[논문]X-선 영상을 이용한 암의 위치 및 크기 진단

손정민; 안병주

doi:10.7742/jksr.2023.17.1.167

X-선 영상을 이용한 암의 위치 및 크기 진단
Diagnosis of Location and Size of Lesions using Chest X-ray Image 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.17 no.1, 2023년, pp.167 - 173

손정민 (대구가톨릭대학교 방사선학과) , 안병주 (남부대학교 방사선학과)

초록
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일반 X-선 검사는 간단하고 많은 정보를 얻을 수 있어 가장 기본이 되는 검사방법이며 획득된 영상에서는 인체 해부학적 구조와 시간 경과에 따른 질병의 변화 정보를 쉽게 획득할 수 있다. 그럼에도 불구하고 영상이 확대되는 단점으로 인하여 병변의 크기와 형태가 왜곡되어 나타나기 때문에 현재 X-선 영상의 깊이 있는 관찰은 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 후전촬영(PA)과 측방향촬영(LAT) 영상을 획득하고 각각의 영상에서 암 시료가 위치하는 거리를 측정하여 암 시료의 확대율을 계산하고 측정한 암 시료 길이에 보정한다. 암 시료의 길이와 두께에 따른 확대율 보정 값을 전산화단층촬영장치(Computed Tomography, CT)로 획득된 영상 및 실제 제작한 암 시료 크기와 각각 비교하였다. 기존의 확대율은 검출기에서 암의 거리를 측정하여 계산할 수 있었으나 본 연구에서는 획득된 PA와 LAT 영상을 이용하여 확대율을 계산하였다. 6 mm 암 시료를 PA와 LAT 영상을 획득하여 확대율을 구한 후 보정한 결과 길이는 5.9 mm, 두께는 6.1mm로 실제와 비슷한 값이 측정되었으며 영상을 이용한 확대율 계산이 가능하다는 것을 알 수 있었다. X-선 영상만으로도 병변의 확대율을 손쉽게 보정하여 정확한 길이 측정이 가능하고 이는 영상 판독 및 정확한 진단에 유용한 정보를 제공할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

X-ray general radiography is the simplest and most important one to get a lot of information. Nevertheless, current x-ray general radiography does not observation in-depth observation. Information about the anatomy of the human body and changes in disease in x-ray general radiography can be obtained but it is difficult to determine the size and shape of the actual lesion due to the disadvantage of expanding the image. In this study, PA and LAT images were acquired and cancer magnification was calculated in the images by measuring the distance of cancer samples. By adjusting the magnification the actual cancer length and thickness were measured and compared with the CT image and the actual cancer sample size. After the PA and LAT images of the inserted 6.0 mm cancer sample were obtained and the magnification was corrected, the length was 5.9 mm and the thickness was 6.1 mm. This value was measured similarly to the actual. The problem of obtaining the magnification that needs to know the actual length from the detector to the cancer sample was secured by obtaining the magnification through PA and LAT images and it is possible to accurately measure the cancer sample size. X-ray general radiography may provide useful information in situations where CT imaging is difficult.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Chest PA image geometry.
그림 Fig. 3. Dicom Viewer.
그림 Fig. 2. (a) 6 mm cancer sample, (b) cancer sample attached in lung.
그림 Fig. 4. (a) 6 mm cancer sample(PA, LAT image) (b) cancer image magnification.

AI 본문요약
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문제 정의

PA 영상을 이용하여 LAT 영상의 확대율을 구하고 반대로 LAT 영상을 이용하여 PA 영상의 확대율을 구하였다. 영상에서 측정된 암의 길이를 계산된 확대율로 보정하여 실제 암 시료 크기를 측정하는 방법을 제시하고자 한다.

