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문제 정의
- PVE는 병소의 크기가 작을수록 그 현상이 두드러지며 PET/CT 영상에서 작은 병소의 검사 결과에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문은 PET/CT 3D 영상 획득 시 병변의 크기에 따른 PVE의 정도를 평가하고, 재구성 방법의 하나인 반복 재구성법중 변경이 가능한 매개변수인 반복 횟수(iterative)와 부분집합 수(subset)에 변화를 주어 그 변화에 따른 최대표준섭취 계수(Standard Uptake Value; SUVmax(g/mL)를 이용하여 PVE를 줄일 수 있는 최적의 영상 재구성 조건을 찾아보고자 한다.
- 특히 이는 병소의 크기가 작고 분해능이 저하될수록 더 큰 오차를 초래하여 검사 결과에 영향을 줄 수 있다. 본 연구는 PVE에 영향을 줄 수 있는 매개변수의 변화를 이용하여 최적의 영상 재구성법을 알아보고자 한다.
제안 방법
- GE Discovery STE16 장비에서 NEMA 2001 IEC phantom을 이용하여 각기 다른 크기의 구체(직경 37, 28, 22, 17, 13, 10 mm)에 18F-FDG를 열소와 배후방사능비 4:1로 주입하여 10분간 영상을 획득하였다. 재구성은 반복재구성법(iterative reconstruction)을 사용하였으며, 반복 횟수(iteration) 2~50회, 부분집합 수(subset number) 1~56개로 변화를 주었다.
- 29를 사용하였다. 그리고 매개 변수로는 반복 횟수 2~50, 부분집합 수 1~56으로 변화를 주어 재구성하였다.
- 측정된 SUVmax를 가지고 분석을 위하여 백분율 차이(& difference) 값을 산출하였다. 그리고 영상의 신호 대 잡음비(Signal Noise Ratio; SNR)를 산출하여 비교 평가하였다.
- 재구성은 반복재구성법(iterative reconstruction)을 사용하였으며, 반복 횟수(iteration) 2~50회, 부분집합 수(subset number) 1~56개로 변화를 주었다. 분석은 영상의 구체부분에 관심영역(ROI)을 설정하고 최대 표준 섭취계수(SUVmax)를 이용하여 백분율 차이(% difference)와 신호대잡음비(SNR)를 산출하였다.
- 재구성되어 나타난 영상면에서 크기가 다른 구체에 region of interest (ROI)를 설정하여5) 그 ROI 내부와 background 부위에 SUVmax를 측정하였다(Fig. 4). 측정된 SUVmax를 가지고 분석을 위하여 백분율 차이(& difference) 값을 산출하였다.
- 측정된 SUVmax를 가지고 분석을 위하여 백분율 차이(& difference) 값을 산출하였다.
대상 데이터
- 5 cps/KBq이다. 그리고 실험에 사용된 phantom은 NEMA IEC/2001 body phantom을 사용하였으며 phantom에 주입된 방사선 동위원소는 18F-FDG를 사용하였다(Fig. 2).
- 실험에 사용된 장비는 GE Discovery STE16 (GE healthcare, USA)이며(Fig. 1), 이 장비는 공간분해능 5.1 mm, 감도는 8.5 cps/KBq이다. 그리고 실험에 사용된 phantom은 NEMA IEC/2001 body phantom을 사용하였으며 phantom에 주입된 방사선 동위원소는 18F-FDG를 사용하였다(Fig.
이론/모형
- F-FDG를 열소와 배후방사능비 4:1로 주입하여 10분간 영상을 획득하였다. 재구성은 반복재구성법(iterative reconstruction)을 사용하였으며, 반복 횟수(iteration) 2~50회, 부분집합 수(subset number) 1~56개로 변화를 주었다. 분석은 영상의 구체부분에 관심영역(ROI)을 설정하고 최대 표준 섭취계수(SUVmax)를 이용하여 백분율 차이(% difference)와 신호대잡음비(SNR)를 산출하였다.
성능/효과
- 37 mm의 구체의 SUVmax를 기준으로 각 구체 별 SUVmax와 비교하여 백분율 차이를 보면, 반복 횟수 2회를 적용시킨 경우 28, 22, 17, 13, 10 mm 구체에서 2.4, 4.7, 14.5, 34.7, 59.0% 차이를 나타냈으며, 반복 횟수 6회 적용하였을 때는 3.0, 5.1, 8.2, 17.1, 38.5%이며, 50회 반복 횟수에서는 4.6, 7.6, 9.9, 20.5, 35.4%로 나타났다(Fig. 6).
- 37 mm의 구체의 SUVmax를 기준으로 각 구체별 SUVmax와 비교하여 백분율 차이를 보면, 부분집합 수 1회를 적용시킨 경우 28, 22, 17, 13, 10 mm 구체에서 16.7, 33.3, 48.1, 62.0, 69.0% 차이를 나타냈으며, 부분집합 수 8회 적용하였을 때는 1.4, 3.5, 11.3, 29.1, 42.0%였으며, 56회 부분집합 수에서는 4.1, 6.2, 8.9, 19.9, 35.3%로 나타났다(Fig. 9).
- 먼저 반복 횟수에 변화를 주면 반복 횟수가 1~6회까지는 급격한 증가를 나타내다 6회 이후부터는 완만한 곡선을 나타내고 있음을 그래프와 백분율 차이에서 알 수 있었다. 그리고 SNR 측정 결과 6회에서 가장 높은 값을 나타냈으며, 이 후 반복 횟수가 증가 할수록 노이즈의 증가로 인하여 SNR은 감소하였다.
