Recently, X-ray chest radiograph is showing a tendency to take an image of digital radiograph so as to diagnose the pathological pattern of chest in a usual. When the radiologist observes the chest image derived from digital radiograph system on the monitor. he feels difficult to find out because of the sensitivity of chest radiograph. It takes amount of time to adjust the proper image for diagnosis. Therefore, we provided the result and the method of the optimal image equalization for image enhancement.
Kim, Sung-Hyun;Lee, Hyoung-Koo;Ho, Dong-Su;Kim, Do-Il;Choe, Bo-Young;Suh, Tae-Suk
한국의학물리학회:학술대회논문집
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한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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pp.442-445
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2002
We present an algorithm for automatic anatomically adaptive image enhancement of digital chest radiographs. Chest images were exposed using digital radiography system with a 0.143 mm pixel pitch, l4-bit gray levels, and 3121 ${\times}$ 3121 matrix size. A chest radiograph was automatically divided into two classes (lung field and mediastinum) by using a maximum likelihood method. Each pixel in an image was processed using fuzzy domain transformation and enhancement of both the dynamic range and local gray level variations. The lung fields were enhanced appropriately to visualize effectively vascular tissue, the bronchus, and lung tissue, etc as well as pneumothorax and other lung diseases at the same time with the desired mediastinum enhancement. A prototype implementation of the algorithm is undergoing trials in the clinical routine of radiology department of major Korean hospital.
The wide dynamic range and severely attenuated contrast in mediastinal area appearing in typical chest radiographs have often caused difficulties in effective visualization and diagnosis of lung diseases. This paper proposes a new adaptive image enhancement technique which potentially solves this problem and there by improves observer performance through image processing. In the proposed method image processing is applied to the chest radiograph with different processing parameters for the lung field and mediastinum adaptively since there are much differences in anatomical and imaging properties between these two regions. To achieve this the chest radiograph is divided into the lung and mediastinum by gray level thresholding using the cumulative histogram and the dynamic range compression and local contrast enhancement are carried out selectively in the mediastinal region. Thereafter a gray scale transformation is performed considering the JND(just noticeable difference) characteristic for effective image displa. The processed images showed apparenty improved contrast in mediastinum and maintained moderate brightness in the lung field. No artifact could be observed. In the visibility evaluation experiment with 5 radiologists the processed images with better visibility was observed for the 5 important anatomical structures in the thorax.
본 연구의 목적은 디지털 방사선 흉부영상의 개선을 위한 영상처리방법을 제안하고 임상적 유용성을 평가하는 것이다. 흉부영상의 edge를 보존하면서 산란성 노이즈 제거를 위한 비선형의 반복 필터가 고안되었다. 영상의 다이나믹 레인지 (dynamic_range)의 조절이 이루어 졌으며, 해부학적 영역과 주변픽셀과의 호환성을 바탕으로 적응적 영상증강이 이루어졌다. 종격동 영역에서의 영상증강과 더불어, 폐 영역에서의 혈관조직, 기관지, 폐 조직 등이 적절하게 증강되었다. 3명의 판독의에 의한 임상평가가 이루어 졌으며, PA 영상에서는 11개, 그리고 Lateral 영상에서는 9개의 해부학적 영역이 면밀하게 관찰되었다. 각각 100장의 영상들이 ITU (International Telecommunication Union) recommendation 500에 따라 평가되어졌으며, 그 결과는 good과 adequate중간인 3.4의 평균치를 보였다. 이는 제안한 영상처리의 임상적 유용성이 최소한 양호함 이상의 가치가 있음을 의미한다. 유용한 해부학적 정보의 손실을 방지하기 위해, 영상표시장치와 인간의 인지계를 고려하면서 영상개선이 이루어졌다. 디지털 방사선기기의 등장으로 진단의 정확성을 향상시키기 위한 지속적인 영상 개선연구가 필요하다.
