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문제 정의
- 본 연구에서는 피사체 두께 증가에 따른 산란선 발생비율과 산란선에 의한 영상 화질을 평가하였다. 피사체 두께 증가에 따른 산란선 발생 비율의 평가는 MCNPX 시뮬레이션과 실제 동일 기하학적 구조에서의 산란선량 측정을 통해 비교 분석하였다.
제안 방법
- Fig. 2 (a) 모식도와 동일하게 ANSI 팬텀 하부에 진단용 X선 센서를 위치시키고, X선을 노출시켜 주선속량과 산란선량을 포함하는 총 선량을 측정하였다. 또한 Fig.
- 또한 Fig. 2 (b)와 같이 진단에너지 영역에서 약 99.9 % 이상 차폐시키는 3 mmPb을 ANSI 팬텀상부에 위치시키고, 하부에 진단용 X선 센서를 위치시킨 후, X선을 조사하여 주선속이 포함되지 않은 산란선량만 측정하였다. 측정된 결과를 아래의 식을 이용하여 산란선 비율을 산출하였다.
- 2 모식도와 같이 설치하였다. ANSI 팬텀 하단에 진단용 X선 센서(XR-Sensor, IBA Co., Germany)를 위치시켰다. 선원과 진단용 X선 센서 간의 거리는 100 cm로 설정하였다.
- ANSI 팬텀은 0.5 × 30.5 × 2.54 cm3 크기의 4개의 아크릴 시트와 30.5 × 30.5 × 0.1 cm3, 30.5 × 30.5 ×0.2 cm3 두께가 상이한 알루미늄시트 2개, 5.08 cm의 Air gap을 이용하여 인간의 흉부를 구현하였으며, 피사체 두께 변화를 위하여 ANSI 흉부 팬텀 상부에 1 inch 두께의 아크릴 팬텀을 한 장씩 증가시키면서 측정하였다.
- MCNPX 시뮬레이션과의 비교를 위한 목적으로 피사체 두께 변화에 대한 산란선 발생량을 측정하였다. 산란선 발생 비율 측정은 포스콤사의 진단용 X선 발생장치(Radiography, POSKOM Co.
- RMS, RSD 분석을 위한 X선 영상 획득은 Fig. 3에서 제시한 상용화된 평판형 검출기(FLAATZ 560, DR Tech, Co., Korea)를 사용하였다.
- 2와 기하학적으로 동일하게 구성하여 X선 조사시 발생하는 산란선 비율을 모의 추정하였다. 그 후, ANSI 팬텀 상부에 1 inch 두께의 아크릴 팬텀을 위치시키면서 피사체 두께 변화에 대한 산란선 비율을 추정하였다.
- 본 연구에서는 피사체 두께변화에 따른 산란선량 평가를 위해 MCNPX 시뮬레이션과 실제 산란선량을 측정 비교하였다. 또한 피사체 두께 변화에 대한 X선 영상을 획득하여 산란선에 의한 화질 영향을 RMS, RSD 및 NPS를 산출하여 분석하였다.
- 모의실험에는 MCNPX(Los Alamos National Laboratory, USA)를 사용하였다. 모의실험 내의 ANSI 팬텀의 구조는 Fig. 2와 기하학적으로 동일하게 구성하여 X선 조사시 발생하는 산란선 비율을 모의 추정하였다. 그 후, ANSI 팬텀 상부에 1 inch 두께의 아크릴 팬텀을 위치시키면서 피사체 두께 변화에 대한 산란선 비율을 추정하였다.
- 본 연구에서는 피사체 두께변화에 따른 산란선량 평가를 위해 MCNPX 시뮬레이션과 실제 산란선량을 측정 비교하였다. 또한 피사체 두께 변화에 대한 X선 영상을 획득하여 산란선에 의한 화질 영향을 RMS, RSD 및 NPS를 산출하여 분석하였다.
- 이에 본 연구에서 피사체 두께 변화에 대한 산란선 발생이 의료 영상 화질에 미치는 영향 RMS, RSD 및 NPS 분석을 통해 정량적으로 분석하였다. 본 연구의 결과에서 나타나듯 피사체 두께가 증가되면 실제 검출기에 입사되는 입사선량이 감소하기 때문에 이를 보상하기 위해 동일 촬영 부위에 대해 피사체 두께가 증가되면 관전류량을 증가시켜 영상을 획득하게 된다.
- MCNPX 시뮬레이션과의 비교를 위한 목적으로 피사체 두께 변화에 대한 산란선 발생량을 측정하였다. 산란선 발생 비율 측정은 포스콤사의 진단용 X선 발생장치(Radiography, POSKOM Co., Korea)을 이용하여 Fig. 2 모식도와 같이 설치하였다. ANSI 팬텀 하단에 진단용 X선 센서(XR-Sensor, IBA Co.
