[논문]영상 분석 프로그램을 이용한 관상동맥 혈관 조영상의 화질 측정 방법 고안

서영현; 송종남

doi:10.7742/jksr.2020.14.2.111

영상 분석 프로그램을 이용한 관상동맥 혈관 조영상의 화질 측정 방법 고안
Development of Image Quality Measurement Method of Coronary Angiography Using Image Analysis Program 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.14 no.2, 2020년, pp.111 - 120

서영현 (여수제일병원 부정맥 심혈관센터) , 송종남 (동신대학교 방사선학과)

초록
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병원에서 사용하는 X선 장비는 X선 장비의 능력 연구와 더불어 출력되는 영상의 화질까지도 분석하는 연구가 활발히 진행되어야 한다. 영상의학과 장비의 X-Ray기계나 CT, MRI와 같은 장비의 후향적 이미지 분석은 활발히 진행되었으나 혈관조영실의 혈관조영장비를 이용하여 획득한 영상의 화질 측정은 팬텀을 이용하여 측정하는 방법이 대부분이고 실제 환자에게 촬영된 후의 영상에 관한 화질 측정은 미비한 실정이며 정확한 화질 측정 방법에 관한 연구가 현저히 부족한 상태이다. 따라서 본 연구를 통해 관상동맥 조영술 후 획득된 영상의 화질측정 방법을 고안한 연구를 진행해 시술자에게 질 높은 영상을 제공하고자 연구를 진행하게 되었다. 사용된 장비 및 프로그램은 혈관 조영 검사 장비(Axiom Artis Zee Ceiling)와 Image J프로그램을 사용하였다. 대상으로는 관상동맥 조영술 후 PACS프로그램에 자동 저장된 영상들을 대상으로 하였다. 화질 측정 방법으로는 Image J프로그램을 이용했을 때 관상동맥 조영술 중 좌 관상동맥의 주요 혈관들이 가장 잘 펼쳐져 보이는 각도의 영상인 AP Caudal 30°영상과 우 관상동맥의 혈관이 가장 잘 펼쳐져 보이는 LAO 30° 영상을 선택하여 선택된 영상의 배경영역(Background)과 관심영역(ROI)을 측정하기 위해 혈관과 간, 폐 등의 음영 중복이 가장 최소화 되는 구간을 찾아 측정하는 방법에 관한 기준을 제시하였다. 결론적으로 혈관 조영 영상의 화질측정 분석 방법은 정확히 제시되어 있는 기준이 없기 때문에 시술자에게 질 좋은 영상을 제공하기 위해선 그 장비의 기술자들뿐 아니라 실제로 사용하는 사용자들이 연구자가 되어 다양한 방법으로 화질측정에 관한 연구를 진행해야만 환자에게도 우수한 영상을 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Research should be actively conducted for the ability of X-ray equipment and Retrospective image analysis of X-ray equipment used in hospitals. Retrospective image analysis of X-ray machines, CT and MRI of radiology and medical equipment has been actively conducted. However, image quality measurement using angiography equipment of angiography room is mostly measured with phantom, and image quality measurement on image after being taken by actual patient is insufficient and researches on accurate image quality measurement method are remarkable. It is in short supply. Therefore, through this study, the researcher devised a method to measure the image quality of the acquired image after coronary angiography, and to provide a high quality image to the operator. The equipment and programs used were angiographic examination equipment (Axiom Artis Zee Ceiling) and Image J program. Subjects were images automatically saved in PACS program after coronary angiography.For image quality measurement, selected the AP Caudal 30° image that show the LCA vessel well and the LAO 30° image that show the RCA vessel well during the coronary angiography. In order to measure the background and ROI of the selected image by selecting an image, a criterion on how to find and measure a section where the overlap of the shadow, such as blood vessel, liver and lung is minimized, is presented. In conclusion, there is no exact standard for analyzing an image quality measurement method of angiography image. Therefore, in order to provide quality images to the practistioners, not only the technicians of the equipment but also the users who actually use them should become researchers and conduct research on image quality measurement in various ways. Thus, it is expected to provide excellent images to patients.

