[논문]콘빔전산화단층촬영에서 노출 조건에 따른 화질 유지 및 선량 감소에 대한 평가

한진우

doi:10.7742/jksr.2020.14.4.353

콘빔전산화단층촬영에서 노출 조건에 따른 화질 유지 및 선량 감소에 대한 평가
Evaluation of Dose Reduction and Maintaining Image Quality according to Exposure Factors of Cone Beam Computed Tomography 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.14 no.4, 2020년, pp.353 - 360

한진우 (강릉원주대학교 치과대학 치의학과 영상치의학교실)

초록
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본 연구는 CBCT 장비의 표준 노출 조건(80 kV, 7 mA)을 기준으로 관전압과 관전류를 낮추어 촬영하면서 표준 노출 조건의 물리적 화질 요소값을 유지할 수 있는 노출 조건의 제시를 목표로 두고자한다. 영상의 물리적 화질 요소값의 측정을 위해 변조전달함수(MTF)가 분석되었고 선량 측정을 위해 선량-면적 곱(DAP)을 이용하였다. 관전압(80, 78, 76 kV)과 관전류(7, 6, 5, 4, 3 mA)의 15가지 조합의 노출 조건에서 Sedent ex IQ 팬텀 (Leeds Test Objects Ltd., Boroughbridge, UK)의 CBCT 영상을 얻었고 MTF 10이 각 조건에서 계산 되었다. 표준 노출 조건과 비교시 80 kV-6 mA, 80 kV-5 mA 노출 조건은 MTF 10에 있어 유의한 차이를 보이지 않았기에 본 연구에서 사용된 CBCT 장비의 경우, 80 kV-5 mA로 낮춘 노출 조건에서 물리적 화질요소값을 유지하면서 선량을 감소시킬 수 있는 것으로 판단되어진다.

Abstract ▼ AI-Helper

This research aims at suggesting exposure condition that shows maintaining the value of the physical image quality factor by decreasing tube voltage and tube current from the standard exposure condition(80 kV, 7 mA) of a CBCT apparatus. To measure the value of the physical image quality factor, modular transfer function(MTF) was analyzed and dose-area product(DAP) was used for the measurement of exposure dose. CBCT images of a Sedentex IQ phantom were obtained under 15 exposure conditions of different combination of tube voltage(80, 78, 76 kV) and tube current(7, 6, 5, 4, 3 mA) and MTF 10 was calculated under each exposure conditions. There were no significant differences in MTF 10 under 80 kV-6 mA, 80 kV-5 mA exposure conditions in comparison with standard exposure condition. Based on the results of this research, 80 kV-5 mA condition are expected to be able to reduce exposure dose with maintaining the value of the physical image quality factor of the standard exposure condition.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Ionization chamber of DAP meter is located at the tube side of CBCT scanner for the DAP measurement.
표 Table 1. Specifications of CBCT in this study. The values are supplied by the manufacturer
그림 Fig. 2. SedentexCT IQ phantom is positioned for CBCT taking.
그림 Fig. 3. The steps of magnification and image adjustment were performed for a setting of a wire center from the PSF phantom image.
그림 Fig. 4. The steps of automated calculation was performed on the center of the PSF phantom image with 3 oversampling lines of the MTF value in four directions.
표 Table. 2. DAP according to simulated conditions of kV and mA
표 Table. 3. MTF 10 according to simulated conditions of kV and mA
그림 Fig. 5. MTF 10(lp/mm) values of each simulated conditions of kV and mA.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 CBCT 장비의 제조사 권장 노출 조건을 순차적으로 낮춘 상황 하에 DAP를 측정하고 정도 관리 팬텀에서 물리적 화질 요소값을 구해 환자에 대한 노출량을 낮추면서 물리적 화질 요소값을 유지할 수 있는 노출 조건을 도출하고자 하였다.

제안 방법

P mode 촬영 시 제조사 권장 관전압과 관전류인 80 kV 와 7 mA를 기준으로 관전압을 3단계(80, 78, 76 kV), 각 관전압에 대해 관전류를 5단계(7, 6, 5, 4, 3 mA)로 설정하여 총 15가지 조합의 조건으로 촬영하였다. 관전압과 관전류 설정을 제외한 기술적 규격은 제조사 권장 값을 이용하였다.
본 연구는 CBCT 노출 조건인 관전압과 관전류를 권장 조건에 비해 낮춘 상황들을 인위적으로 구현하고 정도 관리 팬텀을 이용해 물리적 화질 요소인 공간해상도를 획득하여 비교, 분석하였으며 물리적 화질 요소값인 공간해상도를 유지한 상황에서 상대적으로 낮은 노출 조건과 선량을 도출하였다. 본 연구의 제한점은 CBCT의 영상의 질을 좌우하는 물리적 화질 요소로 균일도, 대조도 대 잡음비(CNR; contrast to noise ratio) 등의 다양한 요소에 대한 고려를 하지 않은 점과 선량과 화질을 좌우하는 여러 요인들 중 관전압과 관전류만을 대상으로 삼은 점이다.