- 산란선량 증가가 영상화질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 아크릴 팬텀 두께별로 획득된 X선 영상을 Octave S/W(Octave Ver. 4.0.2, Free Software Foundation Inc, USA) 이용하여 RMS, RSD를 산출하였다. 이 때, 영상의 ROI 영역을 512×512의 픽셀배열로 설정하였고, 각 팬텀 두께별로 5장의 영상을 획득하여 RAW 데이터를 평균처리하여 RMS, RSD를 평가하였다.
- 산란선변화에 따른 노이즈를 분석하기위해서 NPS를 측정하였다. 실험은 Fig.
- 실험에 앞서 ANSI 팬텀을 모의실험 상에 구현하여 산란선 비율을 모의 추정하였다. 모의실험에는 MCNPX(Los Alamos National Laboratory, USA)를 사용하였다.
- 이 때, 영상의 ROI 영역을 512×512의 픽셀배열로 설정하였고, 각 팬텀 두께별로 5장의 영상을 획득하여 RAW 데이터를 평균처리하여 RMS, RSD를 평가하였다.
- 인체 내 질병의 유무를 진단하기 위한 목적으로 X선의 이용이 증가함에 따라 환자 피폭과 의료 영상 화질에 대한 최적화 연구는 지속적으로 수행되고 있다. 이에 본 연구에서 피사체 두께 변화에 대한 산란선 발생이 의료 영상 화질에 미치는 영향 RMS, RSD 및 NPS 분석을 통해 정량적으로 분석하였다. 본 연구의 결과에서 나타나듯 피사체 두께가 증가되면 실제 검출기에 입사되는 입사선량이 감소하기 때문에 이를 보상하기 위해 동일 촬영 부위에 대해 피사체 두께가 증가되면 관전류량을 증가시켜 영상을 획득하게 된다.
- 이에 본 연구에서는 기존 병원에서 검사빈도가 높은 흉부를 조직등가물질로 제작한 팬텀을 이용하여 피사체 두께가 변화할 경우 발생하는 산란선이 영상에 미치는 영향을 RMS(Root Mean Square ; 이하 RMS), RSD(Relative Standard Deviation ; 이하 RSD) 및 NPS(Noise Power Spectrum ; 이하 NPS) 분석을 통해 산란선의 영향을 정량적으로 평가하였다.
- 본 연구에서는 피사체 두께 증가에 따른 산란선 발생비율과 산란선에 의한 영상 화질을 평가하였다. 피사체 두께 증가에 따른 산란선 발생 비율의 평가는 MCNPX 시뮬레이션과 실제 동일 기하학적 구조에서의 산란선량 측정을 통해 비교 분석하였다. 실제 산란선량 측정 결과 팬텀 두께가 증가할수록 산란선 비율 팬텀 두께 6.
- 또한MCNPX 시뮬레이션과 실제 산란선량 측정 실험 결과는 2% 오차 정도의 유사한 결과를 도출할 수 있었다. 피사체 두께 증가에 따른 산란선량의 변화가 X선 영상 화질에 미치는 영향을 RMS, RSD 및 NPS를 통하여 정량적으로 분석하였다. 이에 RSD 또한 6.
- 획득된 영상을 ROI 512×512 픽셀영역으로 맞추어 Octave S/W 활용하여 NPS를 산출하고, 각각의 영상에서의 선량으로 normalized를 진행하였다.
- 획득된 영상을 정확하게 분석하기 위하여 ROI 중심의 100×100 size 영역의 평균 신호 값을 제거하여 얻은 산란선에 의한 노이즈 성분만을 이용하였다.
대상 데이터
- 4에 나타내었다. 모식도에 나타나듯, 검출기 상부에 흉부 촬영용 ANSI 팬텀을 위치시키고, ANSI 팬텀 상부에 두께 1 inch 아크릴 팬텀을 증가시키면서 X선 영상을 획득하였다.
- 실험에 앞서 ANSI 팬텀을 모의실험 상에 구현하여 산란선 비율을 모의 추정하였다. 모의실험에는 MCNPX(Los Alamos National Laboratory, USA)를 사용하였다. 모의실험 내의 ANSI 팬텀의 구조는 Fig.
- 병원에서 검사빈도가 높은 흉부를 조직등가물질로 제작한 ANSI (미국표준협회; American National Standards Institute) Chest Phantom을 Fig. 1과 같이 피사체로 구현하였다.
- 사용된 검출기 FLAATZ 560은 2,560 × 3,072 개의 2 차원 픽셀 배열을 가지며, 198 μm 픽셀 크기를 가지고 있다.