주제어

표/그림 (21)

그림 Fig. 1. Axiom Artis Zee Ceiling.
그림 Fig. 2. Cine view of CAG for LAD (a, b, c) and LCX (d, e, f) artery.
그림 Fig. 3. Cine view of CAG for os, proximal, mid, distal of RCA (a) and PLB, PDB of RCA (b).
표 Table 1. X-ray tube angle position for left coronary artery view
표 Table 2. X-ray tube angle position for left coronary artery view
표 Table 3. Type of lesion according to morphology
그림 Fig. 4. Tube angle (a) and CAG view (b) of AP caudal 30° view.
표 Table 4. Classification for risk type
표 Table 5. Visible structure for left coronary artery according to X-ray tube angle
그림 Fig. 5. Overlapping section on left heart shadow of aorta (a) and spine, rib (b).
그림 Fig. 6. Overlapping section on left heart shadow of lung.
그림 Fig. 7. All overlapping section (a), measuring section of background (b) for left heart shadow.
그림 Fig. 8. Overlap section on left coronary artery of spine, rib (a) and small vessel (b).
그림 Fig. 9. All overlapping section (a), measuring section of ROI (b) for left heart shadow.
그림 Fig. 10. Overlapping section on right heart shadow of aorta (a) and spine, rib (b).
그림 Fig. 11. Overlapping section on right heart shadow of lung and moving liver.
그림 Fig. 12. All overlapping section (a), measuring section of background (b) for right heart shadow
그림 Fig. 13. Overlap section on right coronary artery of spine, rib, aorta, liver (a) and small vessel (b).
그림 Fig. 14. All overlapping section (a), measuring section of ROI (b) for right heart shadow.
그림 Fig. 15. Background of chest PA (a) and LCA view (b) and RCA view (c) of CAG.
그림 Fig. 16. ROI of chest PA (a) and LCA view (b) and RCA view (c) of CAG.

AI 본문요약
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문제 정의

^[2]마찬가지로 최근 2017년부터 혈관 조영기기의 화질 측정에 관한 연구들이 소규모로 나타나기 시작했지만 언급한 연구에서처럼 팬텀을 이용한 화질 측정이 대부분인 실정이다.^[3]그나마 2018년 정묘영 외^[4]의 연구와 2019년 서영현 외^[5]의 연구에서 실제 촬영된 혈관조영 영상을 이용해 화질분석을 실시한 연구가 있었고 이 영상에서 사용된 화질 측정 방법이 비교적 간단하면서 정확하기에 이를 바탕으로 본 연구에서 실제 촬영된 혈관 조영 영상 화질을 분석하는 방법을 고안해 제시해 보고자 하였다. 분명, 병원에서 사용하는 모든 X선 장비는 X선 장비의 기본 능력 연구와 더불어 새로운 기능을 발견하기 위한 연구 및 촬영 후 출력되는 영상의 화질까지도 분석하는 연구가 활발히 진행되어야 한다.
두 연구는 유사하게 CAG 시 Cine촬영 조건에 변화를 주고 촬영한 영상의 SNR과 CNR을 분석해 X선 영상 조건의 변화가 화질에 미치는 영향에 관하여 기술한 연구이다. 그 중 서영현 외^[5]의 연구에서는 촬영 조건의 변화로 화질 측정 결과가 유의미한 결론까지 도출해 내었는데 이러한 실험에 쓰인 영상의 background와 ROI를 설정하는 방법을 본 연구에서 조금 더 구체적으로 제시해 보고 자 실험하게 되었다. 다만, 선행 연구가 다량 기술되어 있는 영상의학과의 Chest PA영상이나 CT영상을 이용한 화질 측정 방법을 다루는 것이 아닌 선행 연구가 없는 혈관 조영 영상을 이용한 화질 측정 방법을 제안하는 연구이기 때문에 본 연구를 진행함에 있어 다소 어려움이 존재했었다.
그러나 현재까지 혈관 조영술 촬영 후 획득한 영상정보에 대하여 화질 측정에 관해 기준을 제시해 본 선행 연구들이 없는 관계로 본 연구를 통해 관상동맥 조영술 후 획득된 영상의 화질 측정 방법을 고안한 실험을 진행해 시술자에게 질 높은 영상을 제공할 수 있는 방법을 제안하고자 연구를 진행하게 되었다.

