[논문]늑골 방사선검사 시 X선관 초점-영상수신체간 거리에 따른 환자선량과 화질의 연관성 평가

주영철; 정영진

doi:10.17946/jrst.2018.41.5.391

늑골 방사선검사 시 X선관 초점-영상수신체간 거리에 따른 환자선량과 화질의 연관성 평가
Evaluation of Relationship between Radiation Dose and Image Quality according to Source to Image Receptor Distance in Rib Series Radiography 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.41 no.5, 2018년, pp.391 - 396

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The purpose of this study was to compare and analyze the patient dose according to the distance between the X-ray tube focus and the image receptor, and to propose a new method for quantitatively evaluating the image quality. Using this quantitative evaluation method, the optimal distance for increasing x-ray image quality with low radiation dose was estimated between source and image receptor in Rib series radiography. Phantom images were obtained by changing the distance between focus and image receptor (100 cm and 180 cm). The patient radiation dose was estimated using entrance surface dose and dose area product. In order to evaluate image quality objectively, a non - reference image evaluation method was employed with paper and salt noise and Gaussian filter. As a result of this study, when the SID was changed from 100 cm to 180 cm, the entrance surface dose decreased by 4 ~ 5 times and the dose area product decreased by 3 times. In addition, there is no significant difference in image quality between of SID 180 cm and SID 100 cm. In conclusion, it was demonstrated that performing the rib series radiography at SID 180 cm is an optimal method to reduce the exposure dose and improve the image quality.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 SID 100 ㎝와 180 ㎝에서 얻은 RS 영상의 화질 및 환자의 피폭선량 비교 분석을 통해, RS를 위한 최적의 SID를 구하고자 하였다. 비록, 숙련된 방사선사 및 의사의 경우에도 위의 영상에서 질적 평가를 통해 충분히 구별할 수 있겠지만, 연구의 재현성 및 객관성 확보를 위해 정량적인 분석 방법인 비참조 영상 화질 평가 기법 (no-reference image quality assessment in the spatial domain)을 새롭게 적용하여 가상의 노이즈를 첨가했을 때와, 그렇지 않았을 때 영상의 비교분석을 평가하였다.
공간영역에서의 비참조 영상 화질 평가 기법(no-reference image quality assessment in the spatial domain)을 적용하여 가상의 노이즈를 첨가했을 때와, 그러하지 않는 경우의 영상을 비교 분석하여 그 유효성에 대해서 고찰하였고, 실제 임상데이터에 적용하여 SID 100 cm와 180 cm 화질의 정량적 평가를 진행하였다. 이를 통해 RS 검사 시 적은 선량과 양질의 화질을 제공할 수 있는 SID를 제시하고자 한다.

제안 방법

검사조건은 SID는 100 ㎝와 180 ㎝로 변화시켰다. 검사 조건은 75 kVp, 200 mA, 100 ms(milli-seconds)로 고정시키고, SID 변화에 따른 피부표면선량과 화질이 차이를 비교 분석하였다.
이에 본 연구에서는 RS 검사 시 SID 변화에 따른 환자선 량을 비교 분석하였고, 객관적이고 정량적인 기법을 통해 평가할 수 있는 방법을 새롭게 도입하였다. 공간영역에서의 비참조 영상 화질 평가 기법(no-reference image quality assessment in the spatial domain)을 적용하여 가상의 노이즈를 첨가했을 때와, 그러하지 않는 경우의 영상을 비교 분석하여 그 유효성에 대해서 고찰하였고, 실제 임상데이터에 적용하여 SID 100 cm와 180 cm 화질의 정량적 평가를 진행하였다. 이를 통해 RS 검사 시 적은 선량과 양질의 화질을 제공할 수 있는 SID를 제시하고자 한다.
본 연구에서는 PA 와 RAO position으로 RS 시행 시 SID 를 100 cm와 180 cm로 변화 시켰을 때 환자가 받는 방사선 선량과 영상의 화질평가를 정량적으로 비교하였다. 본 연구의 결과 SID를 100 ㎝에서 180 ㎝로 변경했을 경우 환자가받는 표면선량은 4~5배 감소하였고, 면적선량은 3배 정도 감소하는 효과를 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 입사표면선량(entrance surface dose; ESD)과 면적선량(dose area product; DAP)를 측정하였다.
이에 본 연구에서는 RS 검사 시 SID 변화에 따른 환자선 량을 비교 분석하였고, 객관적이고 정량적인 기법을 통해 평가할 수 있는 방법을 새롭게 도입하였다. 공간영역에서의 비참조 영상 화질 평가 기법(no-reference image quality assessment in the spatial domain)을 적용하여 가상의 노이즈를 첨가했을 때와, 그러하지 않는 경우의 영상을 비교 분석하여 그 유효성에 대해서 고찰하였고, 실제 임상데이터에 적용하여 SID 100 cm와 180 cm 화질의 정량적 평가를 진행하였다.
자세는 IR에 팬텀의 전면을 밀착시킨 후전방향 자세 (postero-anterior position, PA)와 IR에 팬텀의 우측전면이 밀착되도록 회전시킨 우전사방향 자세(right anteroposterior oblique position, RAO)로 진행하였다. 검사조건은 SID는 100 ㎝와 180 ㎝로 변화시켰다.

