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문제 정의
- 이와 같이 CBCT영상에서의 CT number를 골질 평가 등 임상에 활용하고자 하는 경우가 많음에도 다양한 연구결과들이 보고되고 있어, 본 연구에서는 밀도를 알고 있는 물질로 구성된 mini CT QC 팬텀을 이용하여 3가지 기종의 CBCT영상에서 얻어진 CT number와 의과용으로 주로 사용하는 multi-detector CT (MDCT) 영상에서 얻어진 CT number 를 비교하여 차이가 있는지 알아보고, 각 기종의 영상에서 CT number로부터 물질의 밀도를 산출하는 직선회귀방정식을 구해 보고자 하였다.
제안 방법
- 5 mm의 사각형의 관심영역을 설정하여 측정하였다. 10 mm slice 두께로 촬영한 MDCT의 영상을 기준으로 해서, CBCT 영상도 OnDemand 3DTM 프로그램에서 10 mm thickness로 재구성하여 CT number의 측정이 이루어졌다. 동일한 조건에서의 측정을 위해 i-CAT과 Alphard VEGA 영상은 polyethylene, polystyrene, plastic water, nylon, acrylic 물질은 CT영상의 각 원통형 모델의 중앙부에서 18×18 mm의 사각형의 관심영역을, 공기는 팬텀의 중앙부의 작은 hole에서 7.
- 3종의 CBCT영상에서 측정된 CT number의 평균값을 MDCT영상에서 측정된 CT number의 평균값과 비교하고, 각 영상에서 얻어진 데이터를 직선회귀분석하여 CT number를 종속변수로 하여 물질의 밀도 ρ (g/cm3)를 구하는 방정식을 산출하였다.
- mini CT QC 팬텀을 하악 구치부의 임플란트 식립 전 평가시 통상적으로 주는 조건 즉 Somatom Emotion은 130 kV, 250 mAs, 1.5 sec, 10 mm slice thickness, i-CAT은 120 kV, 46.72 mAs, 40 sec, 0.25 mm voxel, scan dimension 직경 160 mm×높이 130 mm, Alphard VEGA는 80 kV, 5 mA, 17 sec, 0.39 mm voxel, C모드 직경 200 mm×높이 179 mm, Implagraphy SC는 85 kV, 5 mA, 24 sec, 0.2 mm voxel, FOV 120×90 mm의 조건으로 촬영하였다.
- 각각의 촬영 후 raw data는 DICOM format으로 변환시켜 OnDemand 3DTM (CyberMed Inc., Seoul, Korea) 프로그램에서 밀도가 다른 여러 물질의 CT number를 polyethylene, polystyrene, plastic water, nylon, acrylic 물질은 CT영상의 각 원통형 모델의 중앙부에서 18×18 mm의 사각형의 관심영역을, 공기는 팬텀의 중앙부의 작은 hole에서 7.5×7.5 mm의 사각형의 관심영역을 설정하여 측정하였다.
- 동일한 조건에서의 측정을 위해 i-CAT과 Alphard VEGA 영상은 polyethylene, polystyrene, plastic water, nylon, acrylic 물질은 CT영상의 각 원통형 모델의 중앙부에서 18×18 mm의 사각형의 관심영역을, 공기는 팬텀의 중앙부의 작은 hole에서 7.5×7.5 mm의 사각형의 관심영역을 설정하여 측정하였다.
- )를 구하는 방정식을 산출하였다. 또한 영상의 noise라 볼 수 있는 CT number의 표준편차를 3종의 CBCT영상과 MDCT영상에서 비교하였다.
대상 데이터
- polyethylene (밀도: 0.95), polystyrene (밀도: 1.05), plastic water (밀도: 1.03), nylon (밀도: 1.15), acrylic (밀도: 1.18) 물질의 1.125인치 직경, 1인치 두께의 원통형 모델로 구성된 mini CT QC 팬텀 (Fluke Biomedical, Cleveland, USA) (Fig. 1) 을 촬영에 이용하였다. 촬영기로 3가지 기종의 CBCT 즉 i-CAT (Imaging Sciences International, Hatfield, USA), Alphard VEGA (Asahi Röentgen Ind.
- 본 연구결과 3종의 CBCT영상 즉 i-CAT, Implagraphy에서 측정된 CT number는 MDCT인 Somatom Emotion에서의 CT number와 비교해볼때, 공기를 제외한 모든 물질에서 현저히 작았으며, Alphard에서 측정된 값은 통계적으로 유의한 차이는 아니었으나 nylon, acrylic에서 60 정도의 차이를 보였고, 특히-1000 정도의 값을 보이는 공기의 CT number가 -693으로 나타났다. 연구에 사용한 mini CT QC phantom (Fluke Biomedical, Cleveland, USA)에 사용된 물질은 polyethylene (밀도: 0.95 g cm-3), polystyrene (밀도: 1.05 g cm-3), plastic water (밀도: 1.03 g cm-3), nylon (밀도: 1.15 g cm-3), acrylic (밀도: 1.18 g cm-3)으로서, 동일 회사에서 나온 CT performance AAPM 팬텀의 매뉴얼에 의하면 예상되는 전형적인 CT number가 polyethylene은 -92, polystyrene은 -24, nylon은 +92, acrylic은 +120이다. CT는 의료영상품질관리원에서 매년 CT performance AAPM phantom을 이용한 영상 품질관리검사를 해야 하는데, 그 중 CT number 직선성 항목에서 CT number calibration block의 CT number가 제조사에서 제시한 CT number의 ±10 HU 이내로 나타나야 한다고 규정하고 있다.
