몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 광자계수검출기 기반 이중에너지 스펙트럼 유방촬영에서 가중 영상 감산법을 통한 물질분리 Material Decomposition through Weighted Image Subtraction in Dual-energy Spectral Mammography with an Energy-resolved Photon-counting Detector using Monte Carlo Simulation원문보기
유방촬영술은 유방암의 조기검진을 위해 시행되는 대표적인 검사이다. 하지만 유방 구성물질의 물리적 특성에 의존하는 유방촬영상은 병변의 악성 또는 양성 여부에 대한 정보 제공이 불가능하다. 이중에너지 영상 감산법을 시행하는 경우 유방촬영상에서 특정 물질에 대한 정보를 추출할 수 있지만 피폭선량을 증가시킬 뿐만 아니라 물질분리의 정확도를 감소시키는 단점이 있다. 본 연구에서는 물질의 선감약계수를 적용한 유방팬텀을 모사하여 광자계수검출기 기반 이중에너지 유방촬영에서 특정 물질에 대한 가중함수를 적용하여 분리의 정확도를 향상시킬 수 있는 기술을 제안하였다. 그리고 유방팬텀영상으로부터 물질분리의 정확도를 평가하기 위해 대조도 및 잡음 특성을 분석하였다. 분석 결과 이중에너지 가중 영상 감산법의 악성종양에 대한 대조도는 일반적인 유방촬영과 이중에너지 영상 감산법에 비해 각각 0.98, 1.06배로 큰 차이가 없다. 그렇지만 이중에너지 가중 영상 감산법 적용 시 양성종양에 대한 대조도가 0에 근사하기 때문에 양성종양에 대한 악성종양의 상대적인 대조도가 13.54배로 크게 향상된 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 제안하는 이중에너지 가중 영상 감산법은 유방촬영 진단의 정확도 향상에 기여할 수 있을 것이다.
유방촬영술은 유방암의 조기검진을 위해 시행되는 대표적인 검사이다. 하지만 유방 구성물질의 물리적 특성에 의존하는 유방촬영상은 병변의 악성 또는 양성 여부에 대한 정보 제공이 불가능하다. 이중에너지 영상 감산법을 시행하는 경우 유방촬영상에서 특정 물질에 대한 정보를 추출할 수 있지만 피폭선량을 증가시킬 뿐만 아니라 물질분리의 정확도를 감소시키는 단점이 있다. 본 연구에서는 물질의 선감약계수를 적용한 유방팬텀을 모사하여 광자계수검출기 기반 이중에너지 유방촬영에서 특정 물질에 대한 가중함수를 적용하여 분리의 정확도를 향상시킬 수 있는 기술을 제안하였다. 그리고 유방팬텀영상으로부터 물질분리의 정확도를 평가하기 위해 대조도 및 잡음 특성을 분석하였다. 분석 결과 이중에너지 가중 영상 감산법의 악성종양에 대한 대조도는 일반적인 유방촬영과 이중에너지 영상 감산법에 비해 각각 0.98, 1.06배로 큰 차이가 없다. 그렇지만 이중에너지 가중 영상 감산법 적용 시 양성종양에 대한 대조도가 0에 근사하기 때문에 양성종양에 대한 악성종양의 상대적인 대조도가 13.54배로 크게 향상된 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 제안하는 이중에너지 가중 영상 감산법은 유방촬영 진단의 정확도 향상에 기여할 수 있을 것이다.
Mammography is commonly used for screening early breast cancer. However, mammographic images, which depend on the physical properties of breast components, are limited to provide information about whether a lesion is malignant or benign. Although a dual-energy subtraction technique decomposes a cert...
