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문제 정의
- 이 중 종양의 크기에 따른 왜곡은 종양의 병기 결정 및 예후인자 평가의 걸림돌이 될 수 있다. 이에 본 연구에서는 NEMA(National Electrical Manufacturers Association) IEC(International Electrotechnical Commission) Phantom을 이용하여 종양의 체적에 따른 평면(ROI-Region of interest)으로 분석한 SUV과 입체적(VOI-Volume of interest)으로 분석한 SUV의 왜곡 정도를 비교하여 18F-FDG PET/CT 영상에서 종양의 체적에 따른 SUV의 왜곡 정도를 분석함으로써 실제 임상판독에 도움이 되리라 생각한다. 또한 최근에는 종양의 포도당대사만 표현한 SUV 분석 대신 종양의 전체 체적을 동시에 표현 할 수 있는 MTV(Metabolic tumor volume)를 종양의 분석 척도로 연구되어지고 있는데 이 값 역시 VOI로 분석한 SUV에 기반 함으로 이 연구가 MTV 왜곡의 가늠자가 되리라 사료된다.
제안 방법
- 14 mCi/kg의 값을 참고로 3단계의 더 넓은 주입용량이 되게 실험하였다. CT 조건은 120 kVp, 50 mAs, slice는 5 mm씩 투과영상(Transmission scan)을 획득하여 감쇠보정 값을 얻고, PET는 1 bed/5분 동안 방출영상(Emission scan)을 획득하였다[Figure 4].
- NEMA IEC Body Phantom내부의 6개의 구체(각10, 13, 17, 22, 28, 37 mm)를 Target으로 하고, Phantom의 나머지 부분을 Background로 하여 Source-to-Background Activity Ratio(SBR)를 4:1 비율로 3번에 걸쳐 다른 용량의 18F-FDG를 Dose calibrator로 각각 측정하여 Phantom에 주입 후 30분 간 잘 교반한 다음, 약 70분 후에 Philips GEMINI TF 16 테이블에 위치하여 PET/CT검사를 시행하였다Table 3].
- 각각의 영상에서 ROI로 분석한 SUV를 가지고 분석하였다. ROI는 PET/CT Fusion영상의 구체 체외 각 안쪽으로 그려, Phantom 내 구체가 종양이라고 가정할 때 종양 부위만 포함되도록 측정 하였으며 5회 반복 측정한 평균데이터를 이용하였다. 반복 측정의 측정 간 오차는 SUVmax, SUVmean에서 모두 유의수준 P-value 0.
- 각각의 영상에서 VOI로 분석한 SUV를 가지고 분석하였다. VOI는 PET영상의 구체의 안쪽으로 ROIs를 SUV 2.0을 기준하여 Automatic(Philips PET/CT fusion Viewer ver 4.0.2.145)으로 그려 VOI를 생성하였으며 각각의 구체가 종양이라고 가정할 때 종양 부위만 포함되도록 5회 반복 측정한 평균데이터를 이용하였다(ROI분석과 같은 방식). 반복 측정의 측정 간 오차는 SUVmax, SUVmean에서 모두 P-value 0.
- 각 측정의 오차를 최대한 줄이고자 반복 측정하였고, 각기 다른 5명의 측정자가 측정한 값으로 측정자의 오차 또한 반영하였다. VOI의 측정 기준은 SUV 2.0으로 Phantom내 제일 작은 구체의 평균 SUV가 2.0 수준이므로 작은 구체까지 모두 측정하기 위해 기준 SUV로 삼았다. 측정부위는 Phantom내 각각의 구체와 좌우 Back ground로 CT영상의 구체 의 체외각 안쪽으로 최대한 크게 그리려 Fusion영상을 이용 하였다[Figure 5].
- 145) SUV의 max, mean, sd 및 MTV를 구하였다[Figure 5]. 각 측정의 오차를 최대한 줄이고자 반복 측정하였고, 각기 다른 5명의 측정자가 측정한 값으로 측정자의 오차 또한 반영하였다. VOI의 측정 기준은 SUV 2.
- 각각의 영상에서 ROI로 분석한 SUV를 가지고 분석하였다. ROI는 PET/CT Fusion영상의 구체 체외 각 안쪽으로 그려, Phantom 내 구체가 종양이라고 가정할 때 종양 부위만 포함되도록 측정 하였으며 5회 반복 측정한 평균데이터를 이용하였다.