흉부영역에서 토모신테시스 검사의 유용성 평가를 위하여 흉부단순검사와 저 선량 CT, 토모신테시스를 실시하여 흡수선량을 비교하고 영상을 평가하였다. 흉부단순검사의 흡수선량은 $0.33{\pm}0.27$ mGy 이었으며, 저 선량 CT는 $1.26{\pm}0.56$ mGy, 토모신테시스는 $0.55{\pm}0.02$ mGy로 검사별 흡수선량 간에 유의한 차이를 보였다(p<0.001). 영상의 평가결과 단순검사 점수는 각각 $1.66{\pm}0.72$, $1.61{\pm}0.63$, $1.57{\pm}0.73$ 이었으며 저 선량 CT는 $2.92{\pm}0.26$, $2.91{\pm}0.29$, $2.88{\pm}0.32$ 이었고, 토모신테시스는 $2.69{\pm}0.51$, $2.76{\pm}0.43$, $2.66{\pm}0.61$로 검사에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보였으나(p<0.001), 저 선량 CT와 토모신테시스 사이에는 유의한 차이를 보이지 않았다. 토모신테시스는 흉부영역의 검사 시 환자의 피폭선량을 최소화하고 진단의 효과를 높일 수 있는 유용한 검사라고 생각된다.
Chest PA 검사 시 디지털 촬영에 대한 검사 조건 권고안은 마련되어 있지 않다. 각 기기 회사들도 이전의 아날로그 촬영에 적용되었던 고관전압 촬영 조건을 권고하고 있다. 디지털 흉부 X-선 촬영시 관전압, 관전류, 부가여과 필터 변화에 따른 피폭선량을 비교하기 위해 Philips 사에서 권고하는 적정 노출지수( Expos ure Index ) 값인 200 ~ 800사이 값을 만족하는 검사조건을 선별하였다. 유효선량을 평가하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 시행하였으며 SNR과 CNR을 측정하여 영상평가를 시행하였다. 관전압과 관전류, 부가여과 필터를 조절하여 유효 선량을 최대 77% 까지 감소시킬 수 있었다. 검사조건별로 다소간의 차이는 있으나 영상평가 결과 비슷한 품질의 영상을 얻을 수 있었다.
본 연구는 디지털 흉부 방사선 영상에서 한국인 성인 남성을 대상으로 자세(흉부 후-전과 전-후 촬영)와 연령에 따른 심장 크기 및 심흉비의 정상범위와 자세 및 연령 변화에 따른 상호 호환할 수 있는 변환율을 제시하고자 한다. 2014년 1월부터 12월까지 건강검진센터에서 같은 날에 흉부 후-전 촬영(chest PA)과 흉부 저선량 전산화단층촬영을 실시한 수진자 중 정상으로 판독된 1,300명에서 연구 목적에 적합한 남성 1,024명을 대상으로 하였다. 심장 크기(CS)와 심흉비(CTR) 측정은 Danzer의 방법을 이용하였다. 본 연구 결과, 한국 남성의 Chest PA 및 AP영상에서 CS와 CTR의 정상범위는 Chest PA의 경우 CS 135.48 mm, CTR 43.99%이었으며, Chest AP 영상에서 CS는 155.96 mm, CTR은 51.75%로 나타났다. CS와 CTR의 평균값 차이는 통계적으로 유의하였다(p<0.01). Chest PA와 AP영상에서 심장 좌 우측은 통계적으로 유의한 차이가 없었다(p>0.05). CS의 경우는 Chest PA(p>0.05)와 Chest AP(p<0.05)에서 통계적 유의성의 차이를 보였다. 흉곽크기와 CTR은 Chest PA와 AP 모두에서 연령변화에 따른 통계적으로 유의한 평균값의 차이를 보였다(p<0.01). 본 연구 결과 Chest PA보다 Chest AP영상에서 CS는 약 15%, CTR은 17% 확대되었고, 모든 연령에서 자세변화에 따른 CS와 CTR은 약 10%의 차이를 보였다.
본 연구에서는 다양한 관전압 사용에 따른 CR, DR 모의병변 흉부 영상을 이용하여 병변 검출 정도를 ROC 평가하였다. 모의 제작된 미세 폐 병변, 초기 침윤성 병변, 작은 혹 모양의 병변은 아크릴 판을 이용하여 인체형 흉부 팬텀과 포개놓고 영상을 획득하였으며 CR과 DR에서 각각 3개의 관전압(70 kV, 90 kV, 120 kV) 조건을 사용하였다. 총 18,000개의 관찰결과를 ROC평가 하였다. CR에서는 모든 병변에 대하여 70 kV로 획득한 영상이 높은 $A_z$값을 나타내었으나 DR에서는 두 개 병변에서만 70 kV로 획득한 영상이 높은 $A_z$값을 나타내었다. 본 연구내용을 바탕으로 검출기 종류와 관심 병변에 따른 최적의 관전압 조건을 사용하기 위하여 실제 환자에서의 임상 연구가 필요할 것으로 사료된다.