Mammography is commonly used for screening early breast cancer. However, mammographic images, which depend on the physical properties of breast components, are limited to provide information about whether a lesion is malignant or benign. Although a dual-energy subtraction technique decomposes a certain material from a mixture, it increases radiation dose and degrades the accuracy of material decomposition. In this study, we simulated a breast phantom using attenuation characteristics, and we proposed a technique to enable the accurate material decomposition by applying weighting factors for the dual-energy mammography based on a photon-counting detector using a Monte Carlo simulation tool. We also evaluated the contrast and noise of simulated breast images for validating the proposed technique. As a result, the contrast for a malignant tumor in the dual-energy weighted subtraction technique was 0.98 and 1.06 times similar than those in the general mammography and dual-energy subtraction techniques, respectively. However the contrast between malignant and benign tumors dramatically increased 13.54 times due to the low contrast of a benign tumor. Therefore, the proposed technique can increase the material decomposition accuracy for malignant tumor and improve the diagnostic accuracy of mammography.
Mammography is commonly used for screening early breast cancer. However, mammographic images, which depend on the physical properties of breast components, are limited to provide information about whether a lesion is malignant or benign. Although a dual-energy subtraction technique decomposes a certain material from a mixture, it increases radiation dose and degrades the accuracy of material decomposition. In this study, we simulated a breast phantom using attenuation characteristics, and we proposed a technique to enable the accurate material decomposition by applying weighting factors for the dual-energy mammography based on a photon-counting detector using a Monte Carlo simulation tool. We also evaluated the contrast and noise of simulated breast images for validating the proposed technique. As a result, the contrast for a malignant tumor in the dual-energy weighted subtraction technique was 0.98 and 1.06 times similar than those in the general mammography and dual-energy subtraction techniques, respectively. However the contrast between malignant and benign tumors dramatically increased 13.54 times due to the low contrast of a benign tumor. Therefore, the proposed technique can increase the material decomposition accuracy for malignant tumor and improve the diagnostic accuracy of mammography.
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문제 정의
일반적인 이중에너지 영상 감산법을 이용하여 획득한 영상의 경우 감약 차이가 작은 물질에 대해서는 분리효과가 미미하고 특정 물질에 대한 감산 영상을 획득하기 어려운 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 물질분리의 정확도를 향상시키고, 특정 물질에 대한 감산 영상 획득을 가능하게 하는 가중 함수를 계산하였다. 가중 함수를 적용한 이중에너지 영상 감산법은식 2와 같이 나타낼 수 있다.
따라서 본 연구에서 제안하는 방법은 악성종양과 같은 목적 물질에 대한 영상을 간접적으로 획득할 수 있는 방법이며, 유방촬영술에 적용 시 일반적인 유방촬영영상과 일반적인 이중에너지 감산 영상에서는 구분할 수 없는 악성종양과 양성종양을 구분함으로써 물질분리의 정확도를 향상시킬 수 있는 방법이다. 또한 두 종양의 구분을 통해 일반적인 유방촬영에서 종양의 특성을 알기 위해 시행되는 조직검사와 같은 추가검사의 빈도를 줄일 수 있다는 데에 의의가 있다. 가중함수를 이용한 이중에너지 영상 차감법은 광자계수 검출기 기반 유방촬영법 개발을 위한 기초자료로 활용될 수있으며, 유방암의 조기검진 및 여성 보건 증진에 기여할 수 있을 것이다.
본 연구에서는 광자계수검출기 기반 이중에너지 스펙트럼 유방촬영에서 물질의 감약 차이를 기반으로 하는 가중함수를 영상 감산법에 적용하여 물질분리의 정확도를 향상시키고자 하였다. 또한 본 연구에서 제안하는 방법을 일반적인 유방촬영에서 구별하기 어려운 악성종양과 양성종양을 대상으로 시행하였고, 이를 통해 추가적인 검사 없이 진단의 정확도를 높이고자 하였다.
본 연구에서는 광자계수검출기 기반 이중에너지 스펙트럼 유방촬영에서 물질의 감약 차이를 기반으로 하는 가중함수를 영상 감산법에 적용하여 물질분리의 정확도를 향상시키고자 하였다. 또한 본 연구에서 제안하는 방법을 일반적인 유방촬영에서 구별하기 어려운 악성종양과 양성종양을 대상으로 시행하였고, 이를 통해 추가적인 검사 없이 진단의 정확도를 높이고자 하였다.
