[논문]선형 탐촉자에서 관심 시각 영역 변화에 따른 화질 분석

박지나; 한재복; 곽종길; 송종남

doi:10.7742/jksr.2022.16.7.975

[국내논문] 선형 탐촉자에서 관심 시각 영역 변화에 따른 화질 분석
Image Quality Analysis According to the of a Linear Transducer 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.16 no.7, 2022년, pp.975 - 984

박지나 (KS병원 검진센터) , 한재복 (동신대학교 방사선학과) , 곽종길 (광주보건대학교 방사선학과) , 송종남 (동신대학교 방사선학과)

초록
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선형 탐촉자는 탐촉자의 길이만큼의 관심 영역을 갖기 때문에 장비에 탑재된 virtual convex 기능을 사용하여 관심 영역을 확장 시킬 수 있다. 하지만 관심 시각 영역의 변화에 따라 초음파 음속 방향의 변화로 인해 화질에 영향을 미칠 것으로 생각되어 이를 객관적으로 확인하고자 하였다. 본 연구를 위해 초음파 정도 관리용 팬텀의 영상 평가와 SNR·CNR을 측정하였다. 그 결과 팬텀 영상 평가에서는 두 영상 모두 기능적 분해능, 회색조 및 동적 범위에서 모두 구조물 식별이 가능했다. 하지만 구조물의 크기와 형태 재현성에는 Standard 영상이 우수한 것을 확인할 수 있었다. SNR·CNR 평가결과, 특정 위치의 구조물을 제외하고는 대부분이 Trapezoidal 영상의 SNR·CNR이 낮았다. 또한, 통계 분석 그래프를 통해 낭성 구조물의 크기가 작아질수록 깊이별 SNR과 CNR이 감소하는 것을 추가로 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 기능사용이 넓은 관심 시각 영역을 제공하는 장점이 있으나 화질에 영향을 준다는 것을 확인할 수 있었으며 Virtual Convex 기능사용 시 검사자는 이를 적절한 상황에 사용하고 질 높은 영상 획득과 장비의 이해도와 숙련도 향상을 위해 다양한 연구를 해야 할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since a linear transducer has an area of interest equal to the length of the transducer, the area of interest can be expanded using the virtual convex function installed in the device.However, it was thought that the change in the direction of the ultrasonic sound velocity according to the change in the visual area of interest would affect the image quality, so this was objectively confirmed. For this study, image evaluation and SNR·CNR of the phantom for ultrasound quality control were measured. As a result, in the phantom image evaluation, both images were able to identify structures in functional resolution, grayscale, and dynamic range. However, it was confirmed that the standard image was excellent in the reproducibility of the size and shape of the structure. As a result of SNR·CNR evaluation, SNR·CNR of most trapezoidal images was low, except for structures at specific locations. In addition, through the statistical analysis graph, it was further confirmed that the SNR and CNR for each depth decreased as the size of the cystic structure decreased. Through this study, it was confirmed that the use of the function has the advantage of providing a wide visual area of interest, but it has an effect on the image quality. Therefore, when using the virtual convex function, it is judged that the examiner should use it in an appropriate situation and conduct various studies to acquire high-quality images and to improve the understanding and proficiency of the equipment.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Functional resolution image obtained by standard view(a) and trapezoidal view(b).
그림 Fig. 2. Gray scale and dynamic range images obtained by standard view.
그림 Fig. 3. Gray scale and dynamic range images obtained by trapezoidal view.
그림 Fig. 4. Background and ROI in functional resolution of standard view(a) and trapezoidal view(b).
그림 Fig. 5. Background and ROI in grayscale and dynamic range of standard view.
그림 Fig. 6. Background and ROI in grayscale and dynamic range of trapezoidal view.
표 Table 1. Phantom Measurement Results of Functional Resolution
표 Table 2. Phantom Measurement Results of Gray Scale and Dynamic Range
표 Table 3. Phantom Measurement Results of Functional Resolution
표 Table 4. Phantom Measurement Results of Gray Scale and Dynamic Range
표 Table 5. Comparison of Size and Depth of Cystic Structure in SNR of Standard Image (N=192)
표 Table 6. Comparison of Size and Depth of Cystic Structure in CNR of Standard Image (N=192)
표 Table 7. Comparison of Size and Depth of Cystic Structure in SNR of Trapezoidal Image (N=192)
표 Table 8. Comparison of Size and Depth of Cystic Structure in CNR of Trapezoidal Image (N=192)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 선형 탐촉자의 관심 시각 영역 변화에 따른 구조물의 크기에도 변화가 있는지 비교하기 위해 구조물의 크기와 형태를 평가해 보았으며, 측정된 데이터를 바탕으로 구조물의 깊이와 크기에 대한 관계를 분석하였다.

