성인과 소아 CT 촬영시 IR 적용에 따른 영상화질 및 선량에 미치는 영향 Effect of Image quality and Radiation Dose using Iterative Reconstruction in Adult and Pediatric CT: A Phantom Study원문보기
The main issue of CT is radiation dose reduction to patient. The purpose of this study was to estimate the image quality and dose by iterative reconstruction (IR) for adults and pediatrics. Adult and pediatric images of phantom were obtained with 120 and 140 kV, respectively, in accordance with radi...
The main issue of CT is radiation dose reduction to patient. The purpose of this study was to estimate the image quality and dose by iterative reconstruction (IR) for adults and pediatrics. Adult and pediatric images of phantom were obtained with 120 and 140 kV, respectively, in accordance with radiation dose in terms of volume CT dose index ($CTDI_{vol}$): 10, 15, 20, 25, 30, 35 mGy. Then, the adult and the pediatric images are reconstructed by filtered-backprojection (FBP) and iterative reconstruction (IR). The images were analyzed by signal-to-noise ratio (SNR). SNR is improved when IR and 140 kV are applied to acquire adult and pediatric images. In the adult abdomen, according to diagnostic reference level, the SNR values of bone were increased about 27.84 % and 27.77 % at 120 kV and 140 kV, and the tissue's SNR values of the IR were increased about 29.84 % and 33.46 % 120 and 140 kV, respectively. Dose is reduced to 40% in adults abdomen images when using IR reconstruction. In pediatric images, the bone's SNR were also increased about 17.70% and 18.17 % at 120 kV and 140 kV. The tissue's SNR were increased about 26.73 % and 26.15 % at 120 kV and 140 kV. Radiation dose is reduced from 30% to 50% for bone and tissue images. In the case of examinations for adult and pediatric CT, IR technique reduces radiation dose to patient, and it could be applied to adult and pediatric imaging.
The main issue of CT is radiation dose reduction to patient. The purpose of this study was to estimate the image quality and dose by iterative reconstruction (IR) for adults and pediatrics. Adult and pediatric images of phantom were obtained with 120 and 140 kV, respectively, in accordance with radiation dose in terms of volume CT dose index ($CTDI_{vol}$): 10, 15, 20, 25, 30, 35 mGy. Then, the adult and the pediatric images are reconstructed by filtered-backprojection (FBP) and iterative reconstruction (IR). The images were analyzed by signal-to-noise ratio (SNR). SNR is improved when IR and 140 kV are applied to acquire adult and pediatric images. In the adult abdomen, according to diagnostic reference level, the SNR values of bone were increased about 27.84 % and 27.77 % at 120 kV and 140 kV, and the tissue's SNR values of the IR were increased about 29.84 % and 33.46 % 120 and 140 kV, respectively. Dose is reduced to 40% in adults abdomen images when using IR reconstruction. In pediatric images, the bone's SNR were also increased about 17.70% and 18.17 % at 120 kV and 140 kV. The tissue's SNR were increased about 26.73 % and 26.15 % at 120 kV and 140 kV. Radiation dose is reduced from 30% to 50% for bone and tissue images. In the case of examinations for adult and pediatric CT, IR technique reduces radiation dose to patient, and it could be applied to adult and pediatric imaging.
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문제 정의
일반적으로 CT는 120 kV의 관전압을 사용하여 영상을 획득하는데, 140 kV의 관전압에 대한 영향을 분석한 연구는 보고되지 않았다. 이에 본 연구에서는 성인과 소아 팬텀을 이용하여 140 kV 관전압을 사용했을 때, IR 영상의 화질과 선량에 대한 영향을 연구하고자 하며, 그 결과를 120 kV 의 관전압으로 획득한 영상 및 선량과 비교하고자 한다.
제안 방법
CT 영상은 FBP 와 IR 방법을 이용하여 재구성되었다. CT 영상 재구성을 위해 현재 널리 사용되고 있는 FBP 알고리즘은 IR 방법과 비교하기 위해 사용되었다.