본 연구에서는 광자계수검출기를 사용하여 이중에너지 스펙트럼 유방촬영을 위한 가중 영상 감산법을 제안하였다. 또한 일반적인 유방촬영법과 이중에너지 영상 감산법과의 비교를 위해 물질분리의 정확성을 평가하였다.
특히 이중에너지 가중 영상 감산법에서 그 감소 정도가 상대적으로 크기 때문에 본 연구에서 제안한 방법 시행 시 물질 분리의 정확도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 서로 다른 에너지별 영상을 조합하여 물질 분리 효과를 획득하는 것에 중점을 두고 있기 때문에 각 에너지별 영상 화질의 정량적 평가는 생략하였다. 하지만 [Fig.
유방암 발생의 증가 추세 및 유방조직의 방사선 고민감도를 고려하였을 때 유방촬영을 통한 병변의 조기검진과 피폭 선량 감소는 모두 중요하다. 본 연구에서는 유방팬텀을 이용하여 이중에너지 스펙트럼 유방촬영 시 악성종양에 대한 진단 정확도 향상 및 선량 감소를 위해 광자계수검출기 기반 이중에너지 가중 영상 감산법을 제안하였다. 연구 결과목적 외 물질의 대조도 감소로 인해 목적 물질의 상대적 대조도 및 대조도 대 잡음비가 증가되었으며, 물질 분리의 정확도 역시 향상되었다.
가설 설정
본 연구에서는 이중에너지 가중 영상 감산법의 실현성을 확인하기 위해 광자계수검출기의 단점인 펄스중첩과 전하공유는 고려하지 않았다. 펄스중첩과 전하공유는 검출기에서 측정되는 X선 에너지 스펙트럼의 정확도를 감소시키기 때문에 본 연구 결과에 대조도 감소와 같은 영향을 미칠 수 있을 것이다.
5 mm2의 픽셀 크기를 갖는다. 본 연구에서는 제안된 이중에너지 가중 영상 감산법의 가능성을 평가하기 위해 검출기 자체의 펄스중첩과 전하공유는 고려하지 않았다. 팬텀은 50% 유선조직과 50% 지방질로 구성된 지름 100 mm, 두께 40 mm의 유방조직을 반원형태로 모사하였으며, 내부에 악성종양과 양성종양을 지름 15mm, 두께 5 mm의 크기로 포함시켰다[Fig.
제안 방법
4], 전체 X선 스펙트럼을 이용하여 일반적인 유방영상을 획득하였다. 광자계수기반 이중에너지 유방영상을 획득하기 위하여 두 개의 에너지 창을 설정하였다. 이중에너지 영상화 기법은 물질의 선감약계수 차이를 최대화 하여 분리 정확도를 향상시키는 방법이다[15].
또한 한번의 X선 조사를 통해 이중 에너지 영상을 구현함으로써 피폭선량 역시 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서 제안하는 방법은 악성종양과 같은 목적 물질에 대한 영상을 간접적으로 획득할 수 있는 방법이며, 유방촬영술에 적용 시 일반적인 유방촬영영상과 일반적인 이중에너지 감산 영상에서는 구분할 수 없는 악성종양과 양성종양을 구분함으로써 물질분리의 정확도를 향상시킬 수 있는 방법이다. 또한 두 종양의 구분을 통해 일반적인 유방촬영에서 종양의 특성을 알기 위해 시행되는 조직검사와 같은 추가검사의 빈도를 줄일 수 있다는 데에 의의가 있다.