대상 데이터

본 연구는 흉부팬텀(76-083, Victoreen)을 대상으로 하였다. XGO 80(Samsung electronics, Korea) X선 발생장치를 사용하였으며, 선량 측정을 위해 Unfos Xi(RaySafe, Sweden)를 이용하였다.

데이터처리

2. p is calculated independent t-test
2. p is calculated independent t-test
2. p is calculated independent t-test
자료의 정규성 검정은 Shapiro-Wilk test로 확인하였으며, 그 결과 귀무가설을 채택하였다. SID 180 ㎝와 100 ㎝에서 선량과 화질 차에 대한 평균비교를 위해 독립표본 t검정(independent t-test)을 시행했다.
이 방법은 2012년 Mittal가 제안한 방법으로 통계기법 기반영상 평가 툴로, 기존에 널리 사용되는 웨이블릿, 이산코사인변환 등의 특징기반 기법이 적용되지 않는 기법으로, 현재 널리 활용되고 있는 peak signal to noise ratio(PSNR), 구조 유사성지표(structural similarity index)등의 결과보다 우수한 성능을 나타내는 것으로 보고되었다[14,15]. 본 연구에서 적용한 BRISQUE를 이용하여 평가하고자 하는 영상과, 노이즈를 인위적으로 첨가한 2가지 원본영상에서 변형된 그룹 영상을 평가하였다. 노이즈를 첨가하는 첫번째 영상 집단은 “Paper and salt noise”를 원본 영상의 분산 값의 0.
본 연구에서는 SID 100 ㎝와 180 ㎝에서 얻은 RS 영상의 화질 및 환자의 피폭선량 비교 분석을 통해, RS를 위한 최적의 SID를 구하고자 하였다. 비록, 숙련된 방사선사 및 의사의 경우에도 위의 영상에서 질적 평가를 통해 충분히 구별할 수 있겠지만, 연구의 재현성 및 객관성 확보를 위해 정량적인 분석 방법인 비참조 영상 화질 평가 기법 (no-reference image quality assessment in the spatial domain)을 새롭게 적용하여 가상의 노이즈를 첨가했을 때와, 그렇지 않았을 때 영상의 비교분석을 평가하였다. 두가지 노이즈 첨가 시 결과와 비-첨가 시 결과에서 매우 큰 IQS점수차가 존재하였다.
자료 분석은 각 조건에서 측정된 ESD와 DAP 그리고 BRISQUE를 통해 측정된 값의 합을 평균으로 계산으로 분석하였으며, 기술통계를 제시하였다. 자료의 정규성 검정은 Shapiro-Wilk test로 확인하였으며, 그 결과 귀무가설을 채택하였다.
자료 분석은 각 조건에서 측정된 ESD와 DAP 그리고 BRISQUE를 통해 측정된 값의 합을 평균으로 계산으로 분석하였으며, 기술통계를 제시하였다. 자료의 정규성 검정은 Shapiro-Wilk test로 확인하였으며, 그 결과 귀무가설을 채택하였다. SID 180 ㎝와 100 ㎝에서 선량과 화질 차에 대한 평균비교를 위해 독립표본 t검정(independent t-test)을 시행했다.