이때 슬라이스 두께는 5 ㎜이고, 영상재구성 방법은 FBP 와 IR을 적용하였으며 관전압은 120 과 140kV 로 촬영하였다. 각 관전압에 대한 방사선량은 CTDIvol을 기준으로 10, 15, 20, 25, 30, 35 mGy 로 선량을 증가시키면서 촬영하였고, 표 1에 기술되어 있는 진단참고수준을 기준으로 비교 및 평가하였다. 촬영조건은 표 2에 기술되어 있다.
그림 3 의 소아 팬텀을 이용한 연구 결과에 따르면, 뼈 영상의 SNR 증강을 위해 동일한 관전압에서 IR 과FBP 영상을 비교하였고, 동일한 영상재구성 방법에서 관전압 변화에 따른 영상의 SNR 을 비교하였다. 소아의 뼈 영상에서 관전압 120 kV 와 140 kV 일 때 IR 적용 시 SNR 이 각각 17.
선량 감소 효과 측면을 고려하기 위해 성인의 DRL 25 mGy 와 소아의 DRL 20 mGy 을 기준으로 하고 이때 FBP 영상의 SNR 을 획득하여 이것과 비슷한 SNR 을 갖는 IR 영상의 선량이 어느 정도인지 확인하였다. 성인 팬텀의 IR 영상에서의 선량 감소효과는 뼈와 조직 영상에서 모두 40%의 선량 감소 효과를 보였다.
기준 DRL 에서 관전압 증가에 따른SNR 향상의 효과는 있었으나, 영상재구성 방법에 의한 SNR 향상에 비해서 그 효과는 적었다. 성인 팬텀의 조직 영상에서는 기준 DRL 일 때 동일 관전압에서 IR 의 적용에 따른 SNR 의 향상이 두드러졌으나, 관전압상승에 의한 SNR 향상의 영향은 IR 을 적용했을 때에 비교해서는 적었다. 따라서, 성인의 CT 촬영 시 뼈와 조직의 SNR 증강을 위해서는 관전압의 증가보다는 동일 관전압일 때 IR 을 적용하면 SNR 증가효과가 우수한 것으로 확인되었다.
성인과 소아의 CT 검사 시 환자 선량을 감소시키기 위하여 IR 방법을 적용했을 때 화질의 효과를 FBP방법과 비교하였다. 본 연구 결과에 따르면 환자 선량을 줄이기 위한 방법으로 IR 기법을 적용했을 때 선량감소효과가 증대되는 것으로 확인할 수 있었다.
성인과 소아의 복부를 기준으로 관전압, 선량, 영상재구성 방법에 따라 획득된 영상의 화질은 신호대잡음비 (Signal-to-noise ratio, SNR)로 평가하였다. SNR 식은 아래와 같다.
CT 영상은 64 채널의 CT 장치 (Brilliance 64, Philips, Netherland)를 이용하여 획득하였다. 이 CT 장치의관전압은 80, 120, 140 kV를 사용할 수 있으며, 본 연구에서는 120 과 140 kV의 관전압을 사용하였다. 영상 획득용 팬텀 (Phantom kit, Philips, Netherland)를 사용하였다.
성인의 복부는 32 ㎝ 지름을 가진 팬텀을 촬영하였고, 소아의 복부는 16 ㎝ 지름을 가진 팬텀을 촬영하였다. 이때 슬라이스 두께는 5 ㎜이고, 영상재구성 방법은 FBP 와 IR을 적용하였으며 관전압은 120 과 140kV 로 촬영하였다. 각 관전압에 대한 방사선량은 CTDIvol을 기준으로 10, 15, 20, 25, 30, 35 mGy 로 선량을 증가시키면서 촬영하였고, 표 1에 기술되어 있는 진단참고수준을 기준으로 비교 및 평가하였다.
