An Evaluation Method of X-ray Imaging System Resolution for Non-Engineers

Nowadays, digital Radiography (DR) systems are widely used in clinical sites and substitute the analog-film x-ray imaging systems. The resolution of DR images depends on several factors such as characteristic contrast and motion of the object, the focal spot size and the quality of x-ray beam, x-ray scattering, the performance of the DR detector (x-ray conversion efficiency, the intrinsic resolution). The DR detector is composed of an x-ray capturing element, a coupling element and a collecting element, which systematically affect the system resolution. Generally speaking, the resolution of a medical imaging system is the discrimination ability of anatomical structures. Modulation transfer function (MTF) is widely used for the quantification of the resolution performance for an imaging system. MTF is defined as the frequency response of the imaging system to the input of a point spread function and can be obtained by doing Fourier transform of a line spread function, which is extracted from a test image. In clinic, radiologic technologists, who are in charge of system maintenance and quality control, have to evaluate or make routine check on their imaging system. However, it is not an easy task for the radiologic technologists to measure MTF accurately due to lack of their engineering and mathematical backgrounds. The objective of this study is to develop and provide for radiologic technologists a medical system imaging evaluation tool, so that they can measure and quantify system performance easily.

비공학도를 위한 X-ray 영상촬영 시스템 해상력 평가 방법

Digital Radiography(DR) 시스템은 임상현장에서 아날로그 시스템을 대체하고 널리 이용되고 있다. DR을 이용하여 얻어진 X선 영상의 해상력을 결정짓는 요소에는 이용되는 검출기의 고유 해상력, 피사체의 대조도 및 특성, X선 선질, X선원의 산란, DR 검출기의 성능, X선 변환효율 및 초점의 크기, 피사체의 움직임 등이 있다. DR 검출기를 구성하는 요소에는 X선 포획 요소, 커플링 요소, 정보수집 요소가 있는데 이들은 시스템의 성능에 영향을 미치며, 그 성능은 해상력으로 평가된다. 의료영상 시스템의 해상력은 촬영대상물의 조직 간의 해부학적 영상을 구분하는 능력을 나타낸다. 해상력 평가를 위해 Modulation Transfer Function(MTF)이 보편적으로 이용되고, MTF는 입력 공간주파수 성분에 대한 출력 공간주파수 성분의 비를 나타내는데, 수학적으로 MTF는 Point Spread Function(PSF) 입력에 대한 시스템의 주파수 응답이며 Edge Phantom을 이용한 결과 영상에서 추출된 Line Spread Function(LSF)을 Fourier Transform하면 얻을 수 있다. 일반적으로 임상현장에서 의료영상시스템의 이용 및 관리의 책임은 방사선사가 맡고 있지만, MTF를 측정하기 위해서는 공학적, 수학적 기초 및 C, Fortran, Matlab등의 프로그램 작성 능력이 필요하기 때문에 비 공학도는 정확한 측정이 불가능하다. 의료영상 시스템의 성능 관리 및 최상의 상태를 유지하기 위해 시스템의 성능평가가 이뤄져야 하는데, 이를 위해 본 연구에서는 비공학도가 해상력 성능평가를 할수 있도록 ImageJ 및 Excel을 이용하여 해상력 평가를 할 수 있도록 방법을 제시하고, 제안된 방법을 이용해 계산된 결과와 프로그래밍을 이용해 계산된 결과의 비교를 통해 본 논문에서 제시하는 방법의 유용성을 확인하였다.