이중에너지 영상화 기법은 물질의 선감약계수 차이를 최대화 하여 분리 정확도를 향상시키는 방법이다[15]. 따라서 본 연구에서는 X선 에너지에 따른 악성종양과 양성종양의 선감약계수 차이를 기반으로 에너지 창을 설정하였고, 선감약계수의 차이가 가장 큰 영역을 저에너지영역으로, 선감약계수의 차이가 가장 작은 영역을 고에너지 영역으로 설정하였다. 또한 전기적 잡음을 최소화하기 위해 저에너지창의 최소에너지 문턱값을 20 keV로 설정하였으며[16], 저에너지 창 및 고에너지 창에서 입자광자수의 차이를 최소화 하기 위해 저에너지 창의 에너지범위는 20-24 keV, 고에너지 창의 에너지범위는 40-44 keV로 설정하였다[Fig.
본 연구에서는 광자계수검출기를 사용하여 이중에너지 스펙트럼 유방촬영을 위한 가중 영상 감산법을 제안하였다. 또한 일반적인 유방촬영법과 이중에너지 영상 감산법과의 비교를 위해 물질분리의 정확성을 평가하였다. 광자계수검출기를 이용하여 단 한번의 X선 조사를 통해 이중에너지 유방촬영술이 가능하다는 결과를 확인하였고, X선 조사횟수감소로 기존의 일반적인 이중에너지 유방촬영술에 비해 선량을 감소시킬 수 있음을 간접적으로 확인할 수 있다[6].
따라서 본 연구에서는 X선 에너지에 따른 악성종양과 양성종양의 선감약계수 차이를 기반으로 에너지 창을 설정하였고, 선감약계수의 차이가 가장 큰 영역을 저에너지영역으로, 선감약계수의 차이가 가장 작은 영역을 고에너지 영역으로 설정하였다. 또한 전기적 잡음을 최소화하기 위해 저에너지창의 최소에너지 문턱값을 20 keV로 설정하였으며[16], 저에너지 창 및 고에너지 창에서 입자광자수의 차이를 최소화 하기 위해 저에너지 창의 에너지범위는 20-24 keV, 고에너지 창의 에너지범위는 40-44 keV로 설정하였다[Fig. 5]. 저에너지 창과 고에너지 창에서의 입자 광자 수는 각각 약 2 × 10 7 Bq 및 1 × 10 8 Bq으로 이중에너지 기법에 사용된 에너지 범위의 입사 광자 수는 전체 스펙트럼 광자수의 0.
의 관심영역을 설정하여 대조도, 대조도 대 잡음비, 잡음 및 각 영역의 95% 신뢰구간을 측정하였다. 배경물질인 유방조직에 대해 목적 물질인 악성 종양과, 목적 외 물질인 양성종양의 대조도와 대조도 대 잡음비를 측정하였으며, 대조도 및 대조도 대 잡음비는 각각 다음 식 8, 식 9와 같이 계산할 수 있다[17,18].
일반적인 유방촬영법, 이중에너지 영상 감산법 및 이중에너지 가중 영상 감산법의 물질 분리 정도를 평가하기 위해각 영역별로 5개의 5 × 5 mm2의 관심영역을 설정하여 대조도, 대조도 대 잡음비, 잡음 및 각 영역의 95% 신뢰구간을 측정하였다.
텅스텐 양극, 관전압 44 kVp, 관전류량 700 µAs 및 8 mm 알루미늄 부가필터를 사용하여 0.5 keV 단위로 0-44 keV 범위의 X선 스펙트럼을 모사하였고[Fig. 4], 전체 X선 스펙트럼을 이용하여 일반적인 유방영상을 획득하였다.
대상 데이터
검출기는 eValuator -3500(eV products, USA)을 모델로 하였고 , cadmium zinc telluride(CZT) 물질로 구성되어 있으며, 128×0.5 mm2의 크기, 3 mm의 두께, 0.5×0.5 mm2의 픽셀 크기를 갖는다.
본 연구에서는 제안된 이중에너지 가중 영상 감산법의 가능성을 평가하기 위해 검출기 자체의 펄스중첩과 전하공유는 고려하지 않았다. 팬텀은 50% 유선조직과 50% 지방질로 구성된 지름 100 mm, 두께 40 mm의 유방조직을 반원형태로 모사하였으며, 내부에 악성종양과 양성종양을 지름 15mm, 두께 5 mm의 크기로 포함시켰다[Fig. 3]. 유방의 악성종양은 대부분 미세석회화물질인 수산화인회석 (Ca5(OH)(PO4)3)으로 이루어져있고, 양성종양은 대부분 칼슘 침전물인 옥살산칼슘(CaC2O4)으로 이루어져 있기 때문에 두 종양의 밀도는 각 성분의 밀도인 3.
