[논문]두부 CT검사에서의 노이즈 및 화질분석

최석윤; 임인철

doi:10.17946/jrst.2019.42.4.279

두부 CT검사에서의 노이즈 및 화질분석
Noise and Image Quality Analysis of Brain CT Examination 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.42 no.4, 2019년, pp.279 - 284

최석윤 (부산가톨릭대학교) , 임인철 (동의대학교 방사선학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to find the best protocol for balance of image quality and dose in brain CT scan. Images were acquired using dual-source CT and AAPM water phantom, noise and dose were measured, and effective dose was calculated using computer simulation program ALARA(S/W). In order to determine the ratio of image quality and dose by each protocol, FOM (figure of merits) equation with normalized DLP was presented and the result was calculated. judged that the ratio of image quality and dose was excellent when the FOM maximized. Experimental results showed that protocol No. 21(120 kVp, 10 mm, 1.5 pitch) was the best, the organ with the highest effective dose was the brain(33.61 mGy). Among organs with high radiosensitivity, the thyroid gland was 0.78 mGy and breast 0.05 mGy. In conclusion, the optimal parameters and the organ dose in the protocol were also presented from the experiment, It may be helpful to clinicians who want to know the protocol about the optimum state of image quality and dose.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 다양한 프로토콜에 의한 화질과 선량의 변화와 선량과 화질의 최적상태가 되는 프로토콜이 무엇인지를 알아보고자 하였으며 또한 각 장기의 유효선량이 어떻게 변화하는지를 알아보고자 하였다.
본 연구에서는 두부 CT검사에서 최적의 프로토콜을 찾고자 노이즈와 선량을 측정하였으며 정규화된 DLP를 적용한 FOM을 제시하여 계산식에 따라 결과를 산출하였고 값이 최대가 될 때 화질과 선량의 비가 완벽하다고 판단하였다. 따라서 FOM을 계산해서 프로토콜별로 순위를 평가하였다.
노이즈값과 DLP값의 스케일이 다르기 때문에 정규화(normalise)해서 스케일을 맞추었다. 본 연구에서는 제안하는 FOM식에 따라 결과를 산출하였고 값이 최대가 될 때 화질과 선량의 비가 완벽함을 제시한다.
그럼에도 불구하고 두부 CT검사 사용에서 적절한 파라메타의 장·단점에 대한 결과와 장기선량에 대한 연구는 매우 부족하다. 이에 파라메타에 따른 화질 및 선량의 변화와 최적의 파라메타 제시 및 그에 따른 장기선 량의 변화를 알아볼 필요가 있다고 본다. 또한 환자차폐 적용부분에 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

제안 방법

1]. 각 프로토콜에 따른 선량은 CT장치에서 제공되는 선량보고서를 인용하여 계산하였다.
5로 변화를 주어 영상을 획득하였으며 또한 슬라이스 두께를 10 mm로 변화하여 다시 한번 동일한 프로토 콜로 실험하였다[Table 1]. 노이즈 측정을 위해서는 40x40 픽셀 크기의 관심영역(Field of View; FOV)을 설정하여 좌, 우, 상, 하의 4방향에 대해서 반복 측정하여 계측하였다 [Fig. 1]. 각 프로토콜에 따른 선량은 CT장치에서 제공되는 선량보고서를 인용하여 계산하였다.
노출조건으로 두부 CT검사 부위에 대해서 전산모사를 하고 인체장기의 유효선량을 계산하였다.
본 연구에서는 두부 CT검사에서 최적의 프로토콜을 찾고자 노이즈와 선량을 측정하였으며 정규화된 DLP를 적용한 FOM을 제시하여 계산식에 따라 결과를 산출하였고 값이 최대가 될 때 화질과 선량의 비가 완벽하다고 판단하였다. 따라서 FOM을 계산해서 프로토콜별로 순위를 평가하였다. FOM은 화질과 선량의 균형을 고려해서 식에 적용한 것으로 최적상태의 조건은 화질과 선량이 거의 50%씩 기여하고, 가장 나쁜 조건은 화질만 극단적으로 좋거나 선량만 극단적으로 낮은 경우이다.
관전압은 80 kVp에서 140 kVp까지 20 kVp씩 증가하고 관전류량 250 mAs로 고정, 슬라이스 두께(Slice thickness) 5 mm로 하였다. 이때 각 관전압에 대해 피치(Pitch)값은 0.5, 1.0, 1.5로 변화를 주어 영상을 획득하였으며 또한 슬라이스 두께를 10 mm로 변화하여 다시 한번 동일한 프로토 콜로 실험하였다[Table 1]. 노이즈 측정을 위해서는 40x40 픽셀 크기의 관심영역(Field of View; FOV)을 설정하여 좌, 우, 상, 하의 4방향에 대해서 반복 측정하여 계측하였다 [Fig.
화질과 선량의 1대 1의 완벽한 균형을 100%로 성능지수 (figure of merits, FOM)를 제시한다[Table 2]. 노이즈값과 DLP값의 스케일이 다르기 때문에 정규화(normalise)해서 스케일을 맞추었다.

