Abstract

With recent advancement of the medical imaging systems and picture archiving and communication system (PACS), installation of digital radiography has been accelerated over past few years. Moreover, Computed Radiography (CR) which was well established for the foundation of digital x-ray imaging systems at low cost was widely used for clinical applications. This study analyzes imaging characteristics for two systems with different pixel sizes through the Modulation Transfer Function (MTF), Noise Power Spectrum (NPS) and Detective Quantum Efficiency (DQE). In addition, influence of radiation dose to the imaging characteristics was also measured by quantitative assessment. A standard beam quality RQA5 based on an international electro-technical commission (IEC) standard was used to perform the x-ray imaging studies. For the results, the spatial resolution based on MTF at 10% for Agfa CR system with I.P size of $8{\times}10$ inches and $14{\times}17$ inches was measured as 3.9 cycles/mm and 2.8 cycles/mm, respectively. The spatial resolution based on MTF at 10% for Fuji CR system with I.P size of $8{\times}10$ inches and $14{\times}17$ inches was measured as 3.4 cycles/mm and 3.2 cycles/mm, respectively. There was difference in the spatial resolution for $14{\times}17$ inches, although radiation dose does not effect to the MTF. The NPS of the Agfa CR system shows similar results for different pixel size between $100{\mu}m$ for $8{\times}10$ inch I.P and $150{\mu}m$ for $14{\times}17$ inch I.P. For both systems, the results show better NPS for increased radiation dose due to increasing number of photons. DQE of the Agfa CR system for $8{\times}10$ inch I.P and $14{\times}17$ inch I.P resulted in 11% and 8.8% at 1.5 cycles/mm, respectively. Both systems show that the higher level of radiation dose would lead to the worse DQE efficiency. Measuring DQE for multiple factors of imaging characteristics plays very important role in determining efficiency of equipment and reducing radiation dose for the patients. In conclusion, the results of this study could be used as a baseline to optimize imaging systems and their imaging characteristics by measuring MTF, NPS, and DQE for different level of radiation dose.

최근 의료영상저장 및 전송 시스템(Picture Archiving and Communication System, PACS)의 발전과 함께 디지털 영상의 발전이 가속화되면서, 특히 기존의 아날로그 시스템을 활용할 수 있는 컴퓨터 X-선 촬영(Computed Radiography, CR)의 활용도가 높아졌다. 본 연구에서는 실제 임상에서 사용되고 있는 Agfa CR system (Agfa CR 2.5; Agfa, Belgium)과 Fuji CR system (FCR 9000C; Full, Japan)을 이용하여 영상의 정량적 평가에 널리 사용되고 있는 변조전달함수(Modulation Transfer Function, MTF), 잡음력 스펙트럼(Noise Power Spectrum, NPS), 양자검출효율(Detective Quantum Efficiency, DQE)를 통해 시스템간의 성능 비교 및 I.P (Imaging Plate) 크기별 픽셀 크기 차이 및 선량의 변화에 의한 화질영향을 정량적으로 평가하였다. X-선 영상 획득실험을 위하여 국제표준인 IEC 61267에서 제공하는 RQA5의 선질(Additional Filter $0.7+21Al[mm],\;71[kV_p])$을 사용하였다. 실험 결과 Agfa CR 시스템의 경우 10% 응답의 MTF는 $8{\times}10$ inch와 $14{\times}17$ inch I.P에서 각각 3.9, 2.8 cycles/mm으로 측정되었으며, Fuji CR 시스템의 경우 각각 3.4, 3.2 cycles/mm로 측정되었다 선량의 변화에 따른 MTF도 측정결과는, 두 시스템 모두 선량변화에 따른 MTF의 차이는 크지 않았으며, MTF 10% 응답 주파수 영역도 거의 같은 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여 선량은 영상의 해상력 및 MTF에는 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. NPS의 경우 Agfa CR 시스템의 $100{\mu}m$ 픽셀 크기를 갖는 $8{\times}10$ inch I.P와 $150{\mu}m$ 픽셀 크기를 갖는 $14{\times}17$ inch I.P사이에 큰 차이가 없었다. 또한 두 시스템 모두 선량이 증가할수록 NPS가 좋아지는 결과를 나타내었다. 진단가능영역인 1.5 cycles/mm 주파수 영역에서 DQE의 효율 측정결과 Agfa CR 시스템의 $8{\times}10$ inch I.P가 11%로 측정되었으며, $14{\times}17\;inch\;I.P$는 8.8%로 측정되었다. Agfa CR 시스템의 DQE 효율 차이는 고주파수 영역에서 두드러지게 나타났다. Fuji CR 시스템의 경우 I.P 크기별 픽셀 크기는 $100{\mu}m$로 동일하였기 때문에 DQE 효율 측정결과 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 두 시스템 모두 선량이 증가할수록 DQE 효율은 감소함을 나타내었다. 화질평가의 복합적인 요소를 담고 있는 DQE 측정은 장치의 성능을 점검하고, 환자의 피폭선량을 개선시키는데 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 Agfa CR 시스템과 Fuji CR 시스템의 픽셀 크기별, 선량별 DQE를 측정함으로써 CR 시스템의 임상적 응용의 최적화를 위한 기초 자료로서 이용될 것으로 판단된다.

Keywords

• CR system;
• MTF;
• NPS;
• DQE

• CR 시스템;