제안 방법

회색조와 동적 범위 영상에서는 Grayscale level을 두 부분으로 나누어 각각 원형 표적에 대해서 ROI로 설정하였다. 백그라운드는 1 cm, 3 cm 깊이의 양측 4 곳을 설정하였으며 Fig.

대상 데이터

기능적 분해능 영상에서는 비교적 뚜렷하게 나타나 보이는 4 mm, 3 mm, 2 mm 크기 표적에 대해서 ROI로 설정하였다. 백그라운드는 1 cm, 3 cm 깊이의 양측 4 곳을 설정하였다.
초음파 장비 LOGIQ P10을 사용하여 정도 관리용 팬텀을 대상으로 Virtual Convex 소프트웨어 기능을 이용하여 영상을 획득하였고, 획득 시 장비의 설정 조건은 Frequency 10 MHz, Gain 70, Depth 4.0, DR 66으로 하였다. MPEGVue Player(GE.
초음파 정도 관리용 팬텀(N-365 Multipurpose Phantom)의 8가지 평가 항목 중 기능적 분해능과 회색조와 동적 범위 2가지 항목에 대해 Standard 영상과 Trapezoidal 영상을 각각 획득하였고 Fig. 1, 2, 3과 같다.

데이터처리

SNR과 CNR의 측정은 기능적 분해능과 회색조와 동적 범위 영상에 대해 평가하였으며 Image J 프로그램을 이용하여 관심 영역(ROI; Region of Interest) 및 백그라운드를 설정하고 데이터를 획득하고 결괏값 도출을 위해 Eq, (1), (2)를 사용하였다.
결과분석은 평균, 표준편차 등의 기술분석을 통해 비교하였으며, 측정된 데이터를 바탕으로 기능적 분해능 영상에서 반복 측정 분산분석 통계 방법을 이용하여 구조물의 깊이와 크기에 대해 분석을 하였다. 동일성 검정에서 두 군의 분산 구조는 갖지 않았고, 구형성 검정에서 구형성 가정이 위배되어 수정된 검정 통계량을 사용하였다.
그 후 사후 검정을 위해 독립표본 T 검정을 시행하였으며 이때 유의수준은 Boneferroni's method에 의해 보정한다
영상 획득을 위해 사용한 초음파 장비는 LOGIQ P10 (GE Healthcare, USA)의 선형 탐촉자(8 ~ 12 MHz)를 사용하였고 초음파 정도 관리용 팬텀(N-365 Multi-purpose Phantom, Kyoto, Japan)을 이용하여 기능적 분해능, 회색조, 동적범위를 평가하였다.
5, 6과 같다. 추후 통계 분석을 위해 32회 반복 측정을 하였고 영상 신호를 수치상으로 확인한 후 측정하여 분석하였다.