또한 소아 CT 검사가 증가하고 있는데 소아는 성인에 비해 방사선에 대한 감수성이 매우 높기 때문에 CT 검사에 주의가 필요하다. 이에 본연구에서는 참고문헌에서 권고하고 있는 DRL 을 기준으로 하여 IR 기법의 선량과 화질에 대한 영향을 확인하였고, 이 결과를 FBP 의 결과와 비교하였다
표 1 에 보는 바와 같이 성인과 소아의 복부에서의 CT 선량 진단참조수준 (Diagnostic Reference Level,DRL)인 Volume CT Dose Index (CTDIvol)을 기준으로 관전압, 관전류의 변화 및 영상재구성 방법에 따른 영상화질의 경향을 평가하였다 (2002). 진단참조수준에 따르면 성인은 복부 지름 32 ㎝를 기준으로 선량준위는 25 mGy 며, 소아는 복부 지름 16 ㎝를 기준으로 선량 준위는 20 mGy 다.
대상 데이터
CT 영상은 64 채널의 CT 장치 (Brilliance 64, Philips, Netherland)를 이용하여 획득하였다. 이 CT 장치의관전압은 80, 120, 140 kV를 사용할 수 있으며, 본 연구에서는 120 과 140 kV의 관전압을 사용하였다.
성인의 복부는 32 ㎝ 지름을 가진 팬텀을 촬영하였고, 소아의 복부는 16 ㎝ 지름을 가진 팬텀을 촬영하였다. 이때 슬라이스 두께는 5 ㎜이고, 영상재구성 방법은 FBP 와 IR을 적용하였으며 관전압은 120 과 140kV 로 촬영하였다.
이 CT 장치의관전압은 80, 120, 140 kV를 사용할 수 있으며, 본 연구에서는 120 과 140 kV의 관전압을 사용하였다. 영상 획득용 팬텀 (Phantom kit, Philips, Netherland)를 사용하였다. 팬텀의 지름은 소아와 성인의 복부둘레를 기준으로 각각 16, 32 ㎝를 기준으로 설정하였다.
이론/모형
CT 영상은 FBP 와 IR 방법을 이용하여 재구성되었다. CT 영상 재구성을 위해 현재 널리 사용되고 있는 FBP 알고리즘은 IR 방법과 비교하기 위해 사용되었다. FBP 알고리즘은 투영 과정과 역투영 과정을 거쳐서 재구성 영상을 만들 수 있고, FBP 의 투영상에 대한 알고리즘은 다음 식과 같다 (2005).
성능/효과
38 % 증가하였다. 120 kV 촬영 시 DRL 기준으로 FBP 의 SNR 와 비슷한 화질을 갖는 IR 의 SNR 일 때 선량은 20 mGy 에서 약 12 mGy 로 약 40% 감소하였고, 140 kV 영상에서도 선량은 20mGy 에서 14 mGy 로 약 30% 선량 감소효과를 보였다.
그림 2(B)는 조직에 대한 SNR 의 변화를 나타내고 있으며, 120 kV 와 140 kV 의 영상 모두에서 같은 선량지점의 IR 의 SNR 이 FBP 의 SNR 보다 증가했으며, 선량이 증가할수록 SNR 값도 증가하는 추세를 보여주고 있다. 25 mGy 의 DRL 선량을 기준으로 설정했을 때, 120 kV 와 140 kV 의 영상에서 IR 영상의SNR 이 FBP 영상에 비해 29.84 %, 33.46 % 증가함을 보였다. FBP 와 IR 영상에서 140 kV 로 촬영한 영상은 120 kV 로 촬영한 영상과 비교하여 SNR 값이 각각 7.
87 % 증가하였다. DRL 기준 선량일 때 120kV 로 촬영하여 FBP 로 획득한 영상과 비슷한 SNR 을 갖는 IR 의 SNR 일 때 선량은 25 mGy 에서 15 mGy 로 선량이 40% 감소하였으며, 140 kV 영상에서도 선량이 25 mGy 에서 15 mGy 로 40% 선량 감소 효과를 보였다.
82 % 증가하였다. DRL 선량일 때 120 kV 로 촬영하여 FBP 로 획득한 영상과 비슷한 SNR 을 갖는 IR 의 SNR 에서 선량은 20 mGy 에서 10mGy 로 선량이 50% 감소하였으며, 140 kV 영상에서도 선량이 20 mGy 에서 10 mGy 로 50% 선량 감소 효과를 보였다.
