본 연구는 전하결합소자(charged coupled device; CCD), CR (computed radiography), 평판형검출기(flat panel detector; FPD) 등을 사용하는 다양한 디지털 방사선(digital radiography; DR) 시스템의 물리적 영상 특성의 평가를 실시한 것이다. 본 연구에서 적용된 영상 특성은 신호응답특성(system response), 해상력특성(modulation transfer function; MTF), 잡음특성(wiener spectrum; WS), 양자검출효율(detective quantum efficiency; DQE) 등이며 이를 통하여 DR 시스템의 성능을 비교하였다. CCD의 신호응답특성은 입사선량에 비례하여 증가하였으며, CR과 FPD는 입사선량의 증가에 대수적 비례 관계를 보이면서 증가하였다. MTF는 CR과 FPD는 유사한 경향을 나타내었지만 CCD는 떨어지는 값을 나타내었다. WS는 FPD가 가장 낮았고, CR, CCD 순으로 증가하였다. DQE는 FPD, CR, CCD의 순으로 나타났다. DR 시스템은 영상수용체의 종류에 따라 서로 다른 영상 특성이 나타났다. 의료영상 획득 시 DR 시스템을 올바르게 사용하려면 영상의 물리적 특성을 정확히 알고 사용하는 것이 중요하다.
본 연구는 전하결합소자(charged coupled device; CCD), CR (computed radiography), 평판형검출기(flat panel detector; FPD) 등을 사용하는 다양한 디지털 방사선(digital radiography; DR) 시스템의 물리적 영상 특성의 평가를 실시한 것이다. 본 연구에서 적용된 영상 특성은 신호응답특성(system response), 해상력특성(modulation transfer function; MTF), 잡음특성(wiener spectrum; WS), 양자검출효율(detective quantum efficiency; DQE) 등이며 이를 통하여 DR 시스템의 성능을 비교하였다. CCD의 신호응답특성은 입사선량에 비례하여 증가하였으며, CR과 FPD는 입사선량의 증가에 대수적 비례 관계를 보이면서 증가하였다. MTF는 CR과 FPD는 유사한 경향을 나타내었지만 CCD는 떨어지는 값을 나타내었다. WS는 FPD가 가장 낮았고, CR, CCD 순으로 증가하였다. DQE는 FPD, CR, CCD의 순으로 나타났다. DR 시스템은 영상수용체의 종류에 따라 서로 다른 영상 특성이 나타났다. 의료영상 획득 시 DR 시스템을 올바르게 사용하려면 영상의 물리적 특성을 정확히 알고 사용하는 것이 중요하다.
We aimed to evaluate the physical imaging properties in various digital radiography systems with charged coupled device (CCD), computed radiography (CR), and indirect flat panel detector (FPD). The imaging properties measured in this study were modulation transfer function (MTF) wiener spectrum (WS)...
We aimed to evaluate the physical imaging properties in various digital radiography systems with charged coupled device (CCD), computed radiography (CR), and indirect flat panel detector (FPD). The imaging properties measured in this study were modulation transfer function (MTF) wiener spectrum (WS), and detective quantum efficiency (DQE) to compare the performance of each digital radiography system. The system response of CCD were in a linear relationship with exposure and that of CR and FPD were proportional to the logarithm of exposure. The MTF of both CR and FPD indicated a similar tendency but in case of CCD, it showed lower MTF than that of CR and FPD. FPD showed the lowest WS and also indicated the highest DQE among three systems. According to the results, digital radiography system with different type of image receptor had its own image characteristics. Therefore, it is important to know the physical imaging characteristics of the digital radiography system accurately to obtain proper image quality.
We aimed to evaluate the physical imaging properties in various digital radiography systems with charged coupled device (CCD), computed radiography (CR), and indirect flat panel detector (FPD). The imaging properties measured in this study were modulation transfer function (MTF) wiener spectrum (WS), and detective quantum efficiency (DQE) to compare the performance of each digital radiography system. The system response of CCD were in a linear relationship with exposure and that of CR and FPD were proportional to the logarithm of exposure. The MTF of both CR and FPD indicated a similar tendency but in case of CCD, it showed lower MTF than that of CR and FPD. FPD showed the lowest WS and also indicated the highest DQE among three systems. According to the results, digital radiography system with different type of image receptor had its own image characteristics. Therefore, it is important to know the physical imaging characteristics of the digital radiography system accurately to obtain proper image quality.
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문제 정의
이에 본 저자들은 국제전자기술위원회(International Electrotechnical Commission; IEC)에서 제시한 IEC 62220-1의 평가 방법을 이용하여 DR 시스템 장비의 영상 품질을 분석하고자 본 실험을 실시하였다. 각 장비마다의 동일한 실험을 실시하여 영상 특성을 비교,분석하여 최적의 검사가 이루어 질 수 있도록 자료를 제공하는 것이 본 연구를 실시한 목적이다.