- 산란선변화에 따른 노이즈를 분석하기위해서 NPS를 측정하였다. 실험은 Fig. 4의 모식도와 동일하게 ANSI 흉부 팬텀을 위치시키고, ANSI 팬텀 상부에 1 inch 두께의 아크릴 팬텀을 증가시키면서 NPS 분석을 위한 X선 영상을 획득하였다. 획득된 영상을 정확하게 분석하기 위하여 ROI 중심의 100×100 size 영역의 평균 신호 값을 제거하여 얻은 산란선에 의한 노이즈 성분만을 이용하였다.
성능/효과
- Fig. 5에서 나타나듯 측정한 총 선량에 대한 산란선 비율로써 팬텀 두께가 증가할수록 산란선 발생비율은 증가하는 결과로 나타났다. 총 선량에 대한 산란선의 비율은 팬텀의 두께가 증가함에 따라 48.
- 6은 팬텀 두께 증가에 따른 RMS 및, NPS 분석을 위해 획득한 512 × 512 ROI 영역의 영상이다. 그림에서 나타나듯 팬텀의 두께가 증가할수록 팬텀내에서의 X선 감약의 증가로 인해 검출기에 도달하는 입사선량이 감소하여 영상의 농도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
- 1에 나타내었다. 두께가 증가할 경우 총 선량의 발생량은 점점 증가하였으며, 이에 따라 산란선 발생량도 증가하는 결과를 나타내었다.
- 062으로 증가하는 결과를 나타내었다. 또한 NPS 측정결과 피사체 두께 증가에 따른 노이즈 증가하는 결과로 평가되었다. 이는 팬텀 두께가 증가할수록 산란선 발생 비율이 증가하여 영상 신호에 대한 잡음이 증가되며, 이로 인해 영상 화질이 저하된다고 판단되어진다.
- 8%로 점차 증가하는 것으로 나타났다. 또한MCNPX 시뮬레이션과 실제 산란선량 측정 실험 결과는 2% 오차 정도의 유사한 결과를 도출할 수 있었다. 피사체 두께 증가에 따른 산란선량의 변화가 X선 영상 화질에 미치는 영향을 RMS, RSD 및 NPS를 통하여 정량적으로 분석하였다.
- 피사체 두께 증가에 따른 산란선 발생 비율의 평가는 MCNPX 시뮬레이션과 실제 동일 기하학적 구조에서의 산란선량 측정을 통해 비교 분석하였다. 실제 산란선량 측정 결과 팬텀 두께가 증가할수록 산란선 비율 팬텀 두께 6.1 inch에서 48.9%, 7.1 inch 57.2%, 8.1 inch 62.4% 및 9.1 inch에서 66.8%로 점차 증가하는 것으로 나타났다. 또한MCNPX 시뮬레이션과 실제 산란선량 측정 실험 결과는 2% 오차 정도의 유사한 결과를 도출할 수 있었다.
- 5에서 나타나듯 측정한 총 선량에 대한 산란선 비율로써 팬텀 두께가 증가할수록 산란선 발생비율은 증가하는 결과로 나타났다. 총 선량에 대한 산란선의 비율은 팬텀의 두께가 증가함에 따라 48.9%, 57.2%, 62.4%, 66.8%로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 실제 산란선 비율 측정결과와 MCNPX 시뮬레이션에서의 산란선 비율의 분석 결과 그 오차율이 2% 이내로 실제 측정결과와 시뮬레이션 결과의 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.
- 이는 팬텀 두께 증가에 따라 RSD가 증가하는 결과와 동일하게 분석되었다. 팬텀 두께 증가에 따른 NPS의 변화는 공간주파수 2.5 lp/mm에서 표준 6.1 inch에서 0.0021704, 7.1 inch에서 0.0046394, 8.1inch 0.01, 9 inch 0.0197로 노이즈 성분이 증가하는 것으로 나타났다.
- 5에 나타내었다. 피사체 두께에 대한 산란선 비율 시뮬레이션 결과 표준 모델인 6.1 inch 두께 팬텀에서는 47.90% 7.1 inch에서는 53.65%, 8.1 inch에서는 60.63% 그리고 9.1 inch에서는 65.51%로 나타내어 팬텀 두께가 증가할수록 발생되는 산란선 발생비율은 증가하는 결과로 나타났다.
후속연구
- 이에 본 연구에서는 입사선량에 대한 적절한 보상에 대한 연구가 다소 미흡한 부분으로 남은 점이 있다. 하지만 관전류량이 증가하게 되면 산란선 발생량 또한 증가하게 되어 영상 화질 감소가 초래될 수 있으므로, 향후 이에 대한 화질 평가에 대한 연구를 수행함으로써 의료 영상 품질 개선을 위한 기초자료로 제공하여야 할 것이다.
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