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문제 정의
- 그러나 위와 같은 방법들은 과정이 너무 복잡하기 때문에 임상적으로 적용하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 phantom 실험을 통해 간단한 공식을 이용하여 PVE를 보정 할 수 있는 회복계수(Recovery Coefficient: RC)를 산출하고, 실제 PET/CT 검사 자료에 적용하여 보정 전과 후의 SUV를 비교 분석 하고자 한다.
가설 설정
- 5로 정하고 있다.1) 그런데 만약에 실제로 2.5를 넘는 병변의 크기가, 너무 작아서 PVE에 의해 SUV의 과소평가 심하게 발생하고, 그 결과 SUV가 2.5보다 낮게 측정 된다면 그 병변을 악성종양으로 판단하지 않는 위음성의 결과도 발생하게 될 것이다. 그렇기 때문에 같은 양의 18F-FDG가 섭취됐다 하더라도 크기에 따라 정량분석 값이 다르게 측정된다.
제안 방법
- 2.5, 1.6, 1.2, 0.8 cm 네 개의 열소 원통(hot cylinder)을 가진 flangeless Esser PET phantom을 사용하였으며(Fig. 1), ACR (American College of Radiology)에서 권고한 phantom dose chart (Table 1)13)에서 환자 투여선량 기준을 592 MBq (16 mCi)로 하여 phantom을 제작하였다.
- 45mCi)의 18F-FDG를 균일하게 희석하고 phantom의 배후방사능 (background)을 채워서 열소 원통과 배후방사능의 비율 (Hot/Background ratio: H/B ratio)이 각각 4:1, 6:1, 8:1이 되도록 다르게 만들어 3회 실험하였다. H/B ratio의 정확성 검증을 위해 약 40분 후에 각각 60 ml의 샘플을 추출하여 그 비율을 확인하였다. Dose A를 측정 한 후, 1시간이 되는 시간에 phantom 영상을 획득 하였다(Fig.
- Phantom 실험을 통해 얻어진 함수식을 적용하여 환자 병변의 RC를 산출하고, 산출된 RC와 측정된 환자 data를 이용하여 PVE를 보정한 SUV를 계산하였다. 그 중에서 0.
- 다양한 환자 병변의 크기와 H/B ratio 조건을, 실험을 통해 모두 얻는다는 것이 현실적으로 불가능하기 때문에, phantom 실험을 통해 얻어진 함수 식을 이용하여 환자 병변에 RC의 근사치를 적용하였다. 또한 열소 원통의 최대 크기가 2.
- 열소 원통의 직경은 변형될 가능성이 없으나 H/B ratio의 경우 phantom 제작 환경에 따라 부정확한 비율이 만들어질 가능성이 있다. 따라서 phantom의 H/B ratio 정확성 검증을 위해 ACR의 권고에 따라 60 ml의 샘플을 추출하여 확인하였다. H/B ratio 4:1을 만들기 위한 phantom 실험에서는 테스트 비율이 4.
- 56 mCi)의 18F-FDG를 균일하게 희석하여 열소 원통에 주입하였다. 또한 6440 ml의 증류수에 33.30 MBq (0.90 mCi), 22.20 MBq (0.60 mCi), 16.65 MBq (0.45mCi)의 18F-FDG를 균일하게 희석하고 phantom의 배후방사능 (background)을 채워서 열소 원통과 배후방사능의 비율 (Hot/Background ratio: H/B ratio)이 각각 4:1, 6:1, 8:1이 되도록 다르게 만들어 3회 실험하였다. H/B ratio의 정확성 검증을 위해 약 40분 후에 각각 60 ml의 샘플을 추출하여 그 비율을 확인하였다.
- 병변의 크기와 H/B ratio가 환자마다 제각기 다른 값을 갖기 때문에, phantom 실험을 통해 얻어진 값을 실제 병변에 적용하기 위해 병변의 크기와 H/B ratio의 범위를 정하여 그래프의 영역별 1차 함수식을 유도하였다(Fig. 5, Table 4).
- 사용된 장비는 서울아산병원의 Biograph Truepoint 40 (SIEMENS, Germany)로 CT parameter는 120 kV, reference 100 mAs (CARE Dose 4D), slice 5.0 mm, beam width 24×1.2, pitch 0.8, rotation time 0.5 sec 이고, PET parameter는 image size 168×168, zoom 1.0, filter Gaussian, FWHM 2.0mm, reconstruction method True X, iterations 3, subsets 21 로 Whole body protocol을 사용하여 phantom 실험 및 환자 검사를 시행하였다.
- 영상 분석은 SIEMENS Syngo MI application Ver. 7.0을 이용하여 phantom의 열소 원통과 배후방사능의 단위 부피당 방사능 (Bq/ml)을 측정하고(Fig. 3), 또한 환자 병변의 SUV 최대값(Lesion max SUV)과 배후방사능 SUV의 평균값(Background average SUV)을 측정하였다(Fig 4). 통계는 MINITAB Release 13.
- 위와 같이 얻어진 RC를 이용하여 환자 병변에서 PVE를 보정한 SUV를 계산하였다.15)
대상 데이터
- 2010년 7월부터 8월까지 서울아산병원에서 PET/CT 검사 후 폐암으로 판정 받은 환자 중에서 30명을 무작위 표본 추출하였다. 평균 나이는 60±12세, 평균 체중은 59.
- H/B ratio의 정확성 검증을 위해 약 40분 후에 각각 60 ml의 샘플을 추출하여 그 비율을 확인하였다. Dose A를 측정 한 후, 1시간이 되는 시간에 phantom 영상을 획득 하였다(Fig. 2).