그림 2(A)는 뼈에 대한 SNR 의 변화를 나타내고 있는데 120 kV 와 140 kV 모두에서 IR 기법의 화질이 FBP 기법에 비해서 모든 선량에 대해서 증가하는 추세이다. DRL 인 25 mGy 의 선량을 기준으로 했을 때, 120 kV 과 140 kV 영상에서 IR 의 SNR 은 FBP 의 SNR 보다 각각 27.84 %, 27.77 % 증가하였다. 또한, FBP 와 IR 영상에서 140 kV 로 촬영한 영상의 SNR 은 120 kV 로 촬영한 영상의 SNR 에 비해 각각 4.
15 % 증가함을 보였다. FBP 와 IR 영상에서 140 kV 로 촬영한 영상은 120 kV 로 촬영한 영상과 비교하여 SNR 값이 각각 7.31 %, 6.82 % 증가하였다. DRL 선량일 때 120 kV 로 촬영하여 FBP 로 획득한 영상과 비슷한 SNR 을 갖는 IR 의 SNR 에서 선량은 20 mGy 에서 10mGy 로 선량이 50% 감소하였으며, 140 kV 영상에서도 선량이 20 mGy 에서 10 mGy 로 50% 선량 감소 효과를 보였다.
46 % 증가함을 보였다. FBP 와 IR 영상에서 140 kV 로 촬영한 영상은 120 kV 로 촬영한 영상과 비교하여 SNR 값이 각각 7.86 %, 10.87 % 증가하였다. DRL 기준 선량일 때 120kV 로 촬영하여 FBP 로 획득한 영상과 비슷한 SNR 을 갖는 IR 의 SNR 일 때 선량은 25 mGy 에서 15 mGy 로 선량이 40% 감소하였으며, 140 kV 영상에서도 선량이 25 mGy 에서 15 mGy 로 40% 선량 감소 효과를 보였다.
그림 2 와 3 의 연구 결과에 따르면 성인과 소아 팬텀 CT 검사 시 동일한 실험조건에서 IR 기법을 적용했을 때 SNR 값이 FBP 의 SNR 과 비교하여 증가하는 경향을 보였다. IR 방법의 효과가 증명된 부분은 동일관전압에서 IR 과 FBP 의 적용부분이고, 성인 팬텀을 이용하여 뼈 영상을 획득했을 때, 기준 DRL 에서 120kV 와 140 kV 의 영상에서 SNR 의 향상이 각각 27.84 %와 27.77 % 였다. 기준 DRL 에서 관전압 증가에 따른SNR 향상의 효과는 있었으나, 영상재구성 방법에 의한 SNR 향상에 비해서 그 효과는 적었다.
77 % 였다. 기준 DRL 에서 관전압 증가에 따른SNR 향상의 효과는 있었으나, 영상재구성 방법에 의한 SNR 향상에 비해서 그 효과는 적었다. 성인 팬텀의 조직 영상에서는 기준 DRL 일 때 동일 관전압에서 IR 의 적용에 따른 SNR 의 향상이 두드러졌으나, 관전압상승에 의한 SNR 향상의 영향은 IR 을 적용했을 때에 비교해서는 적었다.
성인 팬텀의 조직 영상에서는 기준 DRL 일 때 동일 관전압에서 IR 의 적용에 따른 SNR 의 향상이 두드러졌으나, 관전압상승에 의한 SNR 향상의 영향은 IR 을 적용했을 때에 비교해서는 적었다. 따라서, 성인의 CT 촬영 시 뼈와 조직의 SNR 증강을 위해서는 관전압의 증가보다는 동일 관전압일 때 IR 을 적용하면 SNR 증가효과가 우수한 것으로 확인되었다.
17 % 증가하였다. 또한, FBP 와 IR 영상에서 140 kV 로 촬영한 영상의 SNR 은 120 kV 로 촬영한 영상의 SNR 에 비해 각각 15.91 %, 16.38 % 증가하였다. 120 kV 촬영 시 DRL 기준으로 FBP 의 SNR 와 비슷한 화질을 갖는 IR 의 SNR 일 때 선량은 20 mGy 에서 약 12 mGy 로 약 40% 감소하였고, 140 kV 영상에서도 선량은 20mGy 에서 14 mGy 로 약 30% 선량 감소효과를 보였다.