성능/효과

Table 1과 같이 기능적 분해능에서는 구조물의 형태 측정 결과 두 영상 모두 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm 크기의 낭성 구조물이 비교적 180˚이상 유지되어 관찰되므로 적합으로 판정하였다. Standard 영상은 3.
006으로 가장 낮게 나타났다. 각 각의 구조물들의 SNRㆍCNR을 비교해 본 결과 Standard 영상의 수치가 비교적 더 높게 측정되었다.
123 로 측정되었다. 각각의 구조물들을 비교해 볼 때, 3 cm 깊이의 2 mm 구조물의 Trapezoidal 영상을 제외한 나머지는 Standard 영상의 수치가 더 높게 측정되었다.
구조물의 크기와 깊이에 대한 관계를 영상에 따라 각각 확인해 보고자 통계 처리하여 분석하였고 낭성 구조물의 크기에 따라 1 cm, 3 cm 구간의 SNR과 CNR에 대해 유의한 차이가 있다는 것을 확인하였고(p<0.001), 구조물의 크기가 작아질수록 SNRㆍCNR이 감소하는 것을 확인하였다
회색조와 동적 범위 평가에서는 마찬가지로 두 영상 모두 6개의 원형 구조물이 모두 식별되어 관찰되었고, 원형 구조물의 크기 측정에서는 Trapezoidal 영상이 낭성 구조물의 크기가 약간 크게 측정되었다. 기능적 분해능과 마찬가지로 Standard 영상이 구조물의 실제 크기 재현성이나 형태 유지가 더 잘 이루어진 것으로 평가되었다.
001). 또한, 사후 검정 T-test에서는 rapezoidal 영상의 SNR은 3 mm 낭종 크기 지점에서부터 유의한 차이를 보였으며, CNR은 3 mm 낭성 구조물에서만 유의한 차이를 보였다.
본 연구에서는 장비 기능 사용 시 관심 시각 영역의 측면 시야를 확장하여 더 넓게 구조물을 관찰할 수 있다는 장점이 있지만, 영상의 화질에 차이가 있다는 것을 확인하였다. 또한, 초음파 영상 평가 방법으로 팬텀을 이용한 영상 평가와 SNRㆍCNR의 측정 평가를 이용한 방법은 초음파 영상 평가에 의미 있는 방법이 될 것으로 사료 되었다. 본 연구에서 제한점은 SNRㆍCNR 평가를 위해 2가지 항목만으로 평가가 이루어졌다는 점과 SNRㆍCNR의 측정에 있어서 검사자의 주관적인 평가를 완전히 무시할 수는 없다는 점이다.
본 연구에서는 장비 기능 사용 시 관심 시각 영역의 측면 시야를 확장하여 더 넓게 구조물을 관찰할 수 있다는 장점이 있지만, 영상의 화질에 차이가 있다는 것을 확인하였다. 또한, 초음파 영상 평가 방법으로 팬텀을 이용한 영상 평가와 SNRㆍCNR의 측정 평가를 이용한 방법은 초음파 영상 평가에 의미 있는 방법이 될 것으로 사료 되었다.
선형 탐촉자의 관심 시각 영역의 변화에 따른 화질 분석을 통해 virtual convex 기능을 사용할 경우 다소 화질이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 불가피한 상황을 제외하고는 기능의 사용을 최대한 지양하는 것이 좋은 화질의 영상을 얻는 방법이 될 것으로 사료된다.
연구 결과 초음파 다목적 팬텀 영상 평가에서 기능적 분해능 영상 평가는 두 영상 모두 낭성 구조물의 식별이 비교적 180˚이상 유지되어 관찰되어 적합으로 판정하였으나 Trapezoidal 영상에 비교하여 볼 때 Standard 영상이 구조물의 실제 크기와 형태의 재현성이 더 잘 이루어진 것으로 평가되었다. 회색조와 동적 범위 평가에서는 마찬가지로 두 영상 모두 6개의 원형 구조물이 모두 식별되어 관찰되었고, 원형 구조물의 크기 측정에서는 Trapezoidal 영상이 낭성 구조물의 크기가 약간 크게 측정되었다.
원형 구조물의 크기 측정에서 –T3 ~ +T3의 target diameter 10 mm 원형 구조물은 두 영상 모두 비교적 실제 크기보다 크게 측정되었고 그중 Trapezoidal 영상의 +T3 구조물이 실제 크기보다 가장 크게 측정되었다
원형 구조물의 형태 측정에서는 Standard 영상은 평균값 3.88 ± 0.17, Trapezoidal 영상은 3.77 ± 0.17의 평균값으로 Standard 영상이 구조물 형태를 더 잘 유지하는 것으로 평가되었다.
측정 결괏값을 보면 T1, T2, T3의 SNR 값이 음의 수로 측정되었으나 SNRㆍCNR은 신호의 차이를 나타내는 것이므로 수의 크기는 절댓값으로 나타내어 결과를 분석하였다. 위와 같이 Trapezoidal 영상에서의 결괏값이 낮게 측정된 것으로 보아 이는 관심 시각 영역의 변화가 화질에 영향을 준다는 것으로 판단할 수 있었다.
초음파 정도 관리용 팬텀을 이용한 SNRㆍCNR 평가에서는 각각 구조물 결괏값을 비교해 본 결과 Standard 영상과 비교해 볼 때 특정 위치를 제외한 나머지 구조물에서 Trapezoidal 영상의 SNRㆍCNR이 낮아진 것을 확인할 수 있었다. SNRㆍCNR 측정에서 구조물의 깊이가 1 cm 보다 3 cm 에서의 수치가 낮게 측정이 된 것은 깊이가 증가함에 따라 초음파 세기의 감소 현상이 생기고 내부에 노이즈 증가로 인해 대조도에 영향을 준 것으로 생각된다.
크기별 군 간을 비교하는 사후 검정에서 T-test 결과, 낭성 구조물의 크기가 처음 측정한 2 mm 지점부터 CNR이 통계적으로 유의할 만큼 차이가 시작된 것을 확인하였다(p<0.001).
001). 크기별 군 간을 비교하는 사후 검정에서 T-test 결과, 낭성 구조물의 크기가 처음 측정한 2 mm 지점부터 SNR이 통계적으로 유의할 만큼 차이가 시작된 것을 확인하였다.
연구 결과 초음파 다목적 팬텀 영상 평가에서 기능적 분해능 영상 평가는 두 영상 모두 낭성 구조물의 식별이 비교적 180˚이상 유지되어 관찰되어 적합으로 판정하였으나 Trapezoidal 영상에 비교하여 볼 때 Standard 영상이 구조물의 실제 크기와 형태의 재현성이 더 잘 이루어진 것으로 평가되었다. 회색조와 동적 범위 평가에서는 마찬가지로 두 영상 모두 6개의 원형 구조물이 모두 식별되어 관찰되었고, 원형 구조물의 크기 측정에서는 Trapezoidal 영상이 낭성 구조물의 크기가 약간 크게 측정되었다. 기능적 분해능과 마찬가지로 Standard 영상이 구조물의 실제 크기 재현성이나 형태 유지가 더 잘 이루어진 것으로 평가되었다.
회색조와 동적 범위에서는 Standard 영상과 Trapezoidal 영상 모두 Gray Scale level –T3 ~ +T3까지 6개의 원형 구조물은 180˚이상 유지되어 모두 관찰되었고 식별할 수 있으므로 적합으로 판정하였다

