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문제 정의
- 이는 주변 부위에 과대 혹은 과소 평가를 유발하는 감쇠 보정으로 18F-FDG의 섭취 변화를 일으키며10-14), 진단능을 저하시키는 원인이 된다.15-17) 따라서 본 연구에서는 고관절 삽입물에 의해 유발되는 인공물을 phantom을 통해 재현하고 선속 경화 현상으로 생성되는 인공물의 형태와 저감에 대한 고찰, 영상질 향상을 위한 방안을 연구했다. 더불어 MAR (Metal Artifact Reduction) algorithm 재구성 방법에 대한 유용성을 평가하여 고관절 삽입물 인근 주변 조직의 FDG에 대한 섭취의 변화를 줄이고 고관절 삽입물과 인접해 있는 비뇨 생식기와 삽입물 주변의 염증성 질환에 대한 영상 질 향상과 진단능을 높이고자 하였다.
- 15-17) 따라서 본 연구에서는 고관절 삽입물에 의해 유발되는 인공물을 phantom을 통해 재현하고 선속 경화 현상으로 생성되는 인공물의 형태와 저감에 대한 고찰, 영상질 향상을 위한 방안을 연구했다. 더불어 MAR (Metal Artifact Reduction) algorithm 재구성 방법에 대한 유용성을 평가하여 고관절 삽입물 인근 주변 조직의 FDG에 대한 섭취의 변화를 줄이고 고관절 삽입물과 인접해 있는 비뇨 생식기와 삽입물 주변의 염증성 질환에 대한 영상 질 향상과 진단능을 높이고자 하였다.
제안 방법
- 10. Comparison image when applied MAR algorithm, W/O MAR algorithm, and NAC of 69- year-old patient who had ovarian cancer and underwent total right hip arthroplasty. In W/O MAR algorithm, the false positive uptake of Bright streak region was increased (arrow).
- NEMA-1994 PET Phantom을 통해 획득 된 Clear Lucite, Hot Sphere, Solid Teflon 영역에 각각 관심영역을 그려 SUV 의 변화를 분석했고(Fig. 4), 고관절을 고정 시킨 SPECT/PET Phantom의 최대 관전압 별 CT 영상에서의 HU와 Noise를 비교했다. 또한 W/O MAR (Without Metal Artifact Reduction) algorithm과 MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상에서 각 인공물 영역에 따른 SUV 변화를 비교했다.
- 4), 고관절을 고정 시킨 SPECT/PET Phantom의 최대 관전압 별 CT 영상에서의 HU와 Noise를 비교했다. 또한 W/O MAR (Without Metal Artifact Reduction) algorithm과 MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상에서 각 인공물 영역에 따른 SUV 변화를 비교했다. 이 때 관심영역은 CT를 기준으로 금속에 의해 생성되는 Bright streak, Dark streak, Metal, Background 영역에 3명의 방사선사가 5회 이상 반복하여 측정했다.
- 5세였다. 사용 된 장비는 Biograph Truepoint 40 (Siemens Medical System, CTI, Konxville, TN, USA)이고 (Fig. 3), 감쇠 보정으로 이용 될 CT의 최대 관전압을 80 kVp 부터 140 kVp로 변환하여 선속 경화 현상의 감소 방안을 위한 Phantom 실험을 진행했다(Fig. 4). 영상 재구성 방법으로는 Iterations은 3, Subsets은 8이었으며, MAR algorithm을 적용했을 때와 적용하지 않았을 때, 그리고 비 감쇠보정 영상을 비교 분석했다.
- 4). 영상 재구성 방법으로는 Iterations은 3, Subsets은 8이었으며, MAR algorithm을 적용했을 때와 적용하지 않았을 때, 그리고 비 감쇠보정 영상을 비교 분석했다. 이미지 획득으로는 Phantom 연구는 bed 당 15분, 환자 검사는 bed 당 3분으로 획득했다.
- 또한 W/O MAR (Without Metal Artifact Reduction) algorithm과 MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상에서 각 인공물 영역에 따른 SUV 변화를 비교했다. 이 때 관심영역은 CT를 기준으로 금속에 의해 생성되는 Bright streak, Dark streak, Metal, Background 영역에 3명의 방사선사가 5회 이상 반복하여 측정했다. 특히 Bright와 Dark streak 영역에서는 금속으로부터 가장 근접한 영역인 B_1과 D_1을, 인공물의 영향이 있는 끝부분에 임의로 설정 된 영역인 B_2와 D_2에서의 SUV를 비교했다(Fig.