- 1. The flangeless Esser PET phantom consisting of four hot cylinders was used for this study.
데이터처리
- 3), 또한 환자 병변의 SUV 최대값(Lesion max SUV)과 배후방사능 SUV의 평균값(Background average SUV)을 측정하였다(Fig 4). 통계는 MINITAB Release 13.1을 이용하여 PVE의 보정 전과 후의 병변 SUV 최대값을 대응 표본 t 검정으로 차이를 분석하였다.
성능/효과
- 인공물 중 PET 장비의 제한된 공간 분해능 때문에 발생하는 부분 체적 효과(Partial Volume Effect: PVE)는 냉소의 배후방사능 주위에 스캐너 분해능의 두 배보다 작은 영역의 열소(hot spot)가 존재하면 발생하는 현상으로,7) 관심영역의 방사능 농도가 실제의 값보다 낮게 측정 될 가능성이 있고, 따라서 관심영역의 SUV가 실제 값보다 낮게 측정 될 가능성이 있다.8) 결과적으로 PVE에 의해 과소평가된 SUV로 인해 추적 검사에서의 정량분석 값을 정확하게 제공하지 못할 뿐만 아니라 위음성(false negative)의 결과를 초래 할 수도 있다.9)
- Phantom 분석을 통한 RC는 H/B ratio가 4:1 일 때 2.5, 1.6, 1.2, 0.8 cm에서 각각 0.75, 0.72, 0.40, 0.27이었고, 6:1 일때 0.74, 0.59, 0.55, 0.43이었으며, 8:1 일 때 0.77, 0.76, 0.58, 0.42로 열소 원통의 크기가 작아질수록 RC가 감소하였다(Table 3, Fig. 5).
- phantom 분석을 통하여 열소 원통의 크기와 H/B ratio에 따른 RC를 산출한 결과, 열소의 크기가 작을수록 RC가 작아지는 것을 확인할 수 있었다. RC가 작아진다는 것은 다시 말해서 SUV의 과소 평가가 더 심해진다는 것을 의미한다.
- Phantom 실험을 통해 얻어진 함수식을 적용하여 환자 병변의 RC를 산출하고, 산출된 RC와 측정된 환자 data를 이용하여 PVE를 보정한 SUV를 계산하였다. 그 중에서 0.8 cm의 직경을 가진 병변의 SUV가 가장 큰 증가를 보였으며, 3.7 cm의 직경을 가진 병변의 SUV가 가장 적은 증가를 보였다. 병변의 직경(Lesion diameter)이 이보다 더 클 경우, 유도된 함수식을 적용하면 RC가 1이 넘는 경우도 발생하였다.
- 31이었다. 보정 전과 후의 SUV 최대값을 대응 표본 t 검정으로 그 차이를 분석한 결과, 통계적으로 유의한 차이가 있었다(t=7.21, p=0.000) (Table 5).
- 보정 전과 후의 SUV 최대값의 평균을 비교하여 분석 한 결과, 보정 전 SUV 최대값의 평균은 7.83, 보정 후 평균은 10.31이었다. 보정 전과 후의 SUV 최대값을 대응 표본 t 검정으로 그 차이를 분석한 결과, 통계적으로 유의한 차이가 있었다(t=7.
후속연구
- 1,2) 종양의 섭취를 평가하고 정량화 하기 위해 표준화 섭취 계수(Standardized Uptake Value: SUV)를 가장 많이 사용하고 있는데,3,4) 정량적인 지표로 사용되는 SUV가 정확하게 측정되어야 추적 검사에서의 정량분석 값을 정확하게 제공할 수 있을 것이다. 그러나 시스템 자체의 문제, 영상 재구성 등 데이터 분석의 오류, 환자의 움직임, 스캔 영역 내의 금속 물질 등에 의해 영상이 왜곡되어 나타나거나 인공물이 발생하여5,6) 정량분석 값의 정확성을 저하시키게 된다.
- 그러나 PVE는 SUV를 실제 값보다 낮게 측정되게 하며 과소 평가되게 만드는 요인으로 작용한다. 따라서 PVE를 보정하기 위한 하나의 요인인 회복계수를 phantom 실험을 통해 산출하고, 실제 환자 병변에 적용하여 SUV를 보정한다면 추적검사에서의 더 정확한 정량분석 값을 제공 할 수 있을 것이다.
- RC 산출 및 PVE를 보정한 SUV 계산을 위해 배후방사능의 SUV를 측정해야 하는데, 이 배후방사능의 관심영역을 어떻게 설정할지에 대한 기준이 없기 때문에 그 결과 값에 오차가 발생 할 수 있다. 따라서 이에 대한 좀 더 명확한 기준이 마련된다면 좀 더 객관적인 정량분석 결과를 산출할 수 있을 것이라 생각된다.
- 이번 실험에서는 제한된 phantom 조건을 가지고 실험하였으나 더 다양한 열소 (hot spot)의 크기와 H/B ratio를 갖는 phantom을 제작하여 실험한다면 실제 값에 더 가까운 RC를 산출 할 수 있을 것이며, 그에 따라 더 정확하게 보정된 SUV를 구할 수 있을 것으로 판단된다.
- 추적 검사에서의 PET/CT 재구성 영상은 추적자의 분포를 균일하고 정확하게 표현하여야 하며 정량적인 지표로 사용되는 SUV가 정확하게 측정 되어야 일관된 정량분석 값을 제공 할 수 있을 것이다. 그러나 PVE는 SUV를 실제 값보다 낮게 측정되게 하며 과소 평가되게 만드는 요인으로 작용한다.
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