일반 X선 촬영 실습용 팬텀은 방사선학과에 없어서는 안 되는 중요한 교재나 기존의 시판되는 팬텀은 고가의 수입품이기에 다양한 종류의 팬텀을 갖추는 것이 어렵다. 3D 프린팅 기술을 활용해 일반 X선 촬영 실습용 팬텀을 더욱 저렴하고 간편하게 제작해 보고자 한다. CT 영상 데이터를 기반으로 제작한 골격 모형을 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3D printer를 이용해 출력한 골격 모형을 일반 X선 촬영 실습용 팬텀으로써 사용해 보고자 한다. 3D slicer 4.7.0 프로그램을 이용해 CT DICOM 영상 데이터를 STL 파일로 변환하고 G-code 변환 과정을 거쳐 3D 프린터로 출력하여 골격 모형을 제작한다. 완성된 팬텀을 X선 촬영, CT 촬영하여 실제 의료 영상, 시판되는 팬텀과 비교해 본 결과 실제 의료영상과 골 밀도 등의 세부적인 차이가 존재하였으나 실습용 팬텀으로써 활용할 수 있다고 판단되었다. 저가화되어 보급된 3D 프린터와 연구용으로 무료 배포된 3D slicer 프로그램을 활용하여 저렴하면서도 일반 X선 촬영 실습에 사용하는 것이 가능한 팬텀을 제작할 수 있었다. 앞으로의 3D 프린팅 기술의 다양화와 연구에 따라 보건 교육, 의료 서비스 등 여러 분야에 적용하는 것이 가능할 것이다.
일반 X선 촬영 실습용 팬텀은 방사선학과에 없어서는 안 되는 중요한 교재나 기존의 시판되는 팬텀은 고가의 수입품이기에 다양한 종류의 팬텀을 갖추는 것이 어렵다. 3D 프린팅 기술을 활용해 일반 X선 촬영 실습용 팬텀을 더욱 저렴하고 간편하게 제작해 보고자 한다. CT 영상 데이터를 기반으로 제작한 골격 모형을 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3D printer를 이용해 출력한 골격 모형을 일반 X선 촬영 실습용 팬텀으로써 사용해 보고자 한다. 3D slicer 4.7.0 프로그램을 이용해 CT DICOM 영상 데이터를 STL 파일로 변환하고 G-code 변환 과정을 거쳐 3D 프린터로 출력하여 골격 모형을 제작한다. 완성된 팬텀을 X선 촬영, CT 촬영하여 실제 의료 영상, 시판되는 팬텀과 비교해 본 결과 실제 의료영상과 골 밀도 등의 세부적인 차이가 존재하였으나 실습용 팬텀으로써 활용할 수 있다고 판단되었다. 저가화되어 보급된 3D 프린터와 연구용으로 무료 배포된 3D slicer 프로그램을 활용하여 저렴하면서도 일반 X선 촬영 실습에 사용하는 것이 가능한 팬텀을 제작할 수 있었다. 앞으로의 3D 프린팅 기술의 다양화와 연구에 따라 보건 교육, 의료 서비스 등 여러 분야에 적용하는 것이 가능할 것이다.
General phantom for practical X-ray photography Practical phantom is an indispensable textbook for radiology, but it is difficult for existing commercially available phantom to be equipped with various kinds of phantom because it is an expensive import. Using 3D printing technology, I would like to ...
General phantom for practical X-ray photography Practical phantom is an indispensable textbook for radiology, but it is difficult for existing commercially available phantom to be equipped with various kinds of phantom because it is an expensive import. Using 3D printing technology, I would like to make the general phantom for practical X-ray photography less expensive and easier. We would like to use a skeleton model that was produced based on CT image data using a 3D printer of FDM (Fused Deposition Modeling) method as a phantom for general X-ray imaging. 3D slicer 4.7.0 program is used to convert CT DICOM image data into STL file, convert it to G-code conversion process, output it to 3D printer, and create skeleton model. The phantom of the completed phantom was photographed by X - ray and CT, and compared with actual medical images and phantoms on the market, there was a detailed difference between actual medical images and bone density, but it could be utilized as a practical phantom. 3D phonemes that can be used for general X-ray practice can be manufactured at low cost by utilizing 3D printers which are low cost and distributed and free 3D slicer program for research. According to the future diversification and research of 3D printing technology, it will be possible to apply to various fields such as health education and medical service.