대상 데이터

실험장비는 Dual–source CT (SOMATOM Force, SIEMENS Healthcare, Germany)를 사용하였으며, Water phantom calibration(AAPM CT performance, USA)을 이용하여 얻은 영상은 Fig. 1에 나타내었다.
1에 나타내었다. 획득된 영상은 PACS (Picture Archiving Communication System, DEIT Version 14.3.27; KOR)를 이용하여 영상 상태를 확인하였 다. 각 프로토콜에 대한 영상은 디지털 의료 영상 전송 장치 (Digital imaging and communication in medicine, DICOM) 파일을 이용하여 획득하였으며 선량은 CT장비 선량보고서(Dose report)에서 제시되는 선량지표인 CTDI_vol(Computed tomography dose index volume)값과 DLP (Dose length product)값을 이용하여 기록하였다.

이론/모형

27; KOR)를 이용하여 영상 상태를 확인하였 다. 각 프로토콜에 대한 영상은 디지털 의료 영상 전송 장치 (Digital imaging and communication in medicine, DICOM) 파일을 이용하여 획득하였으며 선량은 CT장비 선량보고서(Dose report)에서 제시되는 선량지표인 CTDI_vol(Computed tomography dose index volume)값과 DLP (Dose length product)값을 이용하여 기록하였다.
제조사별 CT 모델에 대해서 전산모사가 되어있어 다양한 노출조건에 따른 유효선량 값을 얻을 수 있다. 본 실험에서는 유효선량 계산 시 국제방사선 방어위원회(International commission on radiological protection, ICRP) 103을 적용하였다. 해당 프로그램은 다양한 모의실험이 가능하고 유효선량을 자동으로 계산할 수 있어 각 프로토콜에 대한 장비간의 비교 분석이 가능하고 의료피폭 정당성과 CT검사를 최적화하는 연구에 많이 이용 되고 있다.
유효선량 계산을 위해서는 ALARA(S/W)를 사용하였다 [6]. 해당 S/W는 CT검사로 인한 성별에 대한 환자의 피폭 선량(CTDI_vol, DLP, 장기선량, 유효선량)을 계산할 수 있는 프로그램이다[Fig.

성능/효과

두 그룹 간 슬라이스 두께 5 mm(실험군 1)와 10 mm(실험군 2) 사용에 의한 실험군 1(1-12번)에서 관전압이 증가함에 따라서 노이즈가 감소하였고, 피치변화에 따른 변화는 적었다. ROI 위치별 노이즈값 비교 시 저관전압(80 kVp)에서 노이즈편차가 크게 나타났고, ROI 4값이 가장 크게 나타났다[Fig. 3]. 실험군 2(13-24번)에서 노이즈 특성은 실험군 1의 결과와 동일하였으나 전체 노이즈가 28% 감소한 결과로 나타났다.
Ⅴ. 결론

