[논문]MDCT 검출기의 x/y plane과 z축 분해능 팬텀 개발 및 유용성에 관한 연구

김영균; 한동균

doi:10.7742/jksr.2022.16.1.67

MDCT 검출기의 x/y plane과 z축 분해능 팬텀 개발 및 유용성에 관한 연구
A Study on the Development and usefulness of the x/y Plane and z Axis Resolution Phantom for MDCT Detector 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.16 no.1, 2022년, pp.67 - 75

초록
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본 연구의 목적은 MDCT의 다양한 매개변수와 재구성 조건을 반영하고 z축과 x/y plane의 분해능을 동시에 평가할 수 있는 새로운 팬텀과 평가 방법을 정립하고 유용성을 파악하고자 한다. CT 장비는 Aquilion ONE(Cannon Medical System, Otawara, Japan)을 사용하였으며, 관전압 120 kV에 관전류는 260 mA, 그리고 재구성 영상은 D-FOV 300 mm²로 동일하게 설정하였다. 자체 제작한 SSP 측정 팬텀을 이용하여 고대조도 분해능과 절편두께 분해능을 평가하였다. 이때 갠트리 등각점부터의 거리와 재구성 알고리즘을 변화시켰다. 절편두께는 0.6 mm에서 10.0 mm까지 5단계로 재구성하였다. 영상의 분석은 Aquarius iNtuition Edition ver. 4.4.13.P6 software (Terarecon, California, USA)의 Profile tool을 이용하여 FWHM과 FWTM을 측정하였으며, ImageJ program(v1.53n, National Institutes of Health, USA)의 Plot profile tool을 사용하여 SPQI와 신호강도를 평가하였다. x/y plane의 고대조도 분해능을 평가한 결과, 갠트리 등각점에서 거리가 멀어질수록 2.5, 5.0, 10.0 mm의 절편두께에서 각각 4.09~11.99%, 4.12~35.52%, 4.70~37.64% 감소되었으며, 공칭 절편두께가 두꺼워질수록 감소폭이 증가되었다. 그리고 2.5, 5.0, 10.0 mm의 절편두께에서 High 알고리즘을 적용하면 고대조도 분해능이 각각 74.83, 15.18, 81.25% 증가되었다. x/y plane 및 z축의 절편두께 분해능을 평가한 결과, SSP 곡선에서 FWHM은 거의 일정하지만 사용자가 설정한 공칭 절편두께보다 모두 높게 측정되었다. 갠트리 등각점부터 거리가 멀어질수록 절편두께의 분해능이 감소되었다. 축방향 스캔이 나선형 방법보다 z축 FWHM과 FWTM이 더 증가되었다. 특히, 절편두께가 얇을수록 공칭 절편두께와 오차 범위가 증가되었다. 그리고 SPQI는 절편두께가 커질수록 증가되었으며 나선형 스캔이 축방향 스캔보다 90%에 가까워졌다. MDCT 장치의 성능을 평가할 수 있는 SSP 팬텀을 개발하여 x/y plane과 z축의 분해능을 비교 평가함으로서 노후 장비 관리와 화질 평가의 구체적인 방법으로 활용될 수 있으며, 진단 영상 분야에서 병변 감별에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study is to establish a new QC method that can simultaneously evaluate the resolution of the x/y plane and the z-axis by producing a phantom that can reflect exposure and reconstruction parameter of MDCT system. It was used with Aquilion ONE(Cannon Medical System, Otawara, Japan), and the examination was scanned using of 120 kV, 260 mA, and the D-FOV of 300 mm2. It produced new SSP phantom modules in which two aluminum plates inclined at 45° to a vertical axis and a transverse axis to evaluate high contrast resolution of x/y plane and z axis. And it changed factors such as the algorithm, distance from gantry iso-center. All images were reconstructed in five steps from 0.6 mm to 10.0 mm slice thickness to measure resolution of x/y plane and z-axis. The image data measured FWHM and FWTM using Profile tool of Aquarius iNtusion Edition ver. 4.4.13 P6 software(Terarecon, California, USA), and analysed SPQI and signal intensity by ImageJ program(v1.53n, National Institutes of Health, USA). It decreased by 4.09~11.99%, 4.12~35.52%, and 4.70~37.64% in slice thickness of 2.5 mm, 5.0 mm, and 10.0 mm for evaluating the high contrast resolution of x/y plane according to distance from gantry iso-center. Therefore, the high contrast resolution of the x/y plane decreased when the distance from the iso-center increased or the slice thickness increased. Additionally, the slice thicknesses of 2.5 mm, 5.0 mm, and 10.0 mm with a high algorithm increased 74.83, 15.18 and 81.25%. The FWHM was almost constant on the measured SSP graph for evaluating the accuracy of slice thickness which represents the resolution of x/y plane and z-axis, but it was measured to be higher than the nominal slice thickness set by user. The FWHM and FWTM of z-axis with axial scan mode tended to increase significantly as the distance increased from gantry iso-center than the helical mode. Particularly, the thinner slice thickness that increased error range compare with the nominal slice thickness. The SPQI increased with thick slice thickness, and that was closer to 90% in the helical scan than the axial scan. In conclusion, by producing a phantom suitable for MDCT detectors and capable of quantitative resolution evaluation, it can be used as a specific method in the management of research quality and management of outdated equipment. Thus, it is expected to contribute greatly to the discrimination of lesions in the field of CT imaging.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. The parameter of CT examination according to patient weight
그림 Fig. 1. Visualization of the SSP phantom.
그림 Fig. 2. Signal intensity in Plot profile of ImageJ program for the dedicated contrast resolution in SSP phantom.
표 Table 2. Results of high contrast resolution according to the change of distance from iso-center
표 Table 3. Results of high contrast resolution according to the change in reconstruction algorithm
표 Table 4. The FWHM, FWTM and SPQI of x/y plane and z axis SSPs for the five reconstructed slice thickness

