[논문]디지털방사선영상에서 산란선의 영상특성 평가

김한솔; 김창수

doi:10.7742/jksr.2022.16.4.395

디지털방사선영상에서 산란선의 영상특성 평가
Evaluation of Image Quality for Scattered X-rays using in Digital Radiography 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.16 no.4, 2022년, pp.395 - 403

김한솔 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 방사선학과) , 김창수 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 방사선학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 디지털방사선영상 시스템에 사용되는 평판형 검출기(flat-panel detector, FPD)를 이용하여 조직 등가 물질인 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate, PMMA)의 두께 변화에 따라 발생되는 산란선이 영상품질의 영향으로서 해상력 평가의 변조전달함수(modulation-transfer function, MTF)와 잡음력 스펙트럼(noise-power spectrum, NPS)으로 정량적인 영상 평가를 위한 연구를 수행하였다. 해상력-차트 팬텀 영상으로 PMMA 두께가 증가할수록 산란선의 영향이 커져 변조특성이 저하 되는 것을 알 수 있고 영상이 밝다. 결과는 영상의 잡음이 많아진다는 것을 알 수 있는데 공간주파수 별로 확인하기 위해 푸리에 변환으로 잡음력 스펙트럼 영상을 얻었다. 그러므로 영상에서 피사체로서 PMMA 두께 증가에 따라 산란선의 변화를 MTF로 평가하여 해상도 특성변화와 2차원 잡음력 스펙트럼을 1차원 값으로 나타낸 결과를 통해 PMMA 두께와 잡음은 비례하는 것을 확인할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Flat-panel detector (FPD) used in digital radiographic imaging systems was used to perform a quantitative power spectrum evaluation as a result of the thickness change of polymethyl methacrylate (PMMA), a tissue equivalent. As the PMMA thickness increases with the resolution-chart phantom image, the effect of the scattering line increases, indicating that the modulation characteristics decrease, and the image is bright. The results show that the noise of the image increases, and noise-power spectral images are obtained by Fourier transform to confirm by spatial frequency. Thus, it can be verified that the PMMA thickness and noise are proportional through the result of evaluating the change of resolution characteristics and representing the 2D noise-power spectrum as one-dimensional values by evaluating the change of scattering line with MTF as the PMMA thickness increases in the image.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Geometry to investigate the effect of scattered x-ray on PMMA thickness increase.
표 Table 1. Indirect conversion X-ray detector image signal for noise and relative noise
그림 Fig. 2. X-ray image signal acquired from indirect-conversion type x-ray detector on increasing and relative noise for detector of PMMA thickness for an 120 kVp spectrum.
그림 Fig. 3. The x-ray image obtained using the resolution chart phantom.
그림 Fig. 4. The profile of x-ray image extracted from the resolution chart phantom.
그림 Fig. 5. X-ray image of edge-knife phantom according to PMMA thickness.
그림 Fig. 6. As a result of confirming the increase of scattered rays caused by increasing the thickness of the MTF result, ESF result, LSF result, PMMA thinckness according to the change in the thickness.
표 Table 2. PMMA thickness variation and MTF
그림 Fig. 7. Comparison of zero-mean noise images and NPS images obtained from PMMA thickness.
그림 Fig. 8. Normalized NPS for various PMMA thickness.
표 Table 3. PMMA thickness variation and NPS

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 디지털방사선영상 시스템의 평판형 검출기(flat-panel detector, FPD)를 이용하여 조직 등가 물질로서 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)의 두께를 변화에 따라 PMMA 에서 발생되는 산란선이 미치는 영향을 해상력 평 가인자, 변조전달함수(modulation-transfer function, MTF)와 잡음력 스펙트럼(noise-power spectrum, NPS)을 계산하여 영상품질의 정량적인 평가를 하고자 한다.