결론적으로 해당 프로토콜인 실험번호 21(120 kVp, 10 mm, 1.5 피치)에서 최적의 파라메타 조건으로 나타났으며, 그에 따른 장기선량 결과로는 유효선량이 가장 높은 부위는 뇌 33.61 mGy로 나타났다. 또한 방사선 감수성이 가장 높은 부위는 갑상선 0.
그 결과 실험 21에서(120 kVp, 10 mm, 1.5 pitch: 1위) FOM(99.89%)이 가장 좋았다. 실험 21(FOM 1위) 사용에서 선량이 최소인 실험 1(80 kVp, 5 mm, 0.
두 그룹 간 슬라이스 두께 5 mm(실험군 1)와 10 mm(실험군 2) 사용에 의한 실험군 1(1-12번)에서 관전압이 증가함에 따라서 노이즈가 감소하였고, 피치변화에 따른 변화는 적었다. ROI 위치별 노이즈값 비교 시 저관전압(80 kVp)에서 노이즈편차가 크게 나타났고, ROI 4값이 가장 크게 나타났다[Fig.
또한 FOM이 50%이하로 나타난 실험 1, 2, 3, 13, 14는 화질과 선량 비가 매우 불균형한 것으로 나타났으며, 실험 1-24번 중에서 실험 1이 가장 나쁘게 나타났다. 따라서 80 kVp 사용에서 대체적으로 불균형이 커지는 것을 알 수 있었다. 실험 1(FOM 24위)의 경우 선량이 63.
선량이 최대인 실험 24와 비교하면 121 mGy (30%)의 선량 감소가 있었다. 또한 FOM이 50%이하로 나타난 실험 1, 2, 3, 13, 14는 화질과 선량 비가 매우 불균형한 것으로 나타났으며, 실험 1-24번 중에서 실험 1이 가장 나쁘게 나타났다. 따라서 80 kVp 사용에서 대체적으로 불균형이 커지는 것을 알 수 있었다.
4]. 또한 방사 선감수성이 주로 높은 장기 중에서 갑상선, 유방, 적색골수에 대해서도 피폭이 있는 것으로 나타났다. 또한 임상에서 주로 사용 사용되는 CT장치 3종의 의료장비에 대해서 인체장기 유효선량에 대한 비교분석한 결과로는 뇌가 받는 유효선량은 lightspeed vct(33.
또한 방사 선감수성이 주로 높은 장기 중에서 갑상선, 유방, 적색골수에 대해서도 피폭이 있는 것으로 나타났다. 또한 임상에서 주로 사용 사용되는 CT장치 3종의 의료장비에 대해서 인체장기 유효선량에 대한 비교분석한 결과로는 뇌가 받는 유효선량은 lightspeed vct(33.61 mGy), lightspeed 16 (28.01 mGy), Definition AS(15.21 mGy)순으로 나타났으며, 갑상선이 받는 유효선량은 lightspeed vct(0.78 mGy), lightspeed 16(0.66 mGy), Definition AS(0.41 mGy)순으로 나타났고 유방이 받는 유효선량은 lightspeed vct(0.05 mGy), lightspeed 16(0.04 mGy), Definition AS(0.04 mGy)순으로 나타났다.
두부 CT검사에서 진단참고수준은 CTDIvol 60 mGy, DLP 60 mGy·cm 이하로 권고하고 있다[10]. 본실험에서는 모든 프로토콜의 CTDI_vol이 진단참고수준을 만족하였다. 그러나 현재의 의료 환경에서는 진단참고수준의권고사항을 만족하더라도 피폭을 최소화 할 수 있는 상황에서는 최대한 노력하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
89%)이 가장 좋았다. 실험 21(FOM 1위) 사용에서 선량이 최소인 실험 1(80 kVp, 5 mm, 0.5 pitch: 24위)에 비해 226 mGy의 선량이 증가하였으나, 노이즈는 7.09(39%) 감소하였다. 선량이 최대인 실험 24와 비교하면 121 mGy (30%)의 선량 감소가 있었다.
3]. 실험군 2(13-24번)에서 노이즈 특성은 실험군 1의 결과와 동일하였으나 전체 노이즈가 28% 감소한 결과로 나타났다.
5]. 하지만 3종의 의료장비 사용결과에 대한 주요 인체장기의 유효선량에 대한 비교분석한 결과로는 뇌가 받는 유효선량은 lightspeed vct(23.26 mGy), lightspeed 16(19.71 mGy), Definition AS(13.57 mGy)순으로 나타났으며 갑상선이 받는 유효선량은 lightspeed vct(0.54 mGy), lightspeed 16(0.46 mGy), Definition AS(0.37 mGy)순으로 나타났고 유방이 받는 유효선량은 3 종이 모두 0.3 mGy로 나타났다.