AI 본문요약
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문제 정의

MDCT는 z축(Longitudinal axis)과 x/y 평면 (Transverse plane)으로 검출기 수가 증가하기 때문에 장비의 적정 화질을 구현하기 위하여 다양한 매개변수가 복잡하게 적용된다. 따라서 본 논문의 목적은 MDCT의 다양한 매개 변수와 재구성 조건을 세밀하게 반영하고 x/y plane과 z 축의 분해능을 동시에 평가할 수 있는 새로운 팬텀을 개발하여 유용성을 파악하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 MDCT 장치의 기술요소를 충분히 반영하여 성능을 평가할 수 있는 새로운 SSP 팬텀과 표준화된 측정 방법을 적용하였다. MDCT 검출기의 특징을 고려하여 x/y plane과 z축 FWHM과 FWTM 이외에 SPQI를 측정하여 분해능을 비교 평가할 수 있었다. 따라서 노후장비와 영상품질 관리의 구체적인 방법으로 활용될 수 있으며, 진단 영상 분야에서 병변의 감별에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구에서는 MDCT 장치의 기술요소를 충분히 반영하여 성능을 평가할 수 있는 새로운 SSP 팬텀과 표준화된 측정 방법을 적용하였다. MDCT 검출기의 특징을 고려하여 x/y plane과 z축 FWHM과 FWTM 이외에 SPQI를 측정하여 분해능을 비교 평가할 수 있었다.

데이터처리

Aquarius iNtuition Edition ver. 4.4.13.P6 software (Terarecon, California, USA)의 Profile analysis tool을 이용하여 x/y plane 및 z축 단면의 절편두께별로 FWHM과 FWTM을 측정하였으며, ImageJ program 을 사용하여 SPQI를 계산하였다. 겐트리 등각점부터의 거리와 알고리즘을 변화시켰으며, 절편두께는 0.
05 이하로 정하였다. 갠트리 등 각점부터 거리와 재구성 알고리즘에 따른 분해능을 평가하기 위하여 집단 간 차이를 One-way anova로 분석하였으며, Dunnett 방법으로 사후 검정하였다.

이론/모형

ImageJ program (v1.53n, National Institutes of Health, USA)의 Plot profile tool을 이용하여 진폭 차이를 측정하여 신호강도를 평가하였다. 신호강도의 공식은 Eq.
0 mm까지 5단계로 재구성하였다. 이때 x/y plane 절편 두께를 평가하기 위한 영상은 MPR 기법을 이용하여 관상면으로 재구성하였다. SPQI의 공식은 Eq.

성능/효과

25% 증가되었다. 결과적으로 x/y plane은 재구성 알고리즘을 High 단계로 적용하거나 공칭 절편 두께가 얇아질수록 고대 조도 분해능의 증가폭이 커졌다.
5 cm 지점은 유의한 차이가 보이지 않았다. 결과적으로 x/y plane의 고대 조도 분해능은 갠트리 등 각점에서 거리가 멀어질수록 감소되었으며, 공칭 절편 두께가 커질 수록 고대 조도 분해능의 감소폭이 증가되었다.
스캔 방법에 따른 x/y plane의 FWHM 차이는 0.6, 1.3, 2.5, 5.0 mm에서 각각 15.38, 15.46, 63.52, 4.39% 차이로 축방향 스캔이 더 적었으나, 10 mm 절편두께는 반대로 2.71% 증가되었다. FWTM은 0.

후속연구

MDCT 검출기의 특징을 고려하여 x/y plane과 z축 FWHM과 FWTM 이외에 SPQI를 측정하여 분해능을 비교 평가할 수 있었다. 따라서 노후장비와 영상품질 관리의 구체적인 방법으로 활용될 수 있으며, 진단 영상 분야에서 병변의 감별에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.

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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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