흉부방사선 영상의 평가는 시각에 의한 사진평가가 가장 실용적이고 효과적인 방법으로 알려져 있다. 미국 방사선 안전국 규정 평가표(Bureau of Radiological Health, BRH)는 흉부방사선 영상의 해부학적 평가와 물리적 평가를 합하여 평가하는 효율적인 영상 평가방법이다. 본 연구는 여성 351명의 흉부방사선 영상을 체질량지수(Body Mass Index, BMI)와 허리둘레, 관전류량(mAs)과의 관계를 비교하고, 미국 방사선 안전국 규정 평가표를 사용하여 흉부 방사선 영상품질평가를 시행하였다. 대상자의 평균 연령은 $30.17{\pm}4.73$세이고, 허리둘레는 평균 $66.91{\pm}4.67cm$이었다. 체질량지수 값의 평균은 $20.21{\pm}2.23$으로 나타났으며, 전체 대상자의 관전류량 평균값은 $3.04{\pm}0.78$이고, 미국 방사선 안전국 규정 평균값은 $79.83{\pm}8.45$이었다. 허리둘레가 커질수록 관전류량 값이 증가함으로 나타났으며, 체질량지수가 커질수록 mAs값도 증가하였다. 연구대상자의 허리둘레, 관전류량, 미국 방사선 안전국 규정 값은 체질량지수 값이 커지면 허리둘레와 관전류량 평균값이 증가하였고, 미국 방사선 안전국 규정 값은 체질량지수가 높은 그룹이 낮은 그룹에 비하여 상대적으로 낮게 나타났으며, 통계적으로 유의하였다. 흉부검사 시 피검자의 신체두께나 체질량지수에 따라 자동노출제어 장치의 노출제어가 적절히 잘 이루어진 것으로 생각되며, 체질량지수가 증가할수록 신체두께가 커지고 또한 여성의 유방 두께도 증가하여 자동노출제어 장치에 의한 노출량이 변화되어 영상품질에 영향을 미치는 것으로 생각되어진다.
물리적 평가(physical evaluation)가 영상품질의 객관화와 정량화를 위한 토대를 제공함에도 불구하고, 부정확하고 가변적인 특성을 지닌 주관적 평가(subjective evaluation)가 영상평가에 중요한 역할을 하게 된다. 본 연구에서는 디지털 방사선 영상의 물리적 평가와 주간적 평가의 단점을 상호 보완하고 객관적 정량화를 위한 새로운 방법을 제안하고자 한다. 임상에 사용되고 있는 4대의 디지털 방사선 영상 촬영장치로부터 동일한 임상조건에서 흉부 팬톰 영상을 획득하였다. 물리적 영상평가를 위하여 디지털 흉부 팬톰 내에서 3개의 영역(폐, 심장, 그리고 복부)에 존재하는 CNR (contrast-to-noise ratio)를 측정하였고 분할(segmentation)과 정합(registration)등 다양한 영상처리기술이 적용되었다. 주관적 평가는 5명의 관찰자에 의한 저 대조도 물체의 식별 정도를 점수화 하였다. 두 평가의 특성을 보완 및 결합하고자 퍼지적분 이론이 도입되었다. 4대의 시스템으로부터의 평가결과가 비교되었으며, 물리적 평가와 주관적 평가가 항상 비례하지 않음을 보였다. 물리적 평가에서는 높은 점수를 보였던 시스템이 주관적 평가에서는 상대적으로 낮은 평가를 보였다. 본 연구에서 제안한 퍼지적분에 의한 영상평가의 정량화는 물리적 평가와 주관적 평가를 모두 포함하는 총체적인 평가 방법이며, 다양한 영상품질 평가에 유용할 것이라 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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