제안 방법

(2)를 사용하여 LFD에 대한 영향을 뺀 MTF를 나타낸다. ESF의 수치를 획득하여 PMMA의 두께 변화에 따른 MTF 값의 변화를 나타낸 결과로 이는 분석 가능한 ROI를 설정하여 FPD의 MTF 데이터를 얻어 분석하였다. MTF 결과는 공간주파수의 함수로써 입력 함수에 대한 출력함수의 비율로 나타남으로 정규화된 MTF 값이 1일 때 가장 이상적인 값을 의미하며 산란인자로 인해 MTF 값에 오차가 발생한다.
7과 같이 알 수 있다. 이것을 공간주파수 별로 확인하기 위해 푸리에 변환하여 잡음력 스펙트럼 영상을 얻었다.

대상 데이터

02 sec로 실험하였다. 일반적인 흉부 X선 일반촬영으로서 거리는 SDD(source-to-detector distance)는 1800 mm, SOD(source-to-object distance)는 1,750 mm, ODD(object-to-detector distance)는 50 mm로 설정하였다.

성능/효과

다음은 조직등가물질의 PMMA의 두께 변화에 따른 산란선의 영향으로 인한 ESF의 변화의 결과로 두께가 증가할수록 산란선의 영향을 많이 받는다는 것을 알 수 있다.
본 연구에서는 조직등가물질의 PMMA 두께 증가에 따라 발생하는 산란선의 변화를 디지털방사선에서 영상 품질의 평가로서 공간주파수에 대한 MTF로 평가함으로써 디지털방사선영상시스템의 해상도 특성변화를 관찰할 수 있었고 또한, MTF에서 산란선의 양을 산란인자로서 정량화하여 PMMA 두께 증가가 MTF의 low-frequency를 떨어트리는 효과가 있음을 밝혔다. 또한, 2차원 잡음력 스펙트럼을 방사형 방향에 대해 1차원 값으로 나타낸 결과를 통해 PMMA 두께와 잡음은 비례하는 것을 확인할 수 있었다. 향후, 에지-나이프 팬텀의 위치는 검출기 표면으로, 나아가 조직등가물질의 PMMA 표면 앞에 위치시켜 산란선의 양을 조사하는 연구가 필요하며, 산란선이 거리 증가에 따라 감소하는 air-gap 에 관한 추가적인 연구까지 수행된다면 산란선의 다양한 특성을 관찰할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 조직등가물질의 PMMA 두께 증가에 따라 발생하는 산란선의 변화를 디지털방사선에서 영상 품질의 평가로서 공간주파수에 대한 MTF로 평가함으로써 디지털방사선영상시스템의 해상도 특성변화를 관찰할 수 있었고 또한, MTF에서 산란선의 양을 산란인자로서 정량화하여 PMMA 두께 증가가 MTF의 low-frequency를 떨어트리는 효과가 있음을 밝혔다. 또한, 2차원 잡음력 스펙트럼을 방사형 방향에 대해 1차원 값으로 나타낸 결과를 통해 PMMA 두께와 잡음은 비례하는 것을 확인할 수 있었다.
산란인자는 영상시스템의 개선에 이바지하고 대조도에 영향을 미치는 인자의 정량적 평가이다. 이를 통해 PMMA 두께가 증가할수록 산란선의 양이 증가하여 MTF 값이 낮아지는 결과를 도출하였다.

후속연구

또한, 2차원 잡음력 스펙트럼을 방사형 방향에 대해 1차원 값으로 나타낸 결과를 통해 PMMA 두께와 잡음은 비례하는 것을 확인할 수 있었다. 향후, 에지-나이프 팬텀의 위치는 검출기 표면으로, 나아가 조직등가물질의 PMMA 표면 앞에 위치시켜 산란선의 양을 조사하는 연구가 필요하며, 산란선이 거리 증가에 따라 감소하는 air-gap 에 관한 추가적인 연구까지 수행된다면 산란선의 다양한 특성을 관찰할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (16)

C. H. Baek, "A Study of Scattered Radiation Effect on Digital Radiography Imaging System", Journal of Radiological Science and Technology, Vol. 40, No. 1, pp. 71-78, 2017. http://dx.doi.org/10.17946/JRST.2017.40.1.11