- 총 6300 ml의 내부에 배후 방사능을 5.3 kBq/ml (1.42 μCi/ml)가 되도록 물과 희석하여 채우고 고관절 전치환술에 사용하고 있는 인공 삽입물을 Phantom 내부에 고정하여 PET/CT를 진행했다.
- 이 때 관심영역은 CT를 기준으로 금속에 의해 생성되는 Bright streak, Dark streak, Metal, Background 영역에 3명의 방사선사가 5회 이상 반복하여 측정했다. 특히 Bright와 Dark streak 영역에서는 금속으로부터 가장 근접한 영역인 B_1과 D_1을, 인공물의 영향이 있는 끝부분에 임의로 설정 된 영역인 B_2와 D_2에서의 SUV를 비교했다(Fig. 5). 사용 된 통계는 Paired t-test이며 SPSS 버전 17.
대상 데이터
- 2011년 1월부터 2012년 2월까지 본원에 내원한 인공 고관절 전치환술을 시행한 15명의 환자를 대상으로 했으며, 평균나이는 65±3.5세였다.
- MAR 적용 유무에 따른 SUV와 육안적 농도 변화를 알아보기 위해 NEMA-1994 PET Phantom을 이용했다(Fig. 1). Phantom 내부는 총 6047 ml이며, Phantom 내부에는 Clear Lucite, Hot Sphere, Solid Teflon 원통이 고정되어 있다.
- 고관절 삽입물에 의한 인공물을 재현하기 위해 SPECT/ PET Phantom을 이용했다(Fig. 2). 총 6300 ml의 내부에 배후 방사능을 5.
- 영상 재구성 방법으로는 Iterations은 3, Subsets은 8이었으며, MAR algorithm을 적용했을 때와 적용하지 않았을 때, 그리고 비 감쇠보정 영상을 비교 분석했다. 이미지 획득으로는 Phantom 연구는 bed 당 15분, 환자 검사는 bed 당 3분으로 획득했다.
데이터처리
- 5). 사용 된 통계는 Paired t-test이며 SPSS 버전 17.0을 사용했다.
성능/효과
- Table 1. As a result of comparing SUVs in the 3 spheres according to the presence of MAR algorithm using NEMA-1994 phantom, when applying MAR algorithm, there were no significant differences in Background region, however, Hot Sphere and Solid Teflon regions were statistically significant.
- 18 g/ml 보다 높게 SUV가 평가됐으며, 육안적으로 평가 시에도 Bright streak 영역에서 false positive uptake가 나타났다. Dark streak 영역에서는 W/O MAR algorithm과 MAR algorithm 모두 과소 평가되어 SUV가 낮게 측정됐으며, 특히 MAR algorithm 적용 시 높은 SUV 감소를 보였다 (Table 3, Fig. 9).
- MAR algorithm 적용을 통해 인공 고관절 삽입물 주변 조직의 감쇠 보정으로 인한 FDG 섭취 증가를 줄일 수 있었다. 하지만 MAR algorithm 적용으로 인한 고관절 삽입물 근접 영역에서의 결손과 Dark streak 영역에서의 SUV 저하에 관한 문제점은 앞으로도 더욱 많은 연구가 진행되어야 할 것이다.
- NEMA-1994 Phantom을 이용하여 MAR algorithm 적용 유무에 따른 3개의 sphere에서의 SUV를 비교 평가한 결과 Clear Lucite 영역에서 W/O MAR algorithm 적용 시에는 0.17±0.01 g/ml, MAR algorithm 적용 시에서는 0.17±0.26 g/ml였고, Background 영역에서는 각각 0.96±0.04 g/ml와 0.95±0.02 g/ml로 통계적으로 유의한 SUV 차이를 보이지 않 았다.
- 이는 인공 고관절 삽입물 주변 조직의 염증성 질환의 판별을 어렵게 할 뿐 아니라 CT상의 인공 물로 인해 비뇨 생식기 질환의 진단능을 저하시키는 원인이될 것이다. Phantom 실험과 임상 영상 평가를 통해 MAR algorithm을 적용하여 재구성 시 Bright streak 영역에서의 FDG 섭취 증가를 없앨 수 있었다. 하지만 인공 고관절과 근접한 영역에서의 SUV는 현저하게 저하되었으며, Dark streak 영역에서의 SUV 저하되는 문제점도 앞으로 더 많은 연구를 통해 보완되어야 할 것이다.