이론/모형
본 연구에서는 Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) version 6.0을 이용하여 광자계수검출기 기반 유방촬영 시스템을 모사하였다[11]. 초점-검출기간거 리는(FDD) 650 mm으로 설정하였다.
본 연구에서는 연속 에너지 X선 스펙트럼을 모사하기 위해 SRS-78 프로그램을 이용하였다[14]. 텅스텐 양극, 관전압 44 kVp, 관전류량 700 µAs 및 8 mm 알루미늄 부가필터를 사용하여 0.
성능/효과
수산화인회석의 검출을 위해 V Koukou et al.[9]가 제시한 기존의 이중에너지 가중 영상 감산법의 경우 가중함수를 임의로 결정하며, 0부터 1사이의 가중값을 적용하기 때문에 물질분리의 최적화를 위한 가중함수의 결정에 한계점이 있으며, 이중에너지 가중 영상 감산법에서 선량에 따른 수산 화인회석의 두께별 대조도 대 잡음비 결과로부터 계산된 상대적인 대조도 대 잡음비의 경우 평균 6.11 의 값을 보이며 본 연구에서 제시하는 이중에너지 가중 영상 감산법의 상대적인 대조도 대 잡음비인 12.74 보다 낮은 결과값을 보이는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서 제시하는 이중에너지 가중 영상 감산법의 경우 영상 농도값을 기반으로 가중함수를 직접 추출하여 적용하기 때문에 가중함수를 임의로 적용하는 기존의 이중에너지 가중 영상 감산법보다 물질분리의 정도가 향상된 것을 알 수 있다.
또한 일반적인 유방촬영법과 이중에너지 영상 감산법과의 비교를 위해 물질분리의 정확성을 평가하였다. 광자계수검출기를 이용하여 단 한번의 X선 조사를 통해 이중에너지 유방촬영술이 가능하다는 결과를 확인하였고, X선 조사횟수감소로 기존의 일반적인 이중에너지 유방촬영술에 비해 선량을 감소시킬 수 있음을 간접적으로 확인할 수 있다[6]. 일반적인 유방촬영 및 기존의 이중에너지 감산법을 적용한 영상에서는 낮은 대조도 차이로 인해 목적 물질과 목적 외 물질의 구별이 어려우며, 악성 또는 양성 여부와 같은 병변의 특성을 육안으로 확인하기 어렵다[3].
일반적인 유방촬영 및 기존의 이중에너지 감산법을 적용한 영상에서는 낮은 대조도 차이로 인해 목적 물질과 목적 외 물질의 구별이 어려우며, 악성 또는 양성 여부와 같은 병변의 특성을 육안으로 확인하기 어렵다[3]. 그에 반해 본 연구에서 제안한 가중함수 적용 이중에너지 감산법 영상에서는 가중을 통한 감산에 의해 목적 외 물질의 신호가 배경 물질의 신호와 유사해지면서 목적 물질의 상대적 대조도가 향상된 결과를 확인할 수 있다. 정량적 분석 결과 일반적인 유방촬영법, 이중에너지 영상 감산법, 이중에너지 가중 영상 감산법을 적용한 영상에서 목적 물질의 대조도는 큰 변함이 없는 반면 이중에너지 영상 감산법 및 가중 영상 감산법에서 목적 외 물질의 대조도가 감소하였다.