원문보기 상세보기
M. N. Lakshmanan, A. J. Kapadia, P. Sahbaee, S. D. Wolter, B. P. Harrawood, D. Brady, E. Samei, "An X-ray scatter system for material identification in cluttered objects: A Monte Carlo simulation study", Nuclear instruments & methods in physics research. Section B, Beam interactions with materials and atoms, Vol. 335, pp. 31-38, 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2014.05.021

상세보기
Y. H. Jiang, D. L. Wilson, "Scatter radiation effect on interventional device visualisation in X-ray fluoroscopy", International Journal of Functional Informatics and Personalised Medicine, Vol. 1, No. 4, pp. 366-377, 2008. http://dx.doi.org/10.1504/IJFIPM.2008.022153

상세보기
M. C. Jeon, H. S. Lim, M. S. Han, "The Study About Attenuation of Scatter Ray According to Distance Inverse Square Law at General Projection", Journal of Radiological Science and Technology, Vol. 34, No. 3, pp. 183-188, 2011.
S. Cardoso, O. Goncalves, H. Schechter, "Evaluation of scatter-to-primary ratio in radiological conditions", Applied Radiation and Isotopes, Vol. 67, No. 4, pp. 544-548, 2009. http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2008.11.010

상세보기
J. W. Min, S. G. Han, J. M. Kim, J. A. Lee, K. W. Kim, H. W. Jeong, "Evaluation of Scatter Radiation in Digital Radiological Condition by using Photostimulated Luminescence (BaFBr:Eu2+)", Journal of Radiological Science and Technology, Vol. 37, No. 2, pp. 85-91, 2014.
P. K. Cho, "Distribution of the Scatter Ray on Chest X-ray Examinations", The Journal of the Korea Contents Association, Vol. 12, No. 7, pp. 255-260, 2012. http://dx.doi.org/10.5392/JKCA.2012.12.07.255

원문보기 상세보기
AAPM Report 31, "Standards methods for measuring diagnostic x-ray exposures", New York, American Institute of Physics, 1991.
D. S. Kim, E. Kim, S. G. Lee, "Performance analysis of the gain correction in radiography imaging", IEEE International Conf. Image Processing, pp. 3641-3645, 2014. https://doi.org/10.1109/ICIP.2014.7025739
J. P. Moy, B. Bosset, "How does real offset and gain correction affect the DQE in images from x-ray flat detectors", SPIE, Medical Imaging: Physics of Medical Imaging, Vol. 3659, pp. 90-97, 1999. https://doi.org/10.1117/12.349555
H. An, D. Y. Lee, S. J. Ko, C. S. Kim, "Evaluation of Image Quality & Absorbed Dose using MCNPX Simulation in the Digital Radiography System", Journal of the Korean Society of Radiology, Vol. 10, No. 5, pp. 326-335, 2016. http://dx.doi.org/10.7742/jksr.2016.10.5.327

원문보기 상세보기
E. A. Lee, D. S. Kim, "Noise Power Spectrum of Radiography Detectors: II. Measurement Based on the Spectrum Averaging", Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, Vol. 54, No. 3, pp. 63-69, 2017.

원문보기 상세보기
Y. H. Seoung, "Evaluation of the Spatial Resolution for Exposure Class in Computed Radiography by Using the Modulation Transfer Function", Journal of Digital Convergence, Vol. 11, No. 8, pp. 273-279, 2013.

원문보기 상세보기
J. M. Boone, J. A. Seibert, "Monte Carlo simulation of the scattered radiation distribution in diagnosticradiology", Medical Physics, Vol. 15, No. 5, pp. 713-720, 1988. https://doi.org/10.1118/1.596185

상세보기
J.T. Dobbins, Handbook of Medical Imaging (SPIE, Bellingham), Vol. 1, Chap. 3, pp. 161, 2000.
C. T. P. Chan, K. K. L. Fung, "Dose optimization in pelvic radiography by air gap method on CR and DR systems", Radiography, Vol. 21, No. 3, pp. 214-223, 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.radi.2014.11.005

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증