- SPECT/PET Phantom에 인공 고관절을 삽입하여 획득 된 MAR algorithm 영상과 W/O MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상을 비교한 결과 W/O MAR algorithm 적용 시 고관절 삽입물 주변의 Bright streak 영역에서 uptake가 증가했지만, MAR algorithm과 비 감쇠 보정 영상에서는 false positive uptake가 관찰되지 않았다. 하지만 Fusion영상과 비교한 결과 MAR algorithm과 비 감쇠 보정 영상에서는 고관절 삽입물 주변이 더욱 과소 평가되어 금속의 음영이 크게 나타났으며, 비 감쇠 보정 영상에서 금속 주변 결손 음영이 더욱 증가 했다(Fig.
- 6, Table 2). 관전압 변화에 따른 CT를 기반으로 감쇠보정 된 W/O MAR algorithm PET영상에서는 육안적으로 평가한 결과 큰 차이를 보이지 않았으며, Bright streak 영역에서의 false positive uptake도 사라지지 않았다. 다른 영역에서의 SUV 변화 또한 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았지만, Dark streak 영역에서는 최대 관전압이 상승 할수록 SUV는 증가했다(Fig.
- 8). 또한 MAR algorithm과 W/O MAR algorithm 에서 Bright, Dark, Metal, Background 영역에서의 SUV를 비교한 결과 Background 영역을 제외하고 모든 영역에서 통계 적으로 유의한 차이를 나타냈다. 특히 금속에 가장 근접 영역인 B_1에서 MAR algorithm 적용 시 SUV가 약 50% 감소 하였지만 B_2영역에서는 0.
- 육안적인 평가에서도 Solid Teflon 영역에 섭취 농도가 MAR algorithm 적용 시 감소했다. 또한 고관절을 고정 시킨 SPECT/PET Phantom의 최대 관전압 변화에 따른 HU 와 Noise를 평가한 결과 80 kVp에 비해 140 kVp에서 HU는 Bright streak 영역에서는 약 56%, Metal 영역은 약 7%, Background 영역에서는 약 90%가 감소했고 Dark streak 영역에서는 55%가 증가했다. Noise 변화는 Bright와 Dark, Background 영역에서는 감소하였고 Metal 영역에서는 증가 했다(Fig.
- 최대 관전압의 변화로 CT영상에서 인공물과 HU는 변화 했지만 최대 관전압 별 감쇠보정된 PET 영상의 Bright streak 영역에서는 여전히 Background보다 SUV가 높게 평가되었다. 육안적인 평가에서도 Bright streak 영역에서의 FDG 섭취 증가가 관찰되었다.
- SPECT/PET Phantom에 인공 고관절을 삽입하여 획득 된 MAR algorithm 영상과 W/O MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상을 비교한 결과 W/O MAR algorithm 적용 시 고관절 삽입물 주변의 Bright streak 영역에서 uptake가 증가했지만, MAR algorithm과 비 감쇠 보정 영상에서는 false positive uptake가 관찰되지 않았다. 하지만 Fusion영상과 비교한 결과 MAR algorithm과 비 감쇠 보정 영상에서는 고관절 삽입물 주변이 더욱 과소 평가되어 금속의 음영이 크게 나타났으며, 비 감쇠 보정 영상에서 금속 주변 결손 음영이 더욱 증가 했다(Fig. 8). 또한 MAR algorithm과 W/O MAR algorithm 에서 Bright, Dark, Metal, Background 영역에서의 SUV를 비교한 결과 Background 영역을 제외하고 모든 영역에서 통계 적으로 유의한 차이를 나타냈다.
- 하지만 W/O MAR algorithm 에서는 B_1, B_2 영역 모두 0.99±0.09 g/ml와 0.98±0.48 g/ml로 Background 영역인 0.91±0.18 g/ml 보다 높게 SUV가 평가됐으며, 육안적으로 평가 시에도 Bright streak 영역에서 false positive uptake가 나타났다.