제안 방법

영상 시스템에서 획득한 Dicom 영상을 표시하기 위해 Visual C++(Microsoft Visual studio 2017)의 MFC 기반으로 Dicom Viewer를 별도로 제작하였다. Dicom 파일의 header 부분에 포함된 영상의 width와 height 픽셀 개수와 body 부분의 정보를 이용하여 8 bit gary 영상으로 표시하고 영상 1개의 픽셀 크기를 포함하는 정보를 추출하였다.
정확한 암 시료 크기를 측정하기 위해서는 각 영상의 확대율을 구하여야 한다. PA 영상을 이용하여 LAT 영상의 확대율을 구하고 반대로 LAT 영상을 이용하여 PA 영상의 확대율을 구하였다. 영상에서 측정된 암의 길이를 계산된 확대율로 보정하여 실제 암 시료 크기를 측정하는 방법을 제시하고자 한다.
phantom의 굴곡 때문에 PA의 경우 14 ± 1 cm, LAT의 경우 10 ± 1 cm의 검출기와 흉부팬텀의 거리 차가 발생하게 된다. PA와 LAT 각 방향의 영상에서 암이 존재하는 길이를 알기 위해 PA촬영 영상에서 암이 존재하는 길이(오른쪽 끝 면에서 암의 중심부의 직선 길이) i를 측정하고 LAT 촬영 영상에서 암이 존재하는 깊이(가슴부터 암의 중심부의 직선 길이) h를 측정한다.
PA와 LAT 영상을 각각 판독하였을 경우 한정된 정보에 의존할 수밖에 없기 때문에 영상에서 획득할 수 있는 정보는 제한적이다. PA와 LAT 영상을 동시에 고려하여 PA 영상에서 LAT 영상의 확대율을 구하고 반대로 LAT 확대율은 PA영상에서 획득하여 정확한 암의 길이와 두께를 측정할 수 있는 방법을 제시하였다.
3과 같이 영상 크기를 2배 축소하여 한 화면에 두 영상을 동시에 표시할 수 있다. 각 영상에 대한 암의 크기를 구할 수 있는 기능을 구현하였다. 영상에서 암의 길이는 마우스로 드래그 하여 직선이 영상에 표시되며 직선의 길이가 자동 측정되어 나타난다.
본 연구에서는 암 시료를 흉부팬텀(chest phantom)의 폐 내에 삽입하여 일반 X-선 검사(PA, LAT)로 영상을 획득한 후 각 영상에서 암 시료가 위치하는 길이를 측정하였다. 정확한 암 시료 크기를 측정하기 위해서는 각 영상의 확대율을 구하여야 한다.
6 mm의 시료에는 고리모양의 철을 삽입하였다. 암 시료는 최대한 6 mm에 근사하도록 수작업으로 제작하였으며 실제 암 시료 크기의 정확도를 높이기 위하여 서로 다른 방향에서 20회 측정하여 평균값을 제시하였다.
영상 시스템에서 획득한 Dicom 영상을 표시하기 위해 Visual C++(Microsoft Visual studio 2017)의 MFC 기반으로 Dicom Viewer를 별도로 제작하였다. Dicom 파일의 header 부분에 포함된 영상의 width와 height 픽셀 개수와 body 부분의 정보를 이용하여 8 bit gary 영상으로 표시하고 영상 1개의 픽셀 크기를 포함하는 정보를 추출하였다.
길이는 10회 반복 측정하여 평균값을 사용하였다. 영상 진단의 편리를 위해 확대(magnification), 축소(minification) 기능을 추가하였다.
PA 영상에서 암의 확대율을 구할 때는 LAT에서 암의 위치에서 검출기까지의 거리 정보를 활용하고 반대로 LAT 영상에서 확대율은 PA 영상을 이용한다. 영상의 축소 확대에 따른 스케일의 변화를 반영하여 암 시료의 크기가 측정되도록 하였다.
흉부 검사에 많이 사용되는 조건인 120 kVp, 64mAs로 설정하였으며 PA와 LAT 촬영 거리를 180cm로 설정하여 촬영하였다. Fig.