대상 데이터

2와 같이 촬영하여 영상을 획득하였다. polymethyl-methacrylate(PMMA)로 제작된 팬텀은 직경 160 mm, 높이 162 mm의 원통형 기둥 형태이며 내부에 직경 35 mm, 높이 20 mm의 소형 팬텀 42개가 위치하였다. P mode의 FOV는 SedentexCT IQ 팬텀에 비해 직경과 높이가 작은 편이지만 소형 팬텀이 모두 영상에 포함되도록 촬영시 SedentexCT IQ 팬텀의 위치를 조정하였다.
본 연구는 2016년도 강릉원주대학교치과병원 장기해외파견 연구지원에 의하여 수행되었다.
촬영된 DICOM 형식의 파일을 MATLAB 프로그램(R2016b, Mathworks Inc., Natick, MA, USA)으로 불러들여 PSF 소형 팬텀이 촬영된 축상면 영상 중 상ᆞ·하 방향으로 중앙에 위치한 영상을 대상으로 하였다. 관심영역 설정을 위해 MATLAB 프로그램 상에서 강선이 9개의 픽셀 이내에서 확인되도록 대조도, 색조폭(window width), 색조준위(window level) 를 조절하였고 영상을 확대하여 Fig.

데이터처리

CBCT 노출 조건인 관전압과 관전류를 권장 조건에 비해 낮춘 상황들을 인위적으로 구현하고 공간해상도 및 선량-면적 곱을 획득하였다. 본 연구에서 이용한 CBCT 장비의 노출 조건을 기준이 되는 관전압과 관전류인 80 kV 와 7 mA에서 80 kV 와 5 mA로 낮춘 경우 물리적 화질 요소인 공간해상도의 유의한 차이 없이 선량-면적 곱을 약 72% 수준까지 감소시킬 수 있다.
, Armonk, NY, USA)를 이용하였다. Mann-Whitney 검정을 사용하였고 비모수 방법을 통해 유의확률을 계산하여 차이 여부를 결정하였다. p < 0.
, Kyoto, Japan)를 이용하였다. 검출기는 비정질 실리콘 평판검출기(amorphous silicon flat panel)였으며 촬영 가능한 FOV 중 panoramic mode(P mode, FOV 154 mm × 154 mm)를 이용하였다. 촬영기의 제조사를 통해 얻어진 권장 노출에 따른 기술적 규격과 값은 Table 1과 같이 이용하였다.
, Natick, MA, USA)으로 불러들여 PSF 소형 팬텀이 촬영된 축상면 영상 중 상ᆞ·하 방향으로 중앙에 위치한 영상을 대상으로 하였다. 관심영역 설정을 위해 MATLAB 프로그램 상에서 강선이 9개의 픽셀 이내에서 확인되도록 대조도, 색조폭(window width), 색조준위(window level) 를 조절하였고 영상을 확대하여 Fig. 3과 같이 가장 밝은 픽셀을 중심으로 선택하였다.
기준이 되는 80 kV, 7 mA 및 각 관전압과 관전류 조합의 MTF 10 평균을 비교하기 위해 범용적인 통계 프로그램 IBM SPSS(version 25, IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 이용하였다. Mann-Whitney 검정을 사용하였고 비모수 방법을 통해 유의확률을 계산하여 차이 여부를 결정하였다.
4와 같이 수직, 수평 및 양측 대각선으로 총 4방향에서 MTF 10이 자동으로 계산되어 평균값이 영상의 공간해상도로 기록되었다. 상기의 과정을 5회 반복하여 평균과 표준편차를 계산하였다.
각 조건에서 획득한 영상은 디지털 표준의료영상(DICOM; digital imaging and communications in medicine) 형식으로 저장하였으며 물리적 화질 요소로는 변조전달함수(MTF; modulation transfer function)를 공간해상도의 평가에 이용하였다. 점확산함수(PSF; point spread function) 소형 팬텀을 이용해 MTF 값을 계산했으며 MTF 값이 0.1이 되는 MTF 10을 영상의 해상도로 간주하였다. MTF 10은 MTF 곡선에서 MTF 0.

이론/모형

각 조건에서 획득한 영상은 디지털 표준의료영상(DICOM; digital imaging and communications in medicine) 형식으로 저장하였으며 물리적 화질 요소로는 변조전달함수(MTF; modulation transfer function)를 공간해상도의 평가에 이용하였다. 점확산함수(PSF; point spread function) 소형 팬텀을 이용해 MTF 값을 계산했으며 MTF 값이 0.