후속연구
- 20) 금속 인공물 감약 방법은 금속 데이터가 있는 원시 데이터에(금속 정보는 역치 값으로 설정되어 자동으로 인식됨) 다차원 데이터 공간을 이용한 대리 감약 지수 (surrogate attenuation value)를 사용하는 방식으로 금속 물질로 유발되는 인공물을 줄일 수 있다.21) 이처럼 감쇠 보정 지도로 듀얼 에너지를 이용한 기법들이 이용된다면 PET/CT에서 MAR algorithm의 단점으로 지적 되었던 금속으로 인한 FDG의 false negative uptake의 확대를 줄이고 CT 자체의 진단능을 높임과 동시에 Bright streak 영역에서의 false positive uptake를 방지하는데 도움이 될 것으로 생각된다. 앞으로 국내의 PET/CT 장비 도입 시 CT의 algorithm 변환으로 금속의 인공물을 감소시키고 이를 감쇠 보정 지도로 이용할 수있는 소프트웨어와 하드웨어에 관한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 하지만 MAR algorithm 적용으로 인한 고관절 삽입물 근접 영역에서의 결손과 Dark streak 영역에서의 SUV 저하에 관한 문제점은 앞으로도 더욱 많은 연구가 진행되어야 할 것이다. 고관절 삽입 인공물로 인해 발생하는 Bright streak 영역에서의 false positive uptake를 감소시키고 이와 인접해 있는 비뇨 생식기 질환과 고관절 주변의 염증성 질환 판별에 W/O MAR algorithm과 MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상이 동시에 제공된다면 더욱 진단능을 향상 시킬 수 있으리라 생각된다.
- 앞으로 국내의 PET/CT 장비 도입 시 CT의 algorithm 변환으로 금속의 인공물을 감소시키고 이를 감쇠 보정 지도로 이용할 수있는 소프트웨어와 하드웨어에 관한 연구가 필요할 것으로 생각된다. 다만 듀얼 에너지의 경우 환자의 피폭과 장비 과부하 등의 문제점은 앞으로도 더욱 많은 논의와 연구가 이뤄져야 할 것이다.
- 21) 이처럼 감쇠 보정 지도로 듀얼 에너지를 이용한 기법들이 이용된다면 PET/CT에서 MAR algorithm의 단점으로 지적 되었던 금속으로 인한 FDG의 false negative uptake의 확대를 줄이고 CT 자체의 진단능을 높임과 동시에 Bright streak 영역에서의 false positive uptake를 방지하는데 도움이 될 것으로 생각된다. 앞으로 국내의 PET/CT 장비 도입 시 CT의 algorithm 변환으로 금속의 인공물을 감소시키고 이를 감쇠 보정 지도로 이용할 수있는 소프트웨어와 하드웨어에 관한 연구가 필요할 것으로 생각된다. 다만 듀얼 에너지의 경우 환자의 피폭과 장비 과부하 등의 문제점은 앞으로도 더욱 많은 논의와 연구가 이뤄져야 할 것이다.
- MAR algorithm 적용을 통해 인공 고관절 삽입물 주변 조직의 감쇠 보정으로 인한 FDG 섭취 증가를 줄일 수 있었다. 하지만 MAR algorithm 적용으로 인한 고관절 삽입물 근접 영역에서의 결손과 Dark streak 영역에서의 SUV 저하에 관한 문제점은 앞으로도 더욱 많은 연구가 진행되어야 할 것이다. 고관절 삽입 인공물로 인해 발생하는 Bright streak 영역에서의 false positive uptake를 감소시키고 이와 인접해 있는 비뇨 생식기 질환과 고관절 주변의 염증성 질환 판별에 W/O MAR algorithm과 MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상이 동시에 제공된다면 더욱 진단능을 향상 시킬 수 있으리라 생각된다.
- Phantom 실험과 임상 영상 평가를 통해 MAR algorithm을 적용하여 재구성 시 Bright streak 영역에서의 FDG 섭취 증가를 없앨 수 있었다. 하지만 인공 고관절과 근접한 영역에서의 SUV는 현저하게 저하되었으며, Dark streak 영역에서의 SUV 저하되는 문제점도 앞으로 더 많은 연구를 통해 보완되어야 할 것이다. 최근 이러한 금속 물질로 인해 발생되는 CT의 인공물을 줄이기 위한 연구가 활발히 진행 중이며, 특히 듀얼 에너지를 사용하여 금속의 인공 물을 감소시키는 방법 들이 고안되고 있는 중이다.
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