그렇지만 이러한 DR 시스템 장치를 서로 비교할 수 있는 데이터가 많지 않다. 이에 본 저자들은 국제전자기술위원회(International Electrotechnical Commission; IEC)에서 제시한 IEC 62220-1의 평가 방법을 이용하여 DR 시스템 장비의 영상 품질을 분석하고자 본 실험을 실시하였다. 각 장비마다의 동일한 실험을 실시하여 영상 특성을 비교,분석하여 최적의 검사가 이루어 질 수 있도록 자료를 제공하는 것이 본 연구를 실시한 목적이다.
제안 방법
CCD, CR, FPD의 WS을 측정하였다. 각각의 영상 장치마다 입사선량이 각각 4.
WS과 DQE를 비교할 때 4.4 μ㏉, 8.7 μ㏉, 22.6 μ㏉의선량을 각각 비교하였다[Fig. 4, Fig. 6].
X선 발생장치 출력의 제한으로 최저 0.8 μ㏉부터 최고 130 μ㏉까지 범위에서 검사를 실시하였다.
X선관과 IR과의 거리는 150 cm를 유지하였다. X선관 앞쪽에 부가 필터 21 mmAl을 설치하고, 관전압을 조절(74 kVp)하여 HVL이 7.1mm가 되도록 하였다[Table 2][10]. X선관으로부터 1 m 떨어진 거리에 선량계를 위치하여 놓고 실험을 시행하면서 지속적으로 선량을 측정하였다.
1mm가 되도록 하였다[Table 2][10]. X선관으로부터 1 m 떨어진 거리에 선량계를 위치하여 놓고 실험을 시행하면서 지속적으로 선량을 측정하였다. 조사된 선량은 최저 0.
각각의 DR 시스템마다 입사선량이 각각 4.4 μ㏉, 8.7 μ㏉, 22.6 μ㏉일 때의 값을 측정하여 비교하였다[Fig. 5].
각각의 영상 장치마다 입사선량이 각각 4.4 μ㏉(0.5 mR), 8.7 μ㏉(1 mR), 22.6 μ㏉(2.6 mR)일 때의 값을 측정하여 비교하였다[Fig. 3].
획득된 Edge Spread Function (ESF) 영상을 Edge 각도에 따라 재투영(식1) 한 후, 이를 미분하여 Line Spread Function (LSF)을 구하였다(식2). 그 다음 이를 푸리에변환을 실시하여 해상력(modulation transfer function; MTF)을 구하였다(식3).
잡음(wiener spectrum; WS) 측정을 위해 획득 된 영상 중 전체의 중심부 80% 영역에 ROI를 설정하였다. ROI는 256×256 의 크기로 128 pixel이 중복이 되게 설정하였다.
조사된 선량은 최저 0.8 μ㏉부터 최고 130 μ㏉까지이며, 3가지 DR 시스템에 모두 동일한 실험 방법을 적용하였다.
Edge device를 IR중앙에 위치시키고, 정중선과 2~3°이내의 범위에서 각도를 주어 영상을 획득하였다[11-13]. 획득된 Edge Spread Function (ESF) 영상을 Edge 각도에 따라 재투영(식1) 한 후, 이를 미분하여 Line Spread Function (LSF)을 구하였다(식2). 그 다음 이를 푸리에변환을 실시하여 해상력(modulation transfer function; MTF)을 구하였다(식3).
조사선량과 출력 신호값과의 관계를 나타낸 것이다. 획득된 전체 영상의 중심부 80%에 해당되는 부분의 신호값을 분석하였다. X선 발생장치 출력의 제한으로 최저 0.
대상 데이터
CCD는 형광체로 Gd2O2S:Tb를 사용하였고, pixel의 크기는 0.142 mm이며, 영상의 크기는 43×43 cm2 (2,932×2,940)이다.
Edge device를 IR중앙에 위치시키고, 정중선과 2~3°이내의 범위에서 각도를 주어 영상을 획득하였다[11-13].
FPD는 형광체로 CsI:Tl를 사용하였고, pixel의 크기는 0.175 mm이며, 영상의 크기는 35×43 cm2(1,994×2,430)이다.
RQA5 선질을 맞추기 위해 알루미늄(aluminium, Al) 부가 필터 1 mm(100×100×1 mm3) 21개를 사용하였고, MTF측정을 위해 텅스텐(tungsten, W) Edge Device (100×100×1 mm3)를 사용하였다.