General phantom for practical X-ray photography Practical phantom is an indispensable textbook for radiology, but it is difficult for existing commercially available phantom to be equipped with various kinds of phantom because it is an expensive import. Using 3D printing technology, I would like to make the general phantom for practical X-ray photography less expensive and easier. We would like to use a skeleton model that was produced based on CT image data using a 3D printer of FDM (Fused Deposition Modeling) method as a phantom for general X-ray imaging. 3D slicer 4.7.0 program is used to convert CT DICOM image data into STL file, convert it to G-code conversion process, output it to 3D printer, and create skeleton model. The phantom of the completed phantom was photographed by X - ray and CT, and compared with actual medical images and phantoms on the market, there was a detailed difference between actual medical images and bone density, but it could be utilized as a practical phantom. 3D phonemes that can be used for general X-ray practice can be manufactured at low cost by utilizing 3D printers which are low cost and distributed and free 3D slicer program for research. According to the future diversification and research of 3D printing technology, it will be possible to apply to various fields such as health education and medical service.
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문제 정의
따라서 본 연구는 기존 일반 X선 실습 팬텀들은 수입에 의존하고 있고 구입에 큰 비용과 많은 시간 드는 단점들을 보완하고자 본 연구를 수행하였다. 골형태에 대한 해부학적 특징들이 정성적 평가는 기존 팬텀과 비교하여 각 해부학적 특징들이 유사한 형태를 보였으며 3D VRT 이미지 또한 기존팬텀과 유사하게 만들어짐을 확인할 수 있었다.
[4] PLA(Poly Lactic Acid), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)등의 수지로 만들어진 필라멘트를 고온의 노즐에서 적층하는 FDM방식은 원리가 단순하고 출력비용이 비교적 저렴한 장점이 있다. 본 연구에서는 CT 의료영상 데이터로 3D 프린팅을 하여 일반 X선 촬영 실습용 팬텀을 제작하고 실제 일반 X선 실습용 팬텀으로서의 활용 가능성에 대하여 연구해보고자 한다.
제안 방법
팬텀으로서 활용가능성을 평가하기 위해 정성적 평가와 정량적 평가를 하여 비교하였다. 3D프린팅 팬텀, 기존 실습 팬텀의 손과 발을 후전촬영, 사 방향 촬영, 측 방향촬영 하였다. 촬영 조건은 55 kV, 6 mAs로 설정하였다.
대상 데이터
완성된 골격 모형을 일반 X선 촬영 실습용 팬텀으로써 활용하기 위해서는 PLA 수지로 이루어진 골격 모형보다 원자번호나 밀도가 낮아 투과성이 높은 연부 조직으로 골격의 외부를 감싸 인체의 형태를 갖출 필요가 있다. 본 연구에서는 공작재료로 판매되고 있는 아모스 사의 아이클레이 폴리머 점토를 연부조직의 재료로 활용하였다. Fig.
Hand는 17시간 동안 55m의 필라멘트가 사용되었고 서포트를 포함해서 164g의 출력물이 완성되었다. 시중에 판매되는 가장 저렴한 PLA필라멘트 제품군을 기준으로 제작비용을 계산하면 Foot 팬텀 제작에 7,550원, Hand 팬텀 제작에 4,460원이 사용되었다.
평가는 우수(5점), 아주 좋음(4점), 좋은(3점), 보통(2점), 나쁨(1점)의 5점척도로 점수화 하여 평가하였다. 영상분석은 5년이상 근무한 방사선사 5명이 평가하였다.
데이터처리
2는 CT 영상의 골격 부분을 3D 모형으로 출력하기 위해서는 의료영상의 DICOM 파일을 3D 프린팅에 가장 보편적으로 사용되는 3D 모델 포맷인 STL 파일로의 변환이 필요하다. 본 연구에서는 이 과정을 3D slicer 프로그램으로 수행하였다. CT 영상데이터의 DICOM파일을 3D slicer로 실행하고 Crop Volume 기능으로 영상을 추출하고자 하는 골조직의 크기만큼 잘라낸 후 Threshold Effect 기능으로 골격에 해당하는 농도 값을 지정하면 대략적인 골격의 범위를 지정할 수 있으며 이 과정에서 Volume Rendering을 통해 골격 및 연부조직을 3D 형태를 미리 렌더링해 볼 수 있다.
팬텀으로서 활용가능성을 평가하기 위해 정성적 평가와 정량적 평가를 하여 비교하였다. 3D프린팅 팬텀, 기존 실습 팬텀의 손과 발을 후전촬영, 사 방향 촬영, 측 방향촬영 하였다.
이론/모형
정량적 평가방법으로는 130kV, 100mAs CT스캔 후 팬텀 스캔 데이터를 토대로 관심영역(Region of Interest, ROI)를 설정하여 HU(Hounsfield)값을 측정하였다.
