※Medical Imaging이라는 수업에서는 이러한 기기들의 물리적인 작동 방식에 대해서 설명하고 있으나, 여기에서는 단순히 기계의 작동원리나 어떻게 이미지들이 생성되는지만 간단히 알아보도록 하겠습니다.
1. X-ray 이미지 (Feat. Digital detector)
X-ray를 이용해 병변을 분류하는 과정은 아래와 같습니다.
1) X-ray generator에서 방사선 발사
2) 발사된 방사선이 Object(사람 또는 다른 객체)에 투과
3) 사람 내부 인체 조직에 따라 X-ray detector에 있는 image receptor에 투과되는 방서선 양이 다름
Symptom
Color
Black
Air
Dark gray
Fat
Light gray
Soft tissues ex) Water
White
Calcification ex) bone
Whiter
Metal
4) 투과된 방사선량에 따른 병변 분류
예를 들어, X-ray를 기반으로 폐렴(pneumonia)을 분류한다고 해보겠습니다.
보통 폐렴같은 경우는 X-ray 장비로도 진단을 합니다.
폐렴이 의심되는 환자를 촬영할 땐, image Receptor를 가슴 쪽에 두고 사진을 찍게 되죠. 보통 이러한 사진을 Chest-Xray라고 합니다.
폐는 사람의 호흡과 관련된 기관입니다. 폐를 구성하는 것 중하나는 폐포(alveoli)인데, 여기에서 혈액과 가스의 교환이 이루어집니다.
폐렴(Pneumonia)은 공기 중에 떠다니는 있는 세균,곰팡이 및 바이러스가 체내에 흡입되고폐포(pulmonary alveoli)에 안착한 후 염증을 일으키면서 발생합니다.이 과정을 통해 다양한 호흡기 질환으로 합병증이 나타나고폐 전체에 염증을 일으켜 심각한 결과를 초래하게 됩니다.
정상적인 폐포의 내부는 기체로 이뤄진 상태이지만 폐렴으로 인해 손상된 폐포에는 염증이 있어 액체 물질로 가득 차 있습니다.
본래 폐포는 공기(기체) 상태인데, 폐렴으로 인해 액체가 폐포에 가득해지면 X-ray 촬영 시, 아래와 같이 X-ray 이미지가 나오게 됩니다. (왼쪽 이미지: 정상(normal), 오른쪽 이미지: 폐렴(pneumonia))
[Q. X-ray 이미지에서 AP, PA는 무엇을 의미하나요?]
Chest X-ray (CXR)를 찍을 때 찍는 방향에 따라 AP(Anterior-Posterior)와 PA(Posterior-Anterior)로 나눌 수 있습니다.
Chest X-ray의 경우 찍는 방향에 따라 나오는 X-ray 이미지 상태가 다릅니다.
보통, AP 방식으로 찍기보다 PA 방식을 찍는데 그 이유는 아래와 같습니다.
AP view: 심장이 확대되어 보이며, 견갑골에 의해 폐야가 많이 가려지며, 횡경(Diaphragm)막이 높이 올라가 있어 폐가 좁게 나타남
따라서 COVID-19 선별진료소와 같이 Chest AP에서 얻은 CXR 이미지는 폐 병변을 보기에는 사실 썩 좋지 않은 경우가 꽤 있다. (Dataset 수집할 때 이러한 부분도 고려하면 좋을 듯)
위의 그림을 보면 같은 환자인데 Chest AP에서는 심장 size도 크고 그리고 견갑골에 의해서 폐야도 많이 가려지는 형태고 그 다음에 diaphragm도 많이 올라와 있기 때문에 PA와 비교했을 때 상당히 폐야가 좁고, 굉장히 내부의 vessel도 굉장히 engorgement(폐에서의 염증성 충혈)되어 보이는 경우가 많습니다.
이러한 경우, GGO 병변을 딱히 구분할 수 없거나 잘 안보이는 경우가 생길 수 도 있습니다. → 참고로 GGO는 COVID-19에서 발견되는 주요 소견 중 하나입니다.
또한, Chest X-ray는 누워서 찍기보단 서서 찍는 것이 좋습니다.
아래의 환자는 effusion이 있던 환자인데, chest AP 를 누워서 찍으니까 effusion이 전부 뒤로 깔려서 폐 병변을 보기가 상당히 어렵게 됐습니다. 가끔 chest X-ray 데이터셋을 보면 저런 경우를 종종 볼 수 있는데 이런 경우 effusion이 있는 환자가 누워서 찍은건 아닌지 고려한 후 데이터셋을 제거하는 것이 필요할 듯 보입니다.
X-ray 이미지는 2D로 볼 수 있는 반면, CT는 X-ray generator(source)가 여러 측면에서 촬영하기 때문에 2D 이미지와, 회전을 통해 얻은 이미지들을 이용 (by interpolation ← 몰라도 될 것 같습니다 ㅎ;;) 해 3D 이미지를 얻기도 합니다.
아래 gif 이미지에서 보이는바와 같이 CT를 촬영하게 되면 360도 촬영을 하게 됩니다.
위와 같이 촬영을 하면 아래와 같은 축으로 여러 이미지가 나올 수 있죠.
위의 이미지에 해당하는 축(axis) 마다 다른 형태의 CT 이미지를 출력하게 됩니다.
COVID-19 데이터 셋을 보면 대부분 Trans-axial(=Transverse)에 해당 하는 축의 이미지들로 구성되어 있습니다.