Effect of Noise on Density Differences of Tissue in Computed Tomography

Currently, the highest cancer death rate in Korea is lung cancer, which is a typical cancer that is difficult to detect early. Low-dose chest CT is being used for early detection, which has a greater lung cancer diagnosis rate of about three times than regular chest x-ray images. However, low-dose chest CT not only significantly reduces image resolution but also has a weak signal and is sensitive to noise. Also, air filled lungs are low-density organs and the presence of noise can significantly affect early diagnosis of cancer. This study used Visual C++ to set a circle inside a large circle with a density of 2.0, with a density of 1.0, which is the density of water, in which five small circle of mathematics have different densities. Gaussian noise was generated by 1%, 2%, 3%, and 4% respectively to determine the effect of noise on the mean value, the standard deviation value, and the relative noise ratio(SNR). In areas where the density difference between the large and small circles was greatest in the event of 1 % noise, the SNR in the area with the greatest variation in noise was 4.669, and in areas with the lowest density difference, the SNR was 1.183. In addition, the SNR values can be seen to be high if the same results are obtained for both positive and negative densities. Quality was also clearly visible when the density difference was large, and if the noise level was increased, the SNR was reduced to significantly affect the noise. Low-density organs or organs in areas of similar density to cancers, will have significant noise effects, and the effects of density differences on the probability of noise will affect diagnosis.

컴퓨터 단층촬영의 조직간 밀도차이에 대한 노이즈 영향

현재 우리나라의 암 사망률 중 가장 높은 암은 폐암이며 조기발견이 어려운 대표적인 암이다. 조기 발견을 위하여 저선량 흉부 CT를 활용하고 있으며 이는 일반 흉부 X선 사진에 비해 약 3배 정도 폐암 진단율이 높다. 그러나 저선량 흉부 CT는 영상 해상도가 크게 저하될 뿐 아니라 신호가 약해 잡음에 민감한 단점이 있다. 또한 공기로 채워져 있는 폐는 밀도가 낮은 장기로 잡음의 유무가 암의 조기 진단에 영향을 크게 줄 수 있다. 본 연구는 Visual C++을 이용하여 2.0밀도를 가진 큰 원 내부에 물의 밀도인 1.0을 값을 갖는 원을 설정하고 그 안에 각각 밀도가 다른 작은 5개의 원을 수학적 팬텀화하고 가우시안 노이즈를 1%, 2%, 3%, 4% 각각 발생시켜 밀도차에 의한 노이즈의 영향을 평균 값과 표준편차 값, 신호대잡음비(SNR)로 확인하였다. 1% 노이즈 발생 시 큰 원과 작은 원의 밀도차가 가장 큰 영역의 SNR은 4.669로 노이즈의 영향이 작게 나타났으며 밀도차가 가장 낮은 영역의 SNR은 1.183으로 노이즈의 영향이 크게 나타났다. 또한 음의 밀도차에서도 같은 결과 값을 얻었으며 양의 밀도와 음의 밀도 모두 큰 원과 작은 원의 밀도차이가 높은 경우에 SNR 값이 높은 것을 확인 할 수 있다. 화질 또한 밀도차가 크게 나타났을 때 확연하게 육안으로 확인할 수 있었으며 노이즈레벨이 증가하는 경우에는 SNR이 감소하여 잡음의 영향이 크게 나타났다. 이는 밀도차가 적은 장기 또는 암과의 밀도가 비슷한 영역의 장기는 노이즈 영향이 크게 나타날 것이며 노이즈의 발생 확률에 따른 밀도차이의 영향이 진단에 영향을 끼칠 것으로 사료된다.