Comparison Evaluation of Image Quality with Different Thickness of Aluminum added Filter using GATE Simulation in Digital Radiography

In X-ray image, the role of filtration through the filter is to reduce the exposure of the patient by using photon which is useful in formation of the image, and at the same time, enhance the contrast of the image. During interaction between photon and object, low energy X-rays are absorbed from the site of a few cm of the first patient's tissue, and high energy X-rays are the one which form the image. Therefore, the radiation filter absorbs low energy X-ray in order to lower the exposure of the patient and improve the quality of the image. The purpose of this study is to compare the effect on the image quality by differences of added filter through simulation image and actual radiation image. For that purpose, we used Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) as a tool for Monte Carlo simulation. We set actual size, shape and material of Polymethylmethacrylate (PMMA) Phantom on GATE and differentiated the parameter of added filter. Also, we took image of PMMA phantom with same parameter of added filter by digital radiography (DR). Than we performed contrast-to-noise ratio (CNR) evaluation on both simulation image and actual DR image by Image J. Finally, we observed the effect on image quality due to different thickness of added filter, and compared two images' CNR evaluation's transitions of change. The result of this experiment showed decreasing in the progress of CNR on both DR and simulation image. It is ultimately caused by decreasing in contrast on image. In theory, contrast decrease with kVp increased. Given that condition, this study found out that filter makes not only decreasing total dose by absorbing low energy of X-ray, but also increasing average energy of X-ray.

GATE 시뮬레이션을 사용한 알루미늄 부가필터 두께에 따른 Digital Radiography의 영상 화질 비교 평가

X-선 영상에서 필터를 통한 여과의 역할은 영상 형성에 유용한 광자를 이용해 환자의 피폭량을 낮춤과 동시에 영상의 대조도를 높이는 것이다. 영상을 형성하는 데 있어서 저에너지 X-선은 환자 조직의 최초 몇 cm 부위에서 흡수되고 고에너지 부분만을 통과하여 형성되므로, 방사선 여과는 여과물질을 삽입하여 저에너지 X-선을 여과물질로 하여금 흡수시켜 환자의 피폭량을 낮추고 영상의 질을 높인다. 본 연구의 목적은 시뮬레이션을 통해 이상적인 환경에서 부가 필터가 방사선 영상 촬영 시 영상의 화질에 미치는 영향을 확인하고, 실제 방사선 영상을 촬영할 경우와 비교하는 것이다. 이를 위해 시뮬레이션 프로그램인 Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE)를 이용해 Polymethylmethacrylate (PMMA) Phantom의 실제 크기, 모양과 재질을 모사하고 부가 필터의 사용유무 및 필터의 두께에 따른 촬영 조건을 설정하여 시뮬레이션 결과 영상을 얻어냈다. 또한, Digital Radiography (DR)장비로 실제 PMMA Phantom을 필터가 없는 경우와 필터가 있을 때 그 두께를 변화시키며 촬영했다. 시뮬레이션의 결과 영상과 실제 실험을 통해 얻은 영상을 각각 Image J 프로그램을 이용해 Contrast-to-noise ratio (CNR) 평가를 실행한 뒤, 시뮬레이션 결과 영상과 최종적으로 도출된 두 영상의 변화 추이를 비교 측정했다. 실험 결과 DR장비와 시뮬레이션 영상 모두 CNR이 감소하는 추세를 보였으며, 이는 결국 영상에서의 대조도 감소로 인해 나타난 결과였다. 이론적으로 관전압 (kVp)이 증가하면 대조도가 감소하고, 이를 통해보았을 때 필터는 저에너지부의 X-선을 흡수하면서 전체적인 선량을 감소시키지만, X-선의 평균에너지를 증가시키는 역할을 한다는 것을 알아볼 수 있었다.