CMOS를 이용한 Dental Digital Radiography 개발 및 영상 특성 평가

Abstract

[한글]최근 연세의료원에서는 full PACS 시스템을 구축, 운영하기 시작하였다. 이러한 배경으로, Dental Digital Radiography (DDR) 시스템의 필요성은 더욱 절실하게 요구되고 있다./ 본 연구에서는 저가 영상 센서인 Complimentary Mental Oxide Semiconductor (CMOS)를 이용하여 치과용 디지털 방사선 영상장치 (DDR 시스템)를 개발하고, 완성된 시스템을 이용하여 얻은 영상으로 제품의 물리적 특성 및 영상 특성을 파악하고, 임상 환경에서의 사용 가능성을 검토하고자 하였다./ CMOS 센서의 timing diagram을 분석하여 하드웨어를 설계, 제작하였고, MS Visual C++ language를 이용하여 임상의가 사용하기 편리하도록 user interface software를 만들었다. 완성된 시스템의 물리적인 특성을 파악하기 위하여 대조도 (contrast), signal to noise ratio (SNR), modulation transfer function (MTF)을 측정하였다. 대조도를 알기 위해 두께 1.02, 1.57, 2.06, 2.58, 3.10 mm 의 5단계로 이루어진 알루미늄 step-wedge를 이용하여 영상을 얻었다. 필름과의 대조도 비교를 위해 Kodak Insight F 필름으로도 영상을 얻었다. 얻어진 영상으로 DR 시스템의 특성곡선과 필름의 특성곡선을 그려 비교하였다. SNR은 각 dose별로 얻은 step-wedge 영상에서 ROI를 설정하고, 평균값을 구하여 background 영상에서 얻은 dark current의 분산값으로 나누어 구하였다. MTF를 얻기 위하여 평평한 금속 박편으로 edge 영상을 얻었다. 얻은 영상의 edge profile을 구하여 edge spread function (ESF)을 얻고, 이를 미분하여 line spread function (LSF)를 얻고, 다시 fast Fourier transform (FFT)을 거쳐 MTF 곡선을 얻었다./ 완성된 시스템으로 성공적으로 영상을 획득할 수 있었다. 획득한 영상의 이미지 분석 결과, 대조도는 완성된 DDR 시스템이 Kodak Insight F 필름보다 좋은 것으로 나타났으며, SNR은 최대 14:1 로 양호한 값을 보여주었다. MTF로 얻은 DDR 시스템의 해상도는 약 6.2 linepair/mm 였다./ 영상신호의 처리를 위해 사용한 89052 CPU는 처리속도에서 다소 느린 특성을 보였고, 대면적의 CMOS 센서의 크기는 임상에서 사용하기엔 다소 컸다. 연구 결과, 하드웨어 및 소프트웨어 전반을 개발할 수 있는 노하우를 축적할 수 있었으며, 향후 영상 처리 속도와 해상도의 향상, DDR 센서의 크기를 보완한다면 임상에의 적용이 가능하다고 사료된다./

[영문]As the filmless full PACS (Picture Archiving and Communication System) installation in dental hospital has recently been incresed, the demand for DDR system is rapidly increasing in the dental radiological field. The objective of this study was to develop such a DDR system using a CMOS sensor, and user interface software and then evaluate its physical properties from clinical point of view./ The electronic circuit was designed to analyze timing diagram of a CMOS sensor. The user interface software was coded using MS Visual C++ language./ The modulation transfer function, signal-to-noise ratio and characteristic curves were measured for the imaging characteristics of the DDR system. To evaluate the image contrast according to variations in dose, step-wedge images were acquired. Thicknesses of the step-wedge were 1.02, 1.57, 2.06, 2.58, and 3.10 mm. Film sensitivity was determined by exposing a series of identical Kodak Insight F films./The spatial resolution of the imaging system was determined using the modulation transfer function, which was obtained from sharp edge images. The line spread function was calculated from the derivative of the ESF, the MTF was calculated from the fast Fourier transform of LSF. To obtain the SNR, ROIs were set on each step-wedge image. The SNR was calculated as the ratio between the average pixel value and the background standard deviation./ We have successfully developed a DDR system using a CMOS sensor and evaluated the imaging characteristics of the system. The CMOS detector was more sensitive than conventinal dental films and the results obtained for the MTF showed that the resolution of the DDR system was approximately 6.2 line pair per mm. The result of max SNR value was 14:1./ There was some defects in DDR system that 89052 processor used as CPU had a long processing time and the size of a CMOS was not suitable for clinical use./ The result of this study demonstrate the feasibility of developing a high performance dental digital radiography system. The fully developed DDR system could be used for clinical diagnosis after improvement of the acquisition time, spatial resolution and the size of a CMOS sensor./