77 % 증가하였다. 또한, FBP 와 IR 영상에서 140 kV 로 촬영한 영상의 SNR 은 120 kV 로 촬영한 영상의 SNR 에 비해 각각 4.86 %, 4.80 % 증가하였다. 120 kV 촬영 시 DRL 기준으로 FBP 의 SNR 와 비슷한 화질을 갖는 IR 의 SNR 일 때 선량은 25 mGy 에서 15 mGy 로 40% 감소하였고, 140 kV 영상에서도 마찬가지로 선량은 25mGy 에서 15 mGy 로 40% 선량 감소효과를 보였다.
성인과 소아의 CT 검사 시 환자 선량을 감소시키기 위하여 IR 방법을 적용했을 때 화질의 효과를 FBP방법과 비교하였다. 본 연구 결과에 따르면 환자 선량을 줄이기 위한 방법으로 IR 기법을 적용했을 때 선량감소효과가 증대되는 것으로 확인할 수 있었다. 성인의 CT 검사 시 뼈와 조직의 SNR 증가를 위해서는 관전압 증가보다는 IR 기법을 적용하면 화질 향상에 기여할 것으로 생각된다.
선량 감소 효과 측면을 고려하기 위해 성인의 DRL 25 mGy 와 소아의 DRL 20 mGy 을 기준으로 하고 이때 FBP 영상의 SNR 을 획득하여 이것과 비슷한 SNR 을 갖는 IR 영상의 선량이 어느 정도인지 확인하였다. 성인 팬텀의 IR 영상에서의 선량 감소효과는 뼈와 조직 영상에서 모두 40%의 선량 감소 효과를 보였다. 소아 팬텀의 IR 영상에서는 최소 30 %에서 최대 50% 선량 감소 효과를 보였다.
또한, 선량이 증가할수록 SNR 값도 증가하는 추세를 보여주고 있다. 소아 팬텀의 DRL 인 20 mGy 선량을 기준으로 설정했을 때, 120 kV 와 140 kV 의 영상에서 IR 영상의SNR 이 FBP 영상의 SNR 과 비교했을 때 26.73 %, 26.15 % 증가함을 보였다. FBP 와 IR 영상에서 140 kV 로 촬영한 영상은 120 kV 로 촬영한 영상과 비교하여 SNR 값이 각각 7.
성인 팬텀의 IR 영상에서의 선량 감소효과는 뼈와 조직 영상에서 모두 40%의 선량 감소 효과를 보였다. 소아 팬텀의 IR 영상에서는 최소 30 %에서 최대 50% 선량 감소 효과를 보였다. 이는 IR 방법은 DRL 이하의 선량으로도 FBP 방법을 적용했을 때의 기준 DRL 에서의 영상과 동일한 화질을 얻을 수 있는 효과가 있다.
그림 3(A)는 뼈에 대한 SNR 의 변화를 나타내고 있으며 동일한 관전압과 같은 선량에서 IR 기법의 SNR 이 FBP 기법의 SNR 에 비해서 높은 값을 보였다. 소아의 DRL 인 20 mGy 의 선량을 기준으로 했을 때, 120 kV 과 140 kV 영상에서 IR 의 SNR 은 FBP 의 SNR 보다 각각 17.70 %, 18.17 % 증가하였다. 또한, FBP 와 IR 영상에서 140 kV 로 촬영한 영상의 SNR 은 120 kV 로 촬영한 영상의 SNR 에 비해 각각 15.
그림 3 의 소아 팬텀을 이용한 연구 결과에 따르면, 뼈 영상의 SNR 증강을 위해 동일한 관전압에서 IR 과FBP 영상을 비교하였고, 동일한 영상재구성 방법에서 관전압 변화에 따른 영상의 SNR 을 비교하였다. 소아의 뼈 영상에서 관전압 120 kV 와 140 kV 일 때 IR 적용 시 SNR 이 각각 17.70 %, 18.17 % 증가하였고, IR 과 FBP 영상에서 관전압을 140 kV 를 사용했을 때 SNR 이 각각 15.91 %, 16.38 % 증가하였다. 소아의 뼈영상에서 동일 관전압에서 IR 영상과 동일 영상재구성 방법에서의 140 kV 영상의 SNR 향상 효과는 비슷하게 증가하였다.