본 실험에 사용된 방사선 발생장치는 인버터 방식의 방사선 발생장치(AccuRay-650, DK Medical System, Korea)를 사용하였다. 영상수용체(Image Receptor, IR)는 CCD(Galaxy 900, Medien Interantional, Korea), CR(Elite CR 850, Creastream, USA) FPD(AeroDR, Konica Minolta, Japan)의 3 종류를 사용하였다.
본 실험에 사용된 방사선 발생장치는 인버터 방식의 방사선 발생장치(AccuRay-650, DK Medical System, Korea)를 사용하였다. 영상수용체(Image Receptor, IR)는 CCD(Galaxy 900, Medien Interantional, Korea), CR(Elite CR 850, Creastream, USA) FPD(AeroDR, Konica Minolta, Japan)의 3 종류를 사용하였다.
이론/모형
선량측정을 위해 전리조형 선량계(Ionization chamber 50cc, Capintec, USA)를 사용하였다. 영상분석을 위해서는 Matlab 7.0 (Mathwork, USA)와 Excel 2010 (Microsoft, USA)을 사용하였다.
성능/효과
CCD, CR, FPD 모든 장비에서 조사선량과 출력 신호값은 높은 상관관계를 나타내었다(R2>0.998).
CCD는 입력 X선량과 출력값이 직선적으로 비례하는 경향을 나타내었으며, CR과 FPD는 입력 X선량의 대수적(log) 변화에 직선적으로 비례하는 출력을 나타내었다. CCD, CR, FPD 모든 장비에서 조사선량과 출력 신호값은 높은 상관관계를 나타내었다(R2>0.
FPD의 DQE은 입사선량 4.4 μ㏉일 때 최고값이 1에 근접하는 등 매우 높은 검출효율을 나타내었다.
동일한 선량(8.7 μ㏉)으로 디지털 방사선 시스템의 WS을 비교하니 CCD, CR, FPD의 순서로 점차 WS이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다[Fig. 4].
본 실험을 통하여 의료 영상 장비마다 특성을 가지고 있음이 분명해졌다. 이러한 의료영상장비의 특성을 바로 알고 그 특성에 맞게 사용을 하는 것이 좋은 것이다.
선량 변화에 대해 DQE 값의 변화는 CCD의 경우는 0.02이하의 값을 나타내고 선량 증가에 따라 점차 낮아지는 경향이 관찰되었고, CR은 선량 변화에 대해 상대적으로 적은 영향을 받으며 0.1~0.4 이내의 값의 분포를 나타내었다[Fig. 5]. FPD는 선량이 증가함에 따라 DQE가 감소하지만 평균적으로 CCD와 CR보다 높은 DQE를 나타내고 있다.
하지만, CCD는 높은 잡음 상태에서 변화가 적고 FPD는 낮은 상태에서 변화가 적었다. 즉 조사 조건이 증가하면 CCD는 높은 잡음을 유지하고, CR은 잡음이 점차 감소하며, FPD는 낮은 잡음을 유지하는 것을 알 수 있다.
후속연구
위 내용을 종합해 보면 임상에서 사용하는 의료장비에 대한 의료영상장비 특성을 이해하고 장비마다의 특성을 정량 평가해서 확인할 수 있다면 환자와 검사자간의 서로의 신뢰가 높아질 것으로 사료된다[17-20].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Computed Radiography(CR)란 무엇인가?
CR은 1983년 처음 상용화되어 DR 시스템 중에서 가장 먼저 개발이 되었다[1]. CR은 photo stimulated phospor (PSP)를 Image plate (IP)로 사용하는 장치이다. IP에 피사체를 투과한 X선이 조사되면 잠상(latent image)이 형성되게 된다.
평판형검출기은 어떤 방식으로 구성되어 있는가?
FPD는 크게 두 가지로 나누어진다. 그 첫 번째가 직접방식(direct type) FPD로 X선에 반응하는 광전도체에 Se이 덮여있는 Thin film transistor (TFT)를 사용하여 X선 신호를 전기신호로 바꾸어 주는 장치로 높은 해상도를 나타낸다[5]. 두 번째는 간접방식(indirect type) FPD로 CsI(Tl)같은 형광체를 TFT위에 덮은 것으로 X선 신호를 빛 신호로 바꾸어 디지털 신호를 획득하는 방식이며 높은 에너지 흡수로 기인해서 높은 양자검출효율을 나타낸다[6-9].
CR의 문제점은 무엇인가?
IP에 형성된 잠상은 레이저 스캔을 통하여 디지털 신호로 변화 후 영상으로 획득되어진다. 하지만 CR은 필름-증감지 방사선검사에 비하여 낮은 양자 검출효율로 인하여 필름 시스템보다 낮은 영상의 질을 나타내는 문제점을 가지고 있다[3].
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