후속연구

이때 프로토콜을 어떻게 조정해야 할지 매우 어렵고, 경우에 따라서는 파라 메타 값의 변화에 화질과 선량이 어느 정도 이익과 손해를 주는지 임상전문가에게 제공하는 자료는 매우 필요하다고 생각한다. 그러므로 향후 연구에서는 소아를 대상으로 동일한 연구를 하고자 한다. 환자가 어릴수록 방사선에 의한 위험이 크며 소아는 성인보다 체격이 작아 성인과 같은 촬영조건으로 검사를 시행할 경우 장기선량이 더 높고 피폭에 의한 위험이 어른보다 높기 때문이다[16].
이에 파라메타에 따른 화질 및 선량의 변화와 최적의 파라메타 제시 및 그에 따른 장기선 량의 변화를 알아볼 필요가 있다고 본다. 또한 환자차폐 적용부분에 활용할 수 있을 것으로 생각된다. 최적의 프로토콜을 위해서는 적절한 화질을 유지하면서 방사선 피폭을 최소화하는 것으로 최소의 선량은 환자에게 유리하나 화질저하로 판독에 영향을 미치기도 하지만 많은 선량사용에 따른 화질증가에 의해 판독에는 유리하나 환자에게는 과다피폭을 유발한다.
05 mGy로 나타났다. 본 연구결과를 바탕으로 한다면 화질과 선량의 최적상태의 프로토콜을 고민하는 임상전문가에게 많은 도움을 줄 것으로 판단된다.
환자가 어릴수록 방사선에 의한 위험이 크며 소아는 성인보다 체격이 작아 성인과 같은 촬영조건으로 검사를 시행할 경우 장기선량이 더 높고 피폭에 의한 위험이 어른보다 높기 때문이다[16]. 본 연구의 제한점으로는 슬라이스 두께, 관전압, 피치 등 더 세분화하여 연구를 진행하지 못한 것으로 판단되며 향후 더 많은 파라메타를 사용하여 연구를 진행 한다면 최적의 프로토콜을 찾는데 도움이 될 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	두부 CT(Computed tomography)검사가 다른 검사에 비해 환자가 받는 피폭 방사선량이 높은 이유?	두부 CT(Computed tomography)검사의 경우 검사 건수가 가장 많으며 이로 인해 피폭선량 또한 가장 많이 증가하는 추세이다. 이는 얇은 단면두께의 적용과 다중 위상 검사(multi phase study)로 인해 진단용 방사선을 이용한 다른 검사 방법과 비교하였을 때 환자가 받는 피폭 방사선량이 상대적으로 높다. 특히, 두부 CT검사에서 환자가 받는 선량은 흉부 방사선검사보다 10배 이상으로 측정된다고 보고되고 있다[1].
	ALARA(S/W)는 무엇인가?	유효선량 계산을 위해서는 ALARA(S/W)를 사용하였다[6]. 해당 S/W는 CT검사로 인한 성별에 대한 환자의 피폭선량(CTDIvol, DLP, 장기선량, 유효선량)을 계산할 수 있는 프로그램이다[Fig. 2].
	인위적인 방사선 피폭 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 것은?	ALARA(As Low As Reasonably Achievable) 원칙에 따라 환자와 검사자에 대한 방사선방어가 반드시 이루어져야 한다. 의료방사선에 의한 피폭은 인위적인 방사선 피폭 중 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 이에 따라 방사선에 의한 환자의 피폭감소를 위한 연구는 지속적으로 필요하다[2]. 방사선 피폭감소를 위해서 CT검사의 프로토콜 조합에 대한 연구는 중요하다.