- 각각의 영상에서 VOI로 분석한 SUV를 가지고 분석하였다. VOI는 PET영상의 구체의 안쪽으로 ROIs를 SUV 2.
- 0으로 데이터가 유효함을 검증을 하였다[Table 3]. 또한, 이 Data를 기반으로 얻은 구체의 변화를 MS EXEL2010을 사용하여 그래프로 표현하고 변화를 분석하였으며, 두 기준의 SUV의 차이 및 실제 구체 부피와 영상에서 얻어진 MTV와의 차이를 % Error로 분석하였다.
- 본 실험은 Philips GEMINI TF16 기기를 이용하여 NEMA IEC Body Phantom에 각 용량에 맞게 Dose calibrator 측정된 18F-FDG(Fluorodeoxyglucose)를 증류수로 희석시켜 넣어 Shaker로 충분히 교반하여 영상을 얻었다. 다음은 각각의 재원 및 이미지이다.
- 위 실험으로 얻어진 3개의 PET/CT 영상을 가지고 각각 5회에 걸쳐 각각의 구체에 ROI를 그려 SUV의 maximum, mean을 구하고 SUV 2.0을 기준으로 VOI를 Auto로 그려(Adjust SUV 2.0 threshold by Philips PET/CT fusion Viewer ver 4.0.2.145) SUV의 max, mean, sd 및 MTV를 구하였다[Figure 5]. 각 측정의 오차를 최대한 줄이고자 반복 측정하였고, 각기 다른 5명의 측정자가 측정한 값으로 측정자의 오차 또한 반영하였다.
대상 데이터
- 0 수준이므로 작은 구체까지 모두 측정하기 위해 기준 SUV로 삼았다. 측정부위는 Phantom내 각각의 구체와 좌우 Back ground로 CT영상의 구체 의 체외각 안쪽으로 최대한 크게 그리려 Fusion영상을 이용 하였다[Figure 5].
데이터처리
- 각 측정자로부터 얻어진 데이터는 IBM SPSS 16.0을 이용하여 Cronbach’s alpha모형으로 Reliability Analysis를 하였고 각 측정내, 간 상관계수 1.0으로 데이터가 유효함을 검증을 하였다[Table 3].
성능/효과
- 18F-FDG PET/CT 영상에서 환자의 종양 체적에 따른 SUV의 왜곡 정도는 각각 ROI분석 시 500mm 2구간, VOI 분석 시 1500mm 3구간에서 역치를 가지고 왜곡이 심해짐을 알 수 있었다.
- NEMA IEC Phantom 이용하여 종양의 체적에 따른 평면(ROI)으로 분석한 SUV와 입체적(VOI)으로 분석한 SUV의 왜곡 정도를 비교한 결과 각각의 주입용량별로 미세한 차이지만 ROI분석 결과 보다 VOI가 더 일정한 결과를 보여 주었다. ROI 측정값 대비 VOI측정값이 1.
- NEMA IEC Phantom 이용하여 종양의 체적에 따른 평면(ROI)으로 분석한 SUV와 입체적(VOI)으로 분석한 SUV의 왜곡 정도를 비교한 결과 각각의 주입용량별로 미세한 차이지만 ROI분석 결과 보다 VOI가 더 일정한 결과를 보여 주었다. ROI 측정값 대비 VOI측정값이 1.077배 높게 측정 되었고 SUVmean은 0.981배 높게 측정되었다[Table 8].
- ROI와 VOI로 분석한 SUVmax 와 SUVmean치를 비교하면 SUVmax는 108.54% ±5.44%로 ROI 대비 VOI로 분석한 SUV가 108.54% 높게 측정되었고, SUV mean은 99.66% ±8.48 %로 ROI 대비 VOI로 분석한 SUV가 99.66% 낮게 측정되었다.
- 각각 3개의 주입 용량에 따른 영상에서 ROI로 측정된 SUV의 max값과 mean값은 모든 주입용량에서 일정하게 면적이 증가 할수록 증가 되고 있으며, 특히 500 mm2구간의 역치(Threshold value)를 가지고 종양의 크기가 작아질수록 더 큰 왜곡이 일어남을 알 수 있었다[Figure 6,7] 구체를 제외한 Phantom의 Background는 SUVmax 1.5 ± 0.1, SUV mean 1.3 ± 0.1로 측정 되었다.
