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문제 정의
- 본 연구는 IEC에서 제시하는 방법으로 현재 우리나라에서 널리 사용되고 있는 디지털 X선 촬영장치 중 컴퓨터방사 선촬영장치(Computed Radiography; CR)와 인체 흉부 모형 팬텀을 이용하여 그리드 사용유무와 조사야 크기 변화에 따른 최적화된 영상을 획득하기 위한 적정 EI값의 도출 사례를 보고하고자 한다.
제안 방법
- 산란선의 영향을 막기 위해 CR뒷면은 벽으로부터 25 cm이상 거리를 두어 실험을 실시하였다. X선 조사야는 선량계에 충분히 포함 되도록 조절하며 측정 하였으며, 중심부의 선량과 일치 될 수 있도록 측정값을 보정하여 측정하였다[Fig. 1], [3].
- 본 실험은 IEC의 RQA5 선질을 맞추기 위해 0.5 ㎜Cu와 2 ㎜Al을 사용하였고, 반가층이 7.1 ㎜Al이 되도록 관전압 70 kV를 선택하여 실험을 실시하였다. CR 앞에는 Grid(grid ratio 10:1)를 장착하기도 하고 제거하기도 하여 각각의 특성 곡선을 구하였다.
- 본 연구에서 ROI를 임상에서 많이 사용되는 검출기 크기에 맞춘 ROI(Full ROI)와 영상 크기에 맞춘 ROI(Fit ROI)를 비교하였다[Fig. 4-6]. Full ROI와 Fit ROI는 유사한 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
- 실험을 위해서 CR과 선량계를 X선관으로부터 150 cm 떨어진 곳에 위치시켰다. 산란선의 영향을 막기 위해 CR뒷면은 벽으로부터 25 cm이상 거리를 두어 실험을 실시하였다. X선 조사야는 선량계에 충분히 포함 되도록 조절하며 측정 하였으며, 중심부의 선량과 일치 될 수 있도록 측정값을 보정하여 측정하였다[Fig.
- IEC에서는 EI 산출 시 raw data에 오프셋 보정(Offset correction), 균일도 보정(Gain correction)과 결손 보정(Defect correction) 등의 이미지 보정이 행해진 데이터(Original data)를 사용하도록 규정되어 있어 본 실험에서도 동일하게 적용하였다 [8-11]. 이렇게 얻어진 original data에 이미지 영역 및 ROI를 산출하여, 영상 분석을 통하여 EI를 구하였다[3,12,13].
- 첫 번째 영상은 임상에서 흉부영상 검사 시 많이 적용되는 방법으로, 조사야 및 영상 크기를 CR 의 최대 영상 크기인 14×17 inch(35×43 cm, Full field image)로 맞추어 검사하였으며, 다른 하나는 흉부 영상 중 꼭 필요한 부분만을 포함시킨 영상으로, 영상 크기를 14×14 inch(35×35 cm, Fit field image)로 맞추어 검사를 실시한 것이다[Fig. 2].
- CR 앞에는 Grid(grid ratio 10:1)를 장착하기도 하고 제거하기도 하여 각각의 특성 곡선을 구하였다. 표면입사 선량을 최저 0.5 uGy부터 최대 90 uGy까지 순차적으로 조사하여 실험을 실시하였다.
- 특성곡선은 원칙적으로 격자를 사용하지 않고 측정해야 한다. 하지만 본 실험은 임상에서 Chest를 검사함에 있어서 격자를 사용해서 사용하는 환경을 고려하였기에 격자를 사용한 상태와 격자를 사용하지 않은 상태의 특성곡선을 모두 구하였다.
대상 데이터
- 본 실험을 위한 영상은 두 가지로 나누어 영상을 획득하였다. 첫 번째 영상은 임상에서 흉부영상 검사 시 많이 적용되는 방법으로, 조사야 및 영상 크기를 CR 의 최대 영상 크기인 14×17 inch(35×43 cm, Full field image)로 맞추어 검사하였으며, 다른 하나는 흉부 영상 중 꼭 필요한 부분만을 포함시킨 영상으로, 영상 크기를 14×14 inch(35×35 cm, Fit field image)로 맞추어 검사를 실시한 것이다[Fig.