74 배로 상대적인 대조도 대 잡음비 역시 큰 폭으로 증가한 것을 볼 수 있다. 대조도에서 95% 신뢰구간은 이중에너지 영상 감산법이 일반적인 유방 촬영보다 넓은 신뢰구간을 보이고 있지만 평균 0.02 의 신뢰구간으로 비교적 유의한 결과를 보이고 있는 반면 가중 영상 감산법의 경우 악성종양과 양성종양에서 각각 0.17 및 0.05 의 넓어진 신뢰구간을 보이고 있다. 또한 잡음의 95% 신뢰구간은 잡음의 증가 추이와 마찬가지로 전 영역에서 가중 영상 감산법으로 갈수록 신뢰구간이 넓어지는 것을 볼수 있으며 일반적인 유방촬영법, 이중에너지 영상 감산법, 이중에너지 가중 영상 감산법에 대한 평균 신뢰구간은 각각약 0.
는 악성종양 또는 양성종양 신호의 평균값과 표준편차를 나타낸다. 두 물질 사이에서의 상대적인 대조도 및 대조도 대 잡음비의 차이가 클수록 물질분리의 정확도가 향상되었다는 것을 의미한다. 각 평가에 대한 95% 신뢰구간은 다음 식 10과 같이 계산할 수있다[19].
74 보다 낮은 결과값을 보이는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서 제시하는 이중에너지 가중 영상 감산법의 경우 영상 농도값을 기반으로 가중함수를 직접 추출하여 적용하기 때문에 가중함수를 임의로 적용하는 기존의 이중에너지 가중 영상 감산법보다 물질분리의 정도가 향상된 것을 알 수 있다.
06 배로 목적물질의 대조도는 크게 변동이 없는 것을 볼 수 있다. 또한 일반적인 유방촬영과 이중에너지 영상 감산법의 양성종양 대비 악성종양의 대조도는 각각 1.44 및 1.88 배로 두 종양의 대조도 차이가 크지 않아 영상만으로 두 종양을 특성을 확인하기에는 한계점이 있는 데에 반해 이중에너지 가중 영상 감산법의 양성종양 대비 악성종양 대조도의 경우 13.54 배로 기존의 방법들에 비해 양성종양에 대한 악성종양의 상대적인 대조도가 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. 반면 이중에너지 영상 감산법 및 가중 영상 감산법을 시행하였을 때 영상 잡음이 증가하는 결과를 확인하 였다.
05 의 넓어진 신뢰구간을 보이고 있다. 또한 잡음의 95% 신뢰구간은 잡음의 증가 추이와 마찬가지로 전 영역에서 가중 영상 감산법으로 갈수록 신뢰구간이 넓어지는 것을 볼수 있으며 일반적인 유방촬영법, 이중에너지 영상 감산법, 이중에너지 가중 영상 감산법에 대한 평균 신뢰구간은 각각약 0.06, 0.26 및 0.34이다. 각 영역에서 대조도 대 잡음비의 95% 신뢰구간은 평균 2 로 비슷한 신뢰구간을 보이고 있다.
펄스중첩과 전하공유는 검출기에서 측정되는 X선 에너지 스펙트럼의 정확도를 감소시키기 때문에 본 연구 결과에 대조도 감소와 같은 영향을 미칠 수 있을 것이다. 또한 펄스중첩과 전하공유를 감안하여 목적물질의 대조도가 감소하더라도 이중에너지 가중 영상 감산 법에서 목적 외 물질의 대조도는 여전히 0에 가깝기 때문에두 종양의 상대적인 대조도는 일반적인 유방촬영법이나 일반적인 이중에너지 영상 감산법에 비해 향상된 수치를 보여줄 것이라고 예상된다. 하지만 이 두 현상은 분석적 모델 및 pixel binning을 통해 보정 가능하며, 추후 연구에 적용하여 본 연구에서 제안한 방법의 신뢰성을 더욱 향상시킬 것이다[21].
54 배로 기존의 방법들에 비해 양성종양에 대한 악성종양의 상대적인 대조도가 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. 반면 이중에너지 영상 감산법 및 가중 영상 감산법을 시행하였을 때 영상 잡음이 증가하는 결과를 확인하 였다. 일반적인 유방촬영법, 이중에너지 영상 감산법, 이중 에너지 가중 영상 감산법에 대한 평균 잡음은 각각 약 0.