성능/효과

Mann-Whitney 검정을 통한 MTF 10의 비교 분석 결과, 기준이 되는 제조사 권장 관전압과 관전류인 80 kV 와 7 mA에서 MTF 10의 평균은 1.157 lp/mm로 나타났고 80 kV 와 6 mA, 80 kV 와 5 mA에서 각각 1.127 lp/mm, 1.100 lp/mm로 측정되었다. 이는 제조사 권장 노출 조건에서의 MTF 10과 유의한 차이를 보이지 않았다(p > 0.
기준이 되는 제조사 권장 노출 조건과 비교 시 80 kV와 5 mA 조건에서는 DAP를 약 72% 수준까지 감소시키면서 공간해상도를 유지할 수 있을 것으로 결론 내렸다.
05). 반면 80 kV와 4 mA 이하의 조건 및 78 kV 와 76 kV에서 각 관전류를 조합시킨 조건들에서는 MTF 10 평균이 기준이 되는 제조사 권장 노출 조건에서의 MTF 10 평균에 비해 유의하게 작은 것으로 분석되었다(p < 0.05).
CBCT 노출 조건인 관전압과 관전류를 권장 조건에 비해 낮춘 상황들을 인위적으로 구현하고 공간해상도 및 선량-면적 곱을 획득하였다. 본 연구에서 이용한 CBCT 장비의 노출 조건을 기준이 되는 관전압과 관전류인 80 kV 와 7 mA에서 80 kV 와 5 mA로 낮춘 경우 물리적 화질 요소인 공간해상도의 유의한 차이 없이 선량-면적 곱을 약 72% 수준까지 감소시킬 수 있다.

후속연구

본 연구는 CBCT 노출 조건인 관전압과 관전류를 권장 조건에 비해 낮춘 상황들을 인위적으로 구현하고 정도 관리 팬텀을 이용해 물리적 화질 요소인 공간해상도를 획득하여 비교, 분석하였으며 물리적 화질 요소값인 공간해상도를 유지한 상황에서 상대적으로 낮은 노출 조건과 선량을 도출하였다. 본 연구의 제한점은 CBCT의 영상의 질을 좌우하는 물리적 화질 요소로 균일도, 대조도 대 잡음비(CNR; contrast to noise ratio) 등의 다양한 요소에 대한 고려를 하지 않은 점과 선량과 화질을 좌우하는 여러 요인들 중 관전압과 관전류만을 대상으로 삼은 점이다. 이에 다양한 노출 조건과 물리적 화질 요소에 대한 분석 및 비교를 통한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 연구의 제한점은 CBCT의 영상의 질을 좌우하는 물리적 화질 요소로 균일도, 대조도 대 잡음비(CNR; contrast to noise ratio) 등의 다양한 요소에 대한 고려를 하지 않은 점과 선량과 화질을 좌우하는 여러 요인들 중 관전압과 관전류만을 대상으로 삼은 점이다. 이에 다양한 노출 조건과 물리적 화질 요소에 대한 분석 및 비교를 통한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘빔전산화단층촬영은 어떻게 활용되고 있는가?	콘빔전산화단층촬영(CBCT; Cone Beam Computed Tomography)은 1990년대 후반 개발된 이후 매복치, 치주 및 치근단 병소, 부정교합, 구강악안면 경조직 병소의 진단과 임플란트 치료 계획 및 평가, 악교정 수술 치료 계획 및 평가 등 치과임상에서 유용한 진단영상 도구로 이용되고 있으며 그에 따라 장비의 보급률과 검사 건수도 증가하고 있다.[1-3] 연조직 대조도가 낮다는 한계가 있으나 영상을 구성하는 체적소가 작은 편으로 치아나 경조직의 평가에 있어 높은 공간해상도의 영상을 제공할 수 있으며 관심영역에 대한 3차원 영상 및 단층영상을 제공하여 진단학적 가치가 높다는 면이 CBCT의 장점으로 알려져 있다.
	CBCT의 장점은?	콘빔전산화단층촬영(CBCT; Cone Beam Computed Tomography)은 1990년대 후반 개발된 이후 매복치, 치주 및 치근단 병소, 부정교합, 구강악안면 경조직 병소의 진단과 임플란트 치료 계획 및 평가, 악교정 수술 치료 계획 및 평가 등 치과임상에서 유용한 진단영상 도구로 이용되고 있으며 그에 따라 장비의 보급률과 검사 건수도 증가하고 있다.[1-3] 연조직 대조도가 낮다는 한계가 있으나 영상을 구성하는 체적소가 작은 편으로 치아나 경조직의 평가에 있어 높은 공간해상도의 영상을 제공할 수 있으며 관심영역에 대한 3차원 영상 및 단층영상을 제공하여 진단학적 가치가 높다는 면이 CBCT의 장점으로 알려져 있다.[4,5]
	콘빔전산화단층촬영의 한계는?	콘빔전산화단층촬영(CBCT; Cone Beam Computed Tomography)은 1990년대 후반 개발된 이후 매복치, 치주 및 치근단 병소, 부정교합, 구강악안면 경조직 병소의 진단과 임플란트 치료 계획 및 평가, 악교정 수술 치료 계획 및 평가 등 치과임상에서 유용한 진단영상 도구로 이용되고 있으며 그에 따라 장비의 보급률과 검사 건수도 증가하고 있다.[1-3] 연조직 대조도가 낮다는 한계가 있으나 영상을 구성하는 체적소가 작은 편으로 치아나 경조직의 평가에 있어 높은 공간해상도의 영상을 제공할 수 있으며 관심영역에 대한 3차원 영상 및 단층영상을 제공하여 진단학적 가치가 높다는 면이 CBCT의 장점으로 알려져 있다.[4,5]

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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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