- 측정한 값은 [Table 6]와 같다. 각각 3개의 주입 용량에 따른 영상에서 VOI로 측정된 SUV의 max값과 mean값은 모든 주입용량에서 거의 일정하게 약 1500 mm3구간의 역치(Threshold value)를 가지고 종양의 부피가 작아질수록 더 큰 왜곡이 일어남을 알 수 있었다[Figure 8,9]. 또한 입체의 부피를 대수치로 표현해 보면 SUVmax 4.
- 결과를 종합해 볼 때 18F-FDG PET/CT검사에 의한 종양의 평가 및 임상 판독 시 종양의 크기에 따라 SUV의 왜곡이 크므로 각각의 역치(Threshold value)를 고려해 분석되어야 한다. 즉 각기기의 공간분해능을 고려하여 PVE가 나타나는 체적보다 작은 종양의 평가는 좀 더 과소평가됨을 인지하여야 할 것이다.
- 즉 각기기의 공간분해능을 고려하여 PVE가 나타나는 체적보다 작은 종양의 평가는 좀 더 과소평가됨을 인지하여야 할 것이다. 또한 ROI분석 보다 VOI분석이 한 번의 측정으로 더 넓은 부위가 측정됨으로 인해 ROI분석 보다 VOI분석이 더 높은 SUVmax와 더 낮은 SUVmean을 보여 주었으므로 VOI분석이 종양의 SUV분포를 ROI분석 보다 좀 더 쉽게 분석 할 수 있었다. MTV는 실제 종양의 크기에 가까운 결과(R2 = 0.
- 주입용량 별로 구분해보면 용량이 증가 할수록 SUV max(VOI/ROI%)와 SUVmean(VOI/ROI%)의 유의한 동향은 없었으며 종양의 크기 즉 Phantom의 구체의 직경이 커질수록 ROI로 측정한 SUV가 VOI로 측정한 결과 값 보다 증가 되어 감을 알 수 있다. 또한 전체적으로 VOI의 측정 결과가 넓은 면적의 범위에서 측정된 data이므로 SUVmax가 더 높게 측정되었으며 SUV mean은 직경 17 mm에서 22 mm 사이의 수치를 기준으로 작을수록 VOI가, 길수록 ROI가 높은 수치를 나타내었다.
- PVE의 보정 방식으로 영상의 Iteration method등이 있으나 근본적인 PET/CT의 공간분해능 향상이 우선 일 것이다[8]. 실제 본 실험의 PET/CT는 Spatial Resolution이 4.8 mm 여서 3배 크기인 14.8 mm 이상에서 왜곡이 없어야 하나, Phantom내 구체 직경 17 mm이상에서 왜곡이 감소되는 결과를 보였다. 또한 이론적 기대치인 SUVmean 4.
- 종양의 체적과 MTV사이의 관계는 상관계수 R2값이 모든 주입용량에서 0.999로 측정되었으며 SUV 2.0 기준으로 측정된 MTV는 실제 종양체적과 거의 일치됨을 보여주었다.
- 주입용량 별로 구분해보면 용량이 증가 할수록 SUV max(VOI/ROI%)와 SUVmean(VOI/ROI%)의 유의한 동향은 없었으며 종양의 크기 즉 Phantom의 구체의 직경이 커질수록 ROI로 측정한 SUV가 VOI로 측정한 결과 값 보다 증가 되어 감을 알 수 있다. 또한 전체적으로 VOI의 측정 결과가 넓은 면적의 범위에서 측정된 data이므로 SUVmax가 더 높게 측정되었으며 SUV mean은 직경 17 mm에서 22 mm 사이의 수치를 기준으로 작을수록 VOI가, 길수록 ROI가 높은 수치를 나타내었다.
후속연구
- 이에 본 연구에서는 NEMA(National Electrical Manufacturers Association) IEC(International Electrotechnical Commission) Phantom을 이용하여 종양의 체적에 따른 평면(ROI-Region of interest)으로 분석한 SUV과 입체적(VOI-Volume of interest)으로 분석한 SUV의 왜곡 정도를 비교하여 18F-FDG PET/CT 영상에서 종양의 체적에 따른 SUV의 왜곡 정도를 분석함으로써 실제 임상판독에 도움이 되리라 생각한다. 또한 최근에는 종양의 포도당대사만 표현한 SUV 분석 대신 종양의 전체 체적을 동시에 표현 할 수 있는 MTV(Metabolic tumor volume)를 종양의 분석 척