- 실험에 사용한 방사선 발생장치는 AccuRay-650(DK Medical System, Korea)를 사용하였으며, 디지털 의료영상 시스템은 Elite CR 850(Creastream, USA)을 사용하였다. 조사선량을 측정하기 위해 전리조형 선량계(Ionization chamber 50cc, Capintec, USA)를 사용하였으며, 영상분석을 위해서는 Matlab 2017(Mathworks, USA)와 Excel 2016(Microsoft, USA)을 사용하였다.
- 실험을 위해 인체 모형 팬텀(Whole Body Phantom PBU-50, Kyoto Kagaku, Japan)을 사용하여 특성곡선 실험과 동일한 검사조건에서 흉부전후촬영(Chest AP Projection) 영상을 획득하였다. 영상 획득을 위한 조사선량은 특성 곡선의 실험과 동일한 선량 범위를 가지고 실험하였다.
- 조사선량을 측정하기 위해 전리조형 선량계(Ionization chamber 50cc, Capintec, USA)를 사용하였으며, 영상분석을 위해서는 Matlab 2017(Mathworks, USA)와 Excel 2016(Microsoft, USA)을 사용하였다. 정확한 실험을 위하여 방사선 발생장치, 디지털 의료영상 시스템, 전리조형 선량계는 실험 6개월 이내에 제조회사와 공인기관으로부터 검교정을 실시한 장비만을 사용하였다.
데이터처리
- 실험에 사용한 방사선 발생장치는 AccuRay-650(DK Medical System, Korea)를 사용하였으며, 디지털 의료영상 시스템은 Elite CR 850(Creastream, USA)을 사용하였다. 조사선량을 측정하기 위해 전리조형 선량계(Ionization chamber 50cc, Capintec, USA)를 사용하였으며, 영상분석을 위해서는 Matlab 2017(Mathworks, USA)와 Excel 2016(Microsoft, USA)을 사용하였다. 정확한 실험을 위하여 방사선 발생장치, 디지털 의료영상 시스템, 전리조형 선량계는 실험 6개월 이내에 제조회사와 공인기관으로부터 검교정을 실시한 장비만을 사용하였다.
성능/효과
- 본 실험에서 구한 영상의 EI값과 조사된 선량과의 관계는 선량의 이산적 증가에 따라 EI값도 이산적으로 증가하는 경향을 나타내었다. Full ROI영상과 Fit ROI영상은 각각 다른 기울기의 값을 가지고 있기에 선량의 증가에 따라 EI의 차이도 증가하였다[Fig. 4].
- EI는 영상의 히스토그램을 구한 다음 직접 과노출 영역과 미노출 영역을 제외한 히스토그램의 중앙값을 EI로 정의한다[3]. 본 실험에서 구한 영상의 EI값과 조사된 선량과의 관계는 선량의 이산적 증가에 따라 EI값도 이산적으로 증가하는 경향을 나타내었다. Full ROI영상과 Fit ROI영상은 각각 다른 기울기의 값을 가지고 있기에 선량의 증가에 따라 EI의 차이도 증가하였다[Fig.
- 3 μ㏉까지로 제시하고 있다[16]. 이를 적용한 본 실험을 통한 적정 EI값의 경우 격자를 사용한 상태에서는 Full ROI 영상은 563부터 724까지이고, Fit ROI 영상은 438부터 562까지이며, 이 범위에 맞도록 조건을 맞추어 검사하는 것이 최적의 선택이라 할 수 있다. 격자를 사용하지 않은 상태에서는 Full ROI 영상은 925부터 1206까지, Fit ROI 영상은 709부터 922까지 범위에서 조건을 맞추어 검사를 하는 것이 최적이다[Fig.
- 잡음등가양자수(Noise Equivalent Quanta; NEQ)의 이산적 증가에 EI는 증가를 나타내었다.
- 특성곡선은 Gird 사용 유무에 따라 서로 다른 값을 나타내었지만, 선량의 지수적 증가에 신호값이 산술적 증가를 하였고, 신호값의 증가 폭은 일정한 비율을 유지하였다. 동일한 신호값을 나타낼 때 필요한 선량은 격자(grid)를 사용하지 않았을 때에 비하여 격자를 사용하였을 때 약 60% 증가되는 경향을 나타내었다[Fig.
후속연구
- 향후 디지털 X선 검출기의 종류별, 촬영부위별 목표 선량 지표(target exposure index; EIT)와 실제 촬영 한 선량 지표의 편차(deviation index; DI)등에 대한 연구가 추가적으 로 이루어지는 것이 바람직하다.
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