이론/모형

본 연구에서는 임상 의료영상의 경우, 영상평가에 활용되어야 하는 비교 가능한 참값 영상(참조영상, reference image)의 부재를 극복하기 위한 공간영역의 영상평가 기법인 비참조 영상 평가방법(Blind/Referenceless Image Spatial Quality Evaluator; BRISQUE)을 적용하여 영상점수(image quality score; IQS)를 평가하는 방법을 적용하였다. 이 방법은 2012년 Mittal가 제안한 방법으로 통계기법 기반영상 평가 툴로, 기존에 널리 사용되는 웨이블릿, 이산코사인변환 등의 특징기반 기법이 적용되지 않는 기법으로, 현재 널리 활용되고 있는 peak signal to noise ratio(PSNR), 구조 유사성지표(structural similarity index)등의 결과보다 우수한 성능을 나타내는 것으로 보고되었다[14,15].

성능/효과

29이었다. PA와 RAO 모두 SID 변화에 따른 IQS 차이는 모두 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.01).
04로 나타났다. PA와 RAO 모두 SID 변화에 따른 IQS의 차이는 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.01).
본 연구에서는 PA 와 RAO position으로 RS 시행 시 SID 를 100 cm와 180 cm로 변화 시켰을 때 환자가 받는 방사선 선량과 영상의 화질평가를 정량적으로 비교하였다. 본 연구의 결과 SID를 100 ㎝에서 180 ㎝로 변경했을 경우 환자가받는 표면선량은 4~5배 감소하였고, 면적선량은 3배 정도 감소하는 효과를 확인할 수 있었다. 또한 영상 화질 평가에서는 노이즈 첨가 후 평가되는 정량적 평가 점수와의 비교를 통해서 SID 180 cm가 화질의 큰 차이가 없거나 더 좋은 평가 점수를 획득함과 동시에, 피폭선량 또한 적게 할 수 있는 방법임을 확인할 수 있었다.

후속연구

본 연구에서는 실제 환자가 아닌 팬텀을 이용하여 영상을 측정했다는 한계점이 있다. 추후 실제 환자 영상을 이용한 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
또한 영상 화질 평가에서는 노이즈 첨가 후 평가되는 정량적 평가 점수와의 비교를 통해서 SID 180 cm가 화질의 큰 차이가 없거나 더 좋은 평가 점수를 획득함과 동시에, 피폭선량 또한 적게 할 수 있는 방법임을 확인할 수 있었다. 이는 현재의 디지털 방사선 검출기에 적용하던 전통적인 아날로그 방식의 무비판적인 임상 적용에 있어서, 추가적인 연구와 실험을 통해서 디지털 검출기에 최적화된 새로운 촬영 기법의 개발이 필요함을 확인할 수 있다.
본 연구에서는 실제 환자가 아닌 팬텀을 이용하여 영상을 측정했다는 한계점이 있다. 추후 실제 환자 영상을 이용한 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	늑골 방사선검사란?	늑골 방사선검사(rib series; RS)는 흉부 외상 및 늑골골절 의심 시 시행하는 기본적인 영상의학과적 검사이다. RS 는 환자통증 부위를 영상수용체(image receptor; IR)에 밀착 시킨 후 검사한다.
	현재 이용되고 있는 RS는 짧은 SID로 인해 흉곽 전체가 포함되지 못하는 경우가 많은데 이로 인한 문제점은?	현재 이용되고 있는 검사 방법은 짧은 SID로 인해 흉곽(thorax)전체가 포함되지 못하는 경우가 있다. 그로 인해 환자는 여러 번 방사선에 노출되어야 한다. 흉부외상에 의한 늑골골절은 다발성으로 발생한다는 특성을 고려해 보았을 때, 흉곽(thorax)전체를 한번의 방사선 조사로 검사하는 것이 환자의 피폭선량 감소와 의료영상 정보량 확대를 위해 유리한 선택이라 생각된다.
	늑골골절이 손상의 중증을 나타내는 지표인 이유는?	늑골골절(rib fracture)은 흉부외상의 10~15%를 차지하고, 가장 흔한 손상이며, 사망률은 25%로 매우 높은 편이다[2,3]. 외부충격에 의한 늑골골절은 단독으로 발생 하기 보다는 다른 장기의 손상과 동반하는 경우가 많기 때문에 손상의 중증을 나타내는 지표가 된다. 골절 빈도가 가장 높은 위치는 4~9번 늑골이다.

참고문헌 (15)

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Mittal A, Moorthy AK, Bovik AC. Referenceless Image Spatial Quality Evaluation Engine. Presentation at the 45th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Pacific Grove, CA, November 2011.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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