Objective and Quantitative Evaluation of Image Quality Using Fuzzy Integral: Phantom Study

퍼지적분을 이용한 영상품질의 객관적이고 정량적 평가: 팬톰 연구

Physical evaluations provide the basis for an objective and quantitative analysis of the image quality. Nonetheless, there are limitations in using physical evaluations to judge the utility of the image quality if the observer's subjectivity plays a key role despite its imprecise and variable nature. This study proposes a new method for objective and quantitative evaluation of image quality to compensate for the demerits of both physical and subjective image quality and combine the merits of them. The images of chest phantom were acquired from four digital radiography systems on clinic sites. The physical image quality was derived from an image analysis algorithm in terms of the contrast-to-noise ratio (CNR) of the low-contrast objects in three regions (lung, heart, and diaphragm) of a digital chest phantom radiograph. For image analysis, various image processing techniques were used such as segmentation, and registration, etc. The subjective image quality was assessed by the ability of the human observer to detect low-contrast objects. Fuzzy integral was used to integrate them. The findings of this study showed that the physical evaluation did not agree with the subjective evaluation. The system with the better performance in physical measurement showed the worse result in subjective evaluation compared to the other system. The proposed protocol is an integral evaluation method of image quality, which includes the properties of both physical and subjective measurement. It may be used as a useful tool in image evaluation of various modalities.

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.