참고문헌 (16)

10.1016/j.ejrad.2014.06.033 Kubo T, Ohno Y, Kauczor HU, Hatabu H. Radiation dose reduction in chest CT-Review of available options. Europe Journal of Radiology. 2014;83: 1953-61.

상세보기
Kim HJ. Usefulness Evaluation of Application of Metallic Algorithm Reducing for Beam Hardening Artifact Occur in Typical Brain CT Image. Journal of the Korean Society of Radiology, 2017;11(1): 389-95.
10.7742/jksr.2015.9.5.279 Kwon SM, Kim JS. The Evaluation of Eye Dose and Image Quality According to The New Tube Current Modulation and shielding Techniques in Brain CT. Journal of the Korean Society of Radiology. 2015; 9(5):279-85.

원문보기 상세보기
10.7742/jksr.2017.11.1.63 Choi SY. Noise Reduction on Low Tube Voltage CT Images. Journal of the Korean Society of Radiology. 2017;11(1): 63-8.

원문보기 상세보기
10.5762/KAIS.2011.12.7.3117 Lee CH, Lim CS. A study on Added Filters for Reduction of Radiation Exposure Dose in Skull A-P Projection. Journal of Korean Academia-Industrial cooperation Society. 2011;12(7):3117-22.

원문보기 상세보기
Korea Centers for Disease Control and Prevention, http://www.cdc.go.kr/
10.1148/radiol.2263020205 Hamberg LM, Rhea JT, Hunter GJ, THrall JH. Multi-detector row CT: radiation dose characteristics. Radiology. 2003;226:762-72.

상세보기
10.1148/rg.226025128 McNitt-Gray MF. AAPM/RSNA Physics tutorial for residents: topics in CT, radiation dose in CT, Radio graphics. 2002;22:1541-53.

상세보기
Commission of the European Communities (CEC). Quality Criteria for Computed Tomography, European Guidelines, European journal of clinical microbiology & infectious diseases 16262. Luxembourg; 1999.
10.5124/jkma.2015.58.6.534 Do KH, Sung DW. Strategies of computed tomography radiation dose reduction: justification and optimization. Journal of Korean Medcine Association. 2015;58(6):534-41.

상세보기
10.1093/rpd/ncq140 Hamwan K, Krisanachinda A, Pasawang P. The determination of patient dose from 18F-FDG PET/CT examination, Radiation Protection Dosimetry. 2010;141(1):50-5.

상세보기
Nickoloff EL, Alderson PO. Radiation exposure to patients from CT: reality public perception and policy. American Journal of Roentgenology. 2001; 176:285-7.
Aldrich J, Williams J. Change in patient doses from radiological; examinations at the Vancouver general hospital. American Journal of College Radiology Protection. 2005;56(5):94-9.
10.1259/bjr.75.889.750001 Golding SJ, Shrimpton PC. Radiation dose in CT: are we meeting the challenge. British Jounal of Radiology. 2002;75:1-4.

상세보기
10.1016/j.jacr.2012.09.021 Mahesh M, Fishman EK. CT dose reduction strategy: to modulate dose or not in certain patients. American Journal of College Radiology Protection. 2012;9:931-2.

상세보기
Yoon JH, Lee KW, Cho YK, Choi JW, Lee JI. Effective Dose Determination From CT Head & Neck Region. Journal of Radiological Science and Technology. 2011;34(2):105-16.

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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