7]은 일반적인 유방촬영법, 이중에너지 영상 감산법, 이중에너지 가중 영상 감산법을 이용하여 획득한 영상의 대조도, 잡음, 대조도 대 잡음비의 측정 및 신뢰구간의결과를 보여준다. 본 연구에서 제안하는 이중에너지 가중 영상 감산법을 시행하였을 경우 악성종양의 대조도는 일반적인 유방촬영과 이중에너지 영상 감산법에 비해 각각 0.98, 1.06 배로 목적물질의 대조도는 크게 변동이 없는 것을 볼 수 있다. 또한 일반적인 유방촬영과 이중에너지 영상 감산법의 양성종양 대비 악성종양의 대조도는 각각 1.
이와 같은 결과는 유방에서 발생하는 악성종양에 대한 진단 정확도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 종양의 분포상태 및 추가검사 빈도의 감소를 가능하게 할 수 있다. 신뢰구간의 경우 각 관심영역 측정값 사이의 오차가 작다는 것 즉 표준편차가 작다는 것을 의미하며, 본 연구에서 대조도와 잡음의 신뢰구간 결과 일반적인 유방촬영, 이중에너지 영상 감산법 및 가중 영상 감산법으로 갈수록 신뢰구간이 넓어지는 것을 볼 수 있는데 이는 잡음 증가의 원인과 같이 감산과정에서 유발된 수학적 오차의 증가 결과이며 광자수를 높여서 표준편차를 감소시키거나, 모집단 수 즉 관심영역의 수를 증가시키면 신뢰구간을 좁힐 수 있다.
본 연구에서는 유방팬텀을 이용하여 이중에너지 스펙트럼 유방촬영 시 악성종양에 대한 진단 정확도 향상 및 선량 감소를 위해 광자계수검출기 기반 이중에너지 가중 영상 감산법을 제안하였다. 연구 결과목적 외 물질의 대조도 감소로 인해 목적 물질의 상대적 대조도 및 대조도 대 잡음비가 증가되었으며, 물질 분리의 정확도 역시 향상되었다. 또한 한번의 X선 조사를 통해 이중 에너지 영상을 구현함으로써 피폭선량 역시 감소시킬 수 있다.
그에 반해 본 연구에서 제안한 가중함수 적용 이중에너지 감산법 영상에서는 가중을 통한 감산에 의해 목적 외 물질의 신호가 배경 물질의 신호와 유사해지면서 목적 물질의 상대적 대조도가 향상된 결과를 확인할 수 있다. 정량적 분석 결과 일반적인 유방촬영법, 이중에너지 영상 감산법, 이중에너지 가중 영상 감산법을 적용한 영상에서 목적 물질의 대조도는 큰 변함이 없는 반면 이중에너지 영상 감산법 및 가중 영상 감산법에서 목적 외 물질의 대조도가 감소하였다. 특히 이중에너지 가중 영상 감산법에서 그 감소 정도가 상대적으로 크기 때문에 본 연구에서 제안한 방법 시행 시 물질 분리의 정확도를 향상시킬 수 있다.
정량적 분석 결과 일반적인 유방촬영법, 이중에너지 영상 감산법, 이중에너지 가중 영상 감산법을 적용한 영상에서 목적 물질의 대조도는 큰 변함이 없는 반면 이중에너지 영상 감산법 및 가중 영상 감산법에서 목적 외 물질의 대조도가 감소하였다. 특히 이중에너지 가중 영상 감산법에서 그 감소 정도가 상대적으로 크기 때문에 본 연구에서 제안한 방법 시행 시 물질 분리의 정확도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 서로 다른 에너지별 영상을 조합하여 물질 분리 효과를 획득하는 것에 중점을 두고 있기 때문에 각 에너지별 영상 화질의 정량적 평가는 생략하였다.