- 촬영기로 3가지 기종의 CBCT 즉 i-CAT (Imaging Sciences International, Hatfield, USA), Alphard VEGA (Asahi Röentgen Ind. Co., Ltd., Kyoto, Japan), Implagraphy SC (Vatech Co., Ltd., Yongin, Korea)와 MDCT인 Somatom Emotion (Siemens Medical Systems, Forscheim, Germany)을 이용하였다.
데이터처리
- 2. Mean and SD of CT numbers on CBCT and MDCT images were obtained with OnDemand 3DTM program.
- 단, Implagraphy 영상은 FOV가 작아 각 원통형 모델 중 nylon, acrylic 물질과 공기는 타 영상과 동일하게, polyethylene, polystyrene, plastic water은 14×5 mm의 사각형의 관심영역을 설정하여 CT number의 평균값과 표준편차를 측정하였다 (Fig. 2).
- 직선회귀분석과 paired t-test를 위한 통계프로그램으로 SPSS 12.0 for Windows (SPSS Inc., Chicago, USA)를 사용하였다.
성능/효과
- 3종의 CBCT에서 모두 MDCT 인 Somatom Emotion에서보다 유의성 있게 크게 나타났다 (p⁄0.01).
- 결론적으로, 3종의 CBCT영상 중 i-CAT과 Implagraphy CBCT영상의 CT number는 MDCT영상에서의 CT number와 같은 값을 보여주지 않았으며, 모든 기종에서 상관계수가 높은 CT number로부터 밀도를 구하는 회귀방정식을 구할 수 있었다.
- 또한 마지막으로 살펴 본 CT영상과 CBCT영상에서 noise를 나타내는 CT number의 표준편차는 3종의 CBCT에서 모두 CT인 Somatom Emotion에서보다 크게 나타나 CBCT 영상이 image noise가 크다는 사실을 확인할 수 있었다.
- 모두 높은 결정계수를 보여 상관관계가 높은 직선회귀방정식을 구할 수 있었으며, MDCT인 Somatom Emotion에서의 직선회귀방정식은 ρ=0.001H+1.07, 결정계수 0.999로 상관관계가 가장 높은 것으로 나타났으며 (Fig. 3), Alphard VEGA에서의 직선회귀방정식은 ρ=0.002H+1.09, 결정계수 0.991로 상관관계가 그 다음으로 높은 것으로 나타났다 (Fig. 5).
- 9,10 그러나 최근 그 사용이 급격하게 증가하는 CBCT영상에서의 CT number는, 기종에 관계없이 일관성있게 측정되는 CT영상과 달리 다양하게 나타나고 있어 그해석에 있어서 주의가 요구되고 있다. 본 연구결과 3종의 CBCT영상 즉 i-CAT, Implagraphy에서 측정된 CT number는 MDCT인 Somatom Emotion에서의 CT number와 비교해볼때, 공기를 제외한 모든 물질에서 현저히 작았으며, Alphard에서 측정된 값은 통계적으로 유의한 차이는 아니었으나 nylon, acrylic에서 60 정도의 차이를 보였고, 특히-1000 정도의 값을 보이는 공기의 CT number가 -693으로 나타났다. 연구에 사용한 mini CT QC phantom (Fluke Biomedical, Cleveland, USA)에 사용된 물질은 polyethylene (밀도: 0.
- 무엇보다 중요한 것은 CT는 CT performance AAPM phantom을 이용한 영상의 특성에 대한 품질관리기준이 명확하여 CT number의 일관성, 재현성 등을 유지시키도록 하는데 반해 늦게 개발되어 주로 치과임상에 활용되고 있는 CBCT는 제조회사들이 CT number의 통일성 및 일관성에관심을 기울이지 않은 것이라 생각되며, 전 세계적으로 CBCT영상의 품질관리를 위한 CBCT용 팬텀도 상용화 된것이 없어 이에 대한 연구 개발이 시급하다고 생각된다. 본 연구에서 각 영상의 CT number로부터 물질의 밀도를환산하는 직선회귀방정식은 모두 높은 결정계수를 보여 상관관계가 높은 직선회귀방정식을 구할 수 있었다. 특히 MDCT인 Somatom Emotion에서의 직선회귀방정식은 ρ=0.
- 975 이상으로 상관관계가 높은것으로 나타났다. 이는 연구에 사용된 물질의 밀도 범위내에서, 즉 0.001 g cm-3부터 1.18 g cm-3에서, 연구에 사용된기종의 CT영상과 CBCT영상에서의 CT number와 물질의 밀도가 직선관계를 가져 환산이 가능하다는 것을 알려 준다. 이는 Lagravere 등20,21이 NewTom사의 CBCT를 이용하여 HU로부터 물질의 밀도를 결정할 수 있다는 보고와 일치한다.
- 특히 MDCT인 Somatom Emotion에서의 직선회귀방정식은 ρ=0.001H+1.07, 결정계수 0.999로 상관관계가 가장 높은 것으로 나타났으며 Alphard, i-CAT, Implagraphy에서의 직선회귀방정식 모두 결정계수가 0.975 이상으로 상관관계가 높은것으로 나타났다.
후속연구
- 이는 Lagravere 등20,21이 NewTom사의 CBCT를 이용하여 HU로부터 물질의 밀도를 결정할 수 있다는 보고와 일치한다. 다만 연구에서 사용된 물질의 최고 밀도가 1.18 g cm-3로, 예상되는 전형적인 CT number가 +120 정도로 낮아 CT number와 물질의 밀도가 직선관계를 보인 범위가 골조직을 포함할 정도의 범위가 되지 못한 점이 이 실험의 한계로 생각되며 차후 연구는 골조직을 포함할 정도에 해당되는 높은 밀도를 보이는 물질을 포함시켜야 할 것으로 생각된다.
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