후속연구

선형 탐촉자의 관심 시각 영역의 변화에 따른 화질 분석을 통해 virtual convex 기능을 사용할 경우 다소 화질이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 불가피한 상황을 제외하고는 기능의 사용을 최대한 지양하는 것이 좋은 화질의 영상을 얻는 방법이 될 것으로 사료된다. 하지만 유방 초음파 검사에서 Virtual Convex 기능을 사용할 경우 관심 시각 영역이 넓어지면서 병변을 놓칠 수 있는 확률을 줄여 주고 특히 유방이 큰 환자에게서는 검사 시간을 줄이는 데 도움이 될 것이며 이 외에도 갑상샘 종단 크기의 정확한 측정이 가능하고 유방이나 근골격계 검사 시 큰 병변 관찰에 있어서 유용하다는 점은 큰 장점으로 볼 수 있다.
본 연구에서 제한점은 SNRㆍCNR 평가를 위해 2가지 항목만으로 평가가 이루어졌다는 점과 SNRㆍCNR의 측정에 있어서 검사자의 주관적인 평가를 완전히 무시할 수는 없다는 점이다. 또한, 여러 초음파 진단기기를 대상으로 실험하지 못하였으며 더욱 객관적인 평가를 위해 추후 다수의 표본을 대상으로 연구할 필요가 있다고 생각된다. 연구를 통해 아쉬운 점은 Trapezoidal 영상에서 확장된 영역의 화질에 대한 비교 평가가 이루어진다면 관심 시각 영역 변화의 화질 분석에 있어서 더욱 의미가 있는 연구가 될 것으로 생각된다.
또한, 초음파 영상 평가 방법으로 팬텀을 이용한 영상 평가와 SNRㆍCNR의 측정 평가를 이용한 방법은 초음파 영상 평가에 의미 있는 방법이 될 것으로 사료 되었다. 본 연구에서 제한점은 SNRㆍCNR 평가를 위해 2가지 항목만으로 평가가 이루어졌다는 점과 SNRㆍCNR의 측정에 있어서 검사자의 주관적인 평가를 완전히 무시할 수는 없다는 점이다. 또한, 여러 초음파 진단기기를 대상으로 실험하지 못하였으며 더욱 객관적인 평가를 위해 추후 다수의 표본을 대상으로 연구할 필요가 있다고 생각된다.
또한, 여러 초음파 진단기기를 대상으로 실험하지 못하였으며 더욱 객관적인 평가를 위해 추후 다수의 표본을 대상으로 연구할 필요가 있다고 생각된다. 연구를 통해 아쉬운 점은 Trapezoidal 영상에서 확장된 영역의 화질에 대한 비교 평가가 이루어진다면 관심 시각 영역 변화의 화질 분석에 있어서 더욱 의미가 있는 연구가 될 것으로 생각된다.
위와 같이 Virtual Convex 기능은 여러 장단점을 가지고 있으므로 검사자는 이를 적절히 사용하고 더 질 높은 영상 획득을 위해 장비의 이해도와 숙련도 향상을 위해 다양한 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

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Y. H. Seo, J. N. Song, "Analysis of the ESD and？DAP According to the Change of the Cine Imaging？Condition of Coronary Angiography and Usefulness？of SNR and CNR of the Images: Focusing on the？Change of Tube Current", Journal of the Korean？Society of Radiology, Vol. 13, No. 3, pp. 371-379,？2019. https://doi.org/10.7742/jksr.2019.13.3.371

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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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