제안 방법

Background 중복 구간 배제 방법을 통해 대동맥, 척추, 갈비뼈 및 간 음영이 중복되는 구간은 제외시키고 불가피하게 중복되는 폐 음영은 포함하였으며 LCA와 마찬가지로 심장 음영이 존재하는 RCA의 안쪽 proximal, mid, distal부위를 background로 설정 하였고 Fig. 12와 같다.
그 중 LCA에서는 AP영상 중에서도 LCA의 주요 혈관인 LM과 LADos ~ mid LAD, LCXos ~ distal LCX가 전체적으로 잘 보이는 AP Caudal 30°영상을 획득해 진행하였다.
물론 AP Caudal각도도 LAD가 모두 다 보이지는 않지만 가장 중요한 LAD의 근위부와 중간부분까지는 무리 없이 영상에 표현할 수 있으며 시술 테이블의 이동 없이도 한 화면에 LCX혈관을 모두 묘출시킬 수 있기 때문에 AP Caudal각도를 측정 시 기준 영상 각도로 지정하는 방법도 무리가 없을 것으로 판단하였다. 또한 ROI측정 시 혈관 측정 구역을 선택할 때 구역 기준 선정에도 어려움이 존재했었는데 혈관에 병변이 있다면 반드시 치료를 해야하는 구간인 LM과 pLAD, pLCX는 꼭 포함을 시켰으며 LCX의 먼 쪽 구간도 포함시켜 측정하는 방법으로 진행하였다. 특히 혈관에 조영제가 모두 꽉 찬 상태의 영상을 대상으로 측정하는 것이 중요하다고 할 수 있다.
불가피하게 대동맥과 폐에 중복이 되는 구간은 제외하고, 척추 사이로 진행되는 LM혈관과 갈비뼈에 중복되지 않고 작은 혈관들에도 중복되지 않으면서 LADos ~ pLAD구간 및 LCXos ~ dLCX이 잘 보이는 영상을 선정하여 언급된 중복 구간들 사이의 혈관을 ROI로 설정하였다. 특히 LCA 중 가장 중요 부위인 LM과 pLAD, pLCX는 반드시 포함하였으며 심장에 길게 펼쳐져 있는 LCX의 먼 쪽 부분 또한 함께 포함시켰고 Fig.
비교적 범위가 제한되고 심장 음영과의 중복이 많은 부분을 차지하고 있지 않는 척추나 갈비뼈의 중복구간은 배제시키고 불가피하게 피할 수 없도록 중복되어있는 대동맥과 폐구간은 포함하여 배경 영역 측정 구역으로 설정하였다. 또한 Image J프로그램 특성상 background는 좌우 상단의 끝 지점과 좌우 하단의 끝 지점을 선택해야 정확한 값이 설정 되어 비교가 가능하지만 심장 음영이 포함되어 있지 않는 구역은 의미가 없으므로 심장 음영이 포함되어 있는 구간 중에서 가장 끝 지점을 선택하여 background를 측정 구역을 지정하였으며 Fig.
불가피하게 대동맥과 폐에 중복이 되는 구간은 제외하고, 척추 사이로 진행되는 LM혈관과 갈비뼈에 중복되지 않고 작은 혈관들에도 중복되지 않으면서 LADos ~ pLAD구간 및 LCXos ~ dLCX이 잘 보이는 영상을 선정하여 언급된 중복 구간들 사이의 혈관을 ROI로 설정하였다. 특히 LCA 중 가장 중요 부위인 LM과 pLAD, pLCX는 반드시 포함하였으며 심장에 길게 펼쳐져 있는 LCX의 먼 쪽 부분 또한 함께 포함시켰고 Fig. 9와 같다.
폐 중복 구간을 제외한 ROI중복 구간 배제 방법을 통해 제외된 구간인 대동맥과 척추 및 간 음영의 위치 중 심근경색이 발생할 경우 또는 협심증을 동반할 경우 위치의 지표로 설정되는 RCA의 proxi mal, mid, distal부분의 혈관을 ROI 구간으로 설정하였고 Fig. 14와 같다.
1)를 이용하였다. 화질 측정 방법을 제시하기 위해 사용한 화질 측정 프로그램은 영상 분석 프로그램(Image J Ver. 1.46r, National Institutes of Health, USA)을 사용하였으며, 이 프로그램은 과거 약 7-8년 전부터 사용되어 이진수 외[6]의 연구와 김기원 외^[7]의 연구에서처럼 흉부의 정면과 측면 화질 측정 연구에서 정량적 화질 측정 방법으로 입증되었기에 사용하였다. 추가로 최근 현재까지 일반촬영에서 뿐 아니라 CT 등에서도 정량적 화질 측정 방법 연구의 프로그램으로 사용되고 있으며 출력된 화면의 Pixel을 분석 후 공식에 대입하여 값을 제공하는 방식으로 되어있다.