대상 데이터

Fig. 1과 같은 폐 부분이 분리되는 흉부팬텀을 사용하여 환자를 묘사하였으며 동일한 위치에서 영상을 획득하기 위해 흉부팬텀이 위치하는 곳에 마크를 표시하였다.
PA와 LAT 폐 영상을 획득하기 위해 Fig. 1과 같이 병원에서 이용하고 있는 X-선 검사장치 (ADR-DRS600, 리스템, Korea)를 사용하였다. X-선 검사장치는 X-선 tube와 환자 테이블, 검출기로 구성되어 있다.
1과 같이 병원에서 이용하고 있는 X-선 검사장치 (ADR-DRS600, 리스템, Korea)를 사용하였다. X-선 검사장치는 X-선 tube와 환자 테이블, 검출기로 구성되어 있다. 검출기는 간접 방식으로 3,008 × 3,072 픽셀을 갖고 있으며 1개의 픽셀 크기는 0.
실제 암은 정형화 되어있는 형태는 아니지만 영상에 나타난 암의 모양은 대부분 구형에 가깝다. 일반촬영 영상에서 식별이 가능한 크기인 직경 6 mm 크기의 구형으로 암 시료를 제작하였다. 6 mm의 시료에는 고리모양의 철을 삽입하였다.
폐암을 묘사하는 시료는 밀도가 높지 않고 형태변형이 자유로운 찰흙을 사용하였고 석회화병변을 표현하기 위해 찰흙 내에 밀도가 높은 3 mm 직경의 내부가 비어 있는 고리 모양 철을 삽입하였다. 실제 암은 정형화 되어있는 형태는 아니지만 영상에 나타난 암의 모양은 대부분 구형에 가깝다.
흉부 X-선 영상을 위한 흉부팬텀(LUNGMAN, Kyoto Kagaku, Japan)의 두께는 40 cm이며 허리부분을 통하여 폐와 바디 부분을 분리할 수 있고 폐부분은 기관지와 폐포가 섬세하게 제작되어 있다.

성능/효과

6% 오차를 보였다. 실제 암시료와 근사한 값으로 일반 X-선 검사 영상으로도 정확한 길이와 두께 측정이 가능한 것을 확인하였다. 또한 일반 X-선 검사는 석회화된 병변까지 검출되어 해상도가 우수하다고 할 수 있으며 정확한 길이 및 두께 측정이 가능하기 때문에 일반 X-선 영상만으로도 진단적 가치가 상승되어 다른 정밀 검사와 더불어 판독의 질을 향상시킬 것으로 판단된다.
폐문 근처에 위치한 6.0 mm 암 시료의 PA 영상 확대율은 1.17이며 LAT 영상 확대율은 1.12로 계산 되었으며 길이는 5.9 mm 두께는 6.1 mm로 실제 시료와의 오차는 1.6%, 1.6% 오차를 보였다. 실제 암시료와 근사한 값으로 일반 X-선 검사 영상으로도 정확한 길이와 두께 측정이 가능한 것을 확인하였다.

후속연구

또한 환자가 일반 X-선 검사를 시행할 때 암이 위치하는 실제 거리를 알기는 어렵기 때문에 확대율 계산도 쉽지 않았다. PA와 LAT 영상을 각각 판독하였을 경우 한정된 정보에 의존할 수밖에 없기 때문에 영상에서 획득할 수 있는 정보는 제한적이다. PA와 LAT 영상을 동시에 고려하여 PA 영상에서 LAT 영상의 확대율을 구하고 반대로 LAT 확대율은 PA영상에서 획득하여 정확한 암의 길이와 두께를 측정할 수 있는 방법을 제시하였다.
실제 암시료와 근사한 값으로 일반 X-선 검사 영상으로도 정확한 길이와 두께 측정이 가능한 것을 확인하였다. 또한 일반 X-선 검사는 석회화된 병변까지 검출되어 해상도가 우수하다고 할 수 있으며 정확한 길이 및 두께 측정이 가능하기 때문에 일반 X-선 영상만으로도 진단적 가치가 상승되어 다른 정밀 검사와 더불어 판독의 질을 향상시킬 것으로 판단된다.

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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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