촬영 조건은 55 kV, 6 mAs로 설정하였다. 정성적 평가 방법은 영상에 대한평가 기준은 청구문화사의 TEXTBOOK of Radiographic Positioning and Clinical Diagnosis의 X선상의 평가기준항목을 이용하여 각 항목의 기준을 점수로 계산하였다.
성능/효과
CT 데이터와 3D 프린트를 활용하여 X선 실습용 팬텀의 제작 결과 기존 팬텀과의 성능과 유사한 결과가 나타났으며, 이것을 토대로 교육기관에서는 저렴한 비용으로 영상처리학, 영상 진단학의 수업 보조 자료로 활용할 수 있어 학생들에게 더욱 수준 높은 교육을 할 수 있는 도구로 활용될 수 있을 것이라 생각된다.
골형태에 대한 해부학적 특징들이 정성적 평가는 기존 팬텀과 비교하여 각 해부학적 특징들이 유사한 형태를 보였으며 3D VRT 이미지 또한 기존팬텀과 유사하게 만들어짐을 확인할 수 있었다. CT검사의 HU값은 기존팬텀의 재료와 3D 프린트의 필라멘트의 밀도 차이로 인해 차이를 보여 3D 프린팅 된 팬텀 조사시 기존 팬텀에 조사된 조건보다 작은 조건을 조사되어야지 적정한 농도의 결과물이 얻을 수 있었다.
따라서 본 연구는 기존 일반 X선 실습 팬텀들은 수입에 의존하고 있고 구입에 큰 비용과 많은 시간 드는 단점들을 보완하고자 본 연구를 수행하였다. 골형태에 대한 해부학적 특징들이 정성적 평가는 기존 팬텀과 비교하여 각 해부학적 특징들이 유사한 형태를 보였으며 3D VRT 이미지 또한 기존팬텀과 유사하게 만들어짐을 확인할 수 있었다. CT검사의 HU값은 기존팬텀의 재료와 3D 프린트의 필라멘트의 밀도 차이로 인해 차이를 보여 3D 프린팅 된 팬텀 조사시 기존 팬텀에 조사된 조건보다 작은 조건을 조사되어야지 적정한 농도의 결과물이 얻을 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방사선사란?
방사선사는 전리 및 비전리 방사선의 취급과 방사성 동위원소를 이용한 핵의학적 검사 및 의료영상진단기·초음파 진단기의 취급, 방사선 기기 및 부속 기자재의 선택 및 관리업무를 시행하는 의료기사이다. [1]방사선사 취득을 위해서는 국내의 방사선학과를 졸업하고 보건복지부에서 시행하는 시험들 통과해야 한다.
방사선사 취득을 위해서 무엇을 해야하는가?
방사선사는 전리 및 비전리 방사선의 취급과 방사성 동위원소를 이용한 핵의학적 검사 및 의료영상진단기·초음파 진단기의 취급, 방사선 기기 및 부속 기자재의 선택 및 관리업무를 시행하는 의료기사이다. [1]방사선사 취득을 위해서는 국내의 방사선학과를 졸업하고 보건복지부에서 시행하는 시험들 통과해야 한다. 일반적으로 임상에서 방사선사는 영상의학과 중 일반 X선 촬영실에서 근무하는 인원이 가장 많고 임상 검사 중기본검사로 인식되고 있어 방사선학과에서도 이를 대비한 실습에 대한 비중이 높은 과목 중 하나이다.
일반 X선 촬영 실습용 팬텀의 단점을 해결하기 위하여 어떠한 연구가 진행되었는가?
[2] 그러나 시판되는 일반 X선 촬영 실습용 팬텀은 매우 고가이며 주문 제작 혹은 수입에 의존하고 있기 때문에 구입하기 위해서는 많은 시간과 비용이 요구된다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 CT 데이터와 3D프린터를 사용하여 팬텀 연구를 진행하였다. 3D 프린팅이란 적층 기공(Additive Manufacturing; AM)이라고도 불리며, 디지털 디자인 데이터를 이용하여 액체 또는 가루 형태의 폴리머(수지), 금속 등의 재료를 쌓아 올려 3차원 물체를 제조하는 과정을 의미한다.
Rengier, Fabian, et al. "3D printing based on imaging data: review of medical applications." International journal of computer assisted radiology and surgery, Vol. 5, No. 4, pp. 335-341, 2010
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W,K Oh, "Additive Manufacturing of Patient-specific Femur Via 3D Printer Using Computed Tomography Image" Journal of the Korean Society of Radiology, Volume 7, No. 5, pp. 358-364, 2013.
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