대상 데이터

RCA촬영 영상에서는 LAO 30°영상이 AP Cranial 30°영상보다 피폭선량이 더 높을 수 있으나 우측 혈관의 형태 상 주요 혈관이 전체적으로 잘 보이는 기본 각도이므로 LAO 30°영상을 획득하였다.
[8] 상으로는 PACS프로그램에 자동 저장된 관상동맥 조영술 영상들 중 좌 관상동맥(LCA; Left coronary artery)은 다리 쪽 정면 30°(AP Caudal 30°)영상을, 우 관상동맥(RCA; Right coronary artery)은 오른 쪽 사 방향 30°(RAO 30°)영상을 대상으로 하였다.

이론/모형

사용 된 혈관 조영 검사 장비는 Axiom Artis Zee Ceiling (Siemens Healthineers, Forchheim, Germane)을 이용하였고 Fig. 1과 같으며 전송된 영상의 출력 프로그램은 INFINITT PACS (INFINITT Cardiology PACS viewer, Version 1.0.6.1)를 이용하였다. 화질 측정 방법을 제시하기 위해 사용한 화질 측정 프로그램은 영상 분석 프로그램(Image J Ver.

성능/효과

가 있다. 따라서 모든 각도에서 촬영한 영상에 대해 화질 측정을 진행하는 것 보단 최소한의 면적에 영향을 받는 AP각도의 영상에 대해 실험을 진행하는 것이 가슴 세로칸에 포함되어 있는 심장과 다른 장기들 간의 중복 구간도 줄어들어 비교적 정확한 측정을 할 수 있다고 본 연구자들은 판단했다. 그 중 LCA에서는 AP영상 중에서도 LCA의 주요 혈관인 LM과 LADos ~ mid LAD, LCXos ~ distal LCX가 전체적으로 잘 보이는 AP Caudal 30°영상을 획득해 진행하였다.

후속연구

결론적으로 혈관 조영 영상의 화질 측정 분석 방법은 현재까지도 정확히 제시되어 있는 기준이 없기 때문에 판독 의사와 시술자에게 질 좋은 영상을 제공하기 위한 화질 분석 연구 진행에 있어 본 연구가 관상동맥 조영술 영상의 화질 측정 방법 기준이 되어 후행 연구에 도움이 될 수 있을 것으로 사료된다. 나아가 화질 분석과 같이 장비의 성능을 확인하기 위한 실험이나 특정인에게 정보를 제공해야 하는 업무에 종사하는 사람이라면 그 장비의 기술자들뿐 아니라 실제로 사용하는 사용자들도 연구자가 되어 다양한 방법으로 여러 연구를 진행해야 환자에게도 우수한 의료 정보를 제공할 수 있을 것으로 생각된다.
결론적으로 혈관 조영 영상의 화질 측정 분석 방법은 현재까지도 정확히 제시되어 있는 기준이 없기 때문에 판독 의사와 시술자에게 질 좋은 영상을 제공하기 위한 화질 분석 연구 진행에 있어 본 연구가 관상동맥 조영술 영상의 화질 측정 방법 기준이 되어 후행 연구에 도움이 될 수 있을 것으로 사료된다. 나아가 화질 분석과 같이 장비의 성능을 확인하기 위한 실험이나 특정인에게 정보를 제공해야 하는 업무에 종사하는 사람이라면 그 장비의 기술자들뿐 아니라 실제로 사용하는 사용자들도 연구자가 되어 다양한 방법으로 여러 연구를 진행해야 환자에게도 우수한 의료 정보를 제공할 수 있을 것으로 생각된다.
마지막으로 다양한 국외, 국내의 연구를 살펴보더라도 심장 혈관 조영술과 같이 혈관 조영 영상의 이미지에 대한 화질 분석 연구를 진행한 논문이 현저히 부족하므로 일반촬영과 CT촬영 영상 분석 연 구처럼 다양한 시각으로 혈관 조영 영상도 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.

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T. Y. Yun, J. W. Son, K. J. Kim, "The analysis of scattered radiation distribution depends on changing tube angle in angiography suite," Cardio-Vascular Interventional Technology, Vol. 20, No. 1, pp. 55-63, 2017.

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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