-subtraction X-ray imaging using a photon counting CdTe detector," Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 830, pp. 381-390, 2016.
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