- 002)으로 나타났다. 따라서 작은 병소의 PVE를 줄이기 위해서는 재구성 시간을 고려하여 반복 횟수 6회, 부분집합 수 8~20회에서 PVE를 가장 저감할 수 있다.
- 4%로 측정되었다. 또한 6회로 고정한 반복 횟수에 2, 5, 8, 20, 56으로 부분집합 수를 변화시킨 평균 SUVmax는 10 mm의 구체에서 1.46, 3.10, 3.10, 3.48, 3.78로 측정되었으며, SNR은 0.19, 0.30, 0.40, 0.48, 0.45로 나타났다. 또한 각 구체의 SNR의 합은 2.
- 또한 동일한 반복 횟수의 경우에 부분집합 값의 변화에서 SNR은 8회부터 20회가 높은 구간(3.63±0.002)으로 나타났다.
- 반복 횟수 2, 6, 13, 30, 50회 변화를 준 10 mm 구체의 SUVmax는 2.32, 3.60, 3.88, 3.88, 3.90이고, SNR은 0.36, 0.49, 0.47, 0.43, 0.41이었으며, 백분율 차이는 58.9, 38.5, 34.8, 35.7, 35.4%로 측정되었다. 또한 6회로 고정한 반복 횟수에 2, 5, 8, 20, 56으로 부분집합 수를 변화시킨 평균 SUVmax는 10 mm의 구체에서 1.
- 반복 횟수 2, 6, 13, 30, 50회 변화를 준 37 mm 구체의 SUVmax(g/mL)는 5.66, 5.86, 5.96, 6.04, 6.04이고, 17 mm 구체에서는 4.84, 5.38, 5.40, 5.44, 5.44이며, 10 mm 구체에서는 2.32, 3.60, 3.88, 3.88, 3.90으로 나타났다. 이는 10 mm 구체에서 반복 횟수 2회에서 50회까지 SUVmax가 68% 차이를 보이며 증가 하였다(Fig.
- 반복 횟수 6회부터 20회까지는 평균 백분율 차이(73±1%)와 평균 SNR (3.47±0.09)은 비슷한 값을 나타내었으며, 20회 이상에서는 noise의 영향으로 SUV가 저평가되는 현상이 증가하였다.
- 반복 횟수에 따른 SNR을 산출하여 보면 반복 횟수 2, 6, 13, 30, 50회 변화를 준 SNR의 합은 3.56, 3.66, 3.43, 3.22, 3.14로 6회가 가장 높게 나타났다(Fig. 7).
- 부분집합 수 2, 5, 8, 20, 56회 변화를 준 37 mm 구체의 SUVmax(g/mL)는 4.76, 5.54, 5.64, 5.76, 5.84이고, 17 mm 구체에서는 2.48, 4.90, 5.40, 5.42, 5.32이며, 10 mm 구체에서는 1.46, 2.40, 3.10, 3.48, 3.78로 나타났다. 이는 10 mm 구체에서 부분집합 수 1회에서 56회까지 SUVmax가 매우 높은 증가를 보였다(Fig.
- 부분집합 수 변화에 따른 SUVmax를 보면 부분집합 수가 증가할수록 SUVmax 역시 크게 변하였고, 부분집합 수 2회에서 8회 이전까지는 급격한 증가를 보이다가 8회 이후로는 완만한 곡선을 나타낸다. 백분율 차이에서 보면 부분집합 수 2회에서는 10 mm 구체에서 69%의 차이를 나타내었으나 부분집합 수 8회에서 45%로 감소하는 것을 알 수 있다.
- 부분집합 수에 따른 SNR을 산출하여 보면 부분집합 수 2, 5, 8, 20, 56회 변화를 준 SNR의 합은 2.73, 3.38, 3.64, 3.63, 3.38로 8회가 가장 높게 나타났다(Fig. 10).
- 종합하여 보면 PVE는 반복 재구성법 중 변경이 가능한 매개변수인 반복 횟수와 부분집합 수의 변화를 통하여 효과 적으로 줄일 수 있다는 것을 확인하였다. 영상 재구성 시 반복 횟수와 부분집합 수가 증가할수록 SUVmax는 점차 증가하게 되며, 특히 일정 횟수 이상을 적용하였을 때에는 그 증가율이 크지 않음을 알 수 있었다.
- 이번 실험으로 인하여 구체 내부에 단위질량당 동일한 방사성 동위원소를 주입하였음에도 PVE의 발생으로 인하여 SUVmax가 크게 변한다는 것을 알 수 있었다. 그리고 본 논문의 실험에 사용한 장비 고유의 분해능에 따른 조건일 수 있으므로 각 병원의 장비에 맞는 다양한 실험과 연구가 필요하다.
- 종합하여 보면 PVE는 반복 재구성법 중 변경이 가능한 매개변수인 반복 횟수와 부분집합 수의 변화를 통하여 효과 적으로 줄일 수 있다는 것을 확인하였다. 영상 재구성 시 반복 횟수와 부분집합 수가 증가할수록 SUVmax는 점차 증가하게 되며, 특히 일정 횟수 이상을 적용하였을 때에는 그 증가율이 크지 않음을 알 수 있었다.
후속연구
- 가 크게 변한다는 것을 알 수 있었다. 그리고 본 논문의 실험에 사용한 장비 고유의 분해능에 따른 조건일 수 있으므로 각 병원의 장비에 맞는 다양한 실험과 연구가 필요하다.
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