사람의 평균수명이 늘어나고 있고 건강에 대한 사람들의 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 CT 를 이용한 검사가 증가하였고, 환자가 받는 피폭선량 또한 큰 폭으로 증가하였다. 또한 소아 CT 검사가 증가하고 있는데 소아는 성인에 비해 방사선에 대한 감수성이 매우 높기 때문에 CT 검사에 주의가 필요하다.
후속연구
본 연구 결과에 따르면 환자 선량을 줄이기 위한 방법으로 IR 기법을 적용했을 때 선량감소효과가 증대되는 것으로 확인할 수 있었다. 성인의 CT 검사 시 뼈와 조직의 SNR 증가를 위해서는 관전압 증가보다는 IR 기법을 적용하면 화질 향상에 기여할 것으로 생각된다. 소아 CT 검사 시 조직의 화질 향상은 IR 기법을 적용하는 것의 효과가 크지만, 소아의 뼈 검사 시 IR 기법을 사용하거나 관전압을 140kV 로 증가시키면 화질 향상에 기여할 것으로 사료된다.
성인의 CT 검사 시 뼈와 조직의 SNR 증가를 위해서는 관전압 증가보다는 IR 기법을 적용하면 화질 향상에 기여할 것으로 생각된다. 소아 CT 검사 시 조직의 화질 향상은 IR 기법을 적용하는 것의 효과가 크지만, 소아의 뼈 검사 시 IR 기법을 사용하거나 관전압을 140kV 로 증가시키면 화질 향상에 기여할 것으로 사료된다.
하지만, 소아 팬텀의 조직의 경우 동일 관전압에서의 IR 영상의 SNR 향상이 동일 재구성방법에서의 140 kV 관전압 효과보다 SNR 향상 측면에서 더 많은 증가폭을 보이고 있다. 소아 조직 영상의 경우 동일 선량에서 관전압의 증가보다는 IR 방법의 적용이 화질 개선에 더 많은 역할을 할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소아 CT 검사에서 선량을 줄이기 위해 노력하는 이유는 무엇인가?
그러나 대부분의 병원에서는 CT 검사로 인해 환자가 받는 방사선피폭은 화질 향상이라는 측면에 가려져 중요한 문제로 인식되고 있지 않다 (2004). 특히, 소아는 성인에 비해 방사선 감수성이 높고 기대수명이 길기 때문에 방사선량 증가에 따른 잠재적 위험성이 매우 크다. 따라서, 소아 CT 검사에서 선량을 줄이기 위한 다양한 노력들이 강조되고 있다 (2004).
전산화단층촬영장치의 특징은 무엇인가?
전산화단층촬영장치 (Computed Tomography, CT)는 인체의 해부학적 구조를 3 차원으로 표현할 수 있으며, 정확하고 빠른 진단이 가능하기 때문에 영상의학에서 매우 중요한 진단도구가 되었다. CT 는 진단영상 중에서 민감도와 특이도가 매우 높기 때문에 환자 선량이 증가할 수 있음에도 불구하고 임상에서 질병진단시 CT 검사는 증가하는 추세다 (2007).
전산화단층촬영장치의 사용이 증가하는 이유는 무엇인가?
전산화단층촬영장치 (Computed Tomography, CT)는 인체의 해부학적 구조를 3 차원으로 표현할 수 있으며, 정확하고 빠른 진단이 가능하기 때문에 영상의학에서 매우 중요한 진단도구가 되었다. CT 는 진단영상 중에서 민감도와 특이도가 매우 높기 때문에 환자 선량이 증가할 수 있음에도 불구하고 임상에서 질병진단시 CT 검사는 증가하는 추세다 (2007). CT 가 전체 방사선검사에서 차지하는 비율은 약 2.
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