후속연구
또한 두 종양의 구분을 통해 일반적인 유방촬영에서 종양의 특성을 알기 위해 시행되는 조직검사와 같은 추가검사의 빈도를 줄일 수 있다는 데에 의의가 있다. 가중함수를 이용한 이중에너지 영상 차감법은 광자계수 검출기 기반 유방촬영법 개발을 위한 기초자료로 활용될 수있으며, 유방암의 조기검진 및 여성 보건 증진에 기여할 수 있을 것이다.
하지만 이 두 현상은 분석적 모델 및 pixel binning을 통해 보정 가능하며, 추후 연구에 적용하여 본 연구에서 제안한 방법의 신뢰성을 더욱 향상시킬 것이다[21]. 그렇지만 본 연구의 경우 팬텀을 이용한 시뮬레이션 결과이기 때문에 실제 임상에서 적용 시 결과 값의 양상이 다르게 나타날 수 있으며, 이중에너지 가중 영상 감산법의 경우 가중함수를 구하기 위해 직접 영상에서의 농도값을 구해야 한다는 한계점이 있다. 또한 고밀도 유방조직의 경우 종양의 대조도 저하로 판독 민감도가 저하되기 때문에 다양한 밀도 및 구성을 갖는 유방조직에 대하여 이중에너지 가중 영상 감산법을 적용할 필요성이 있다고 사료된다.
또한 펄스중첩과 전하공유를 감안하여 목적물질의 대조도가 감소하더라도 이중에너지 가중 영상 감산 법에서 목적 외 물질의 대조도는 여전히 0에 가깝기 때문에두 종양의 상대적인 대조도는 일반적인 유방촬영법이나 일반적인 이중에너지 영상 감산법에 비해 향상된 수치를 보여줄 것이라고 예상된다. 하지만 이 두 현상은 분석적 모델 및 pixel binning을 통해 보정 가능하며, 추후 연구에 적용하여 본 연구에서 제안한 방법의 신뢰성을 더욱 향상시킬 것이다[21]. 그렇지만 본 연구의 경우 팬텀을 이용한 시뮬레이션 결과이기 때문에 실제 임상에서 적용 시 결과 값의 양상이 다르게 나타날 수 있으며, 이중에너지 가중 영상 감산법의 경우 가중함수를 구하기 위해 직접 영상에서의 농도값을 구해야 한다는 한계점이 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
이중에너지 영상 감산법을 시행하는 경우 단점은 무엇인가?
하지만 유방 구성물질의 물리적 특성에 의존하는 유방촬영상은 병변의 악성 또는 양성 여부에 대한 정보 제공이 불가능하다. 이중에너지 영상 감산법을 시행하는 경우 유방촬영상에서 특정 물질에 대한 정보를 추출할 수 있지만 피폭선량을 증가시킬 뿐만 아니라 물질분리의 정확도를 감소시키는 단점이 있다. 본 연구에서는 물질의 선감약계수를 적용한 유방팬텀을 모사하여 광자계수검출기 기반 이중에너지 유방촬영에서 특정 물질에 대한 가중함수를 적용하여 분리의 정확도를 향상시킬 수 있는 기술을 제안하였다.
유방촬영술의 한계점은 무엇인가?
유방촬영술은 유방암의 조기검진을 위해 시행되는 대표적인 검사이다. 하지만 유방 구성물질의 물리적 특성에 의존하는 유방촬영상은 병변의 악성 또는 양성 여부에 대한 정보 제공이 불가능하다. 이중에너지 영상 감산법을 시행하는 경우 유방촬영상에서 특정 물질에 대한 정보를 추출할 수 있지만 피폭선량을 증가시킬 뿐만 아니라 물질분리의 정확도를 감소시키는 단점이 있다.
유방암의 조기 검진이 중요한 이유는 무엇인가?
1], [1]. 유방암의 발병률은 계속해서 증가하고 있지만 발병률 대비 완치율이 상대적으로 높기 때문에 유방암의 조기 검진이 중요하게 대두되고 있다. 유방암의 검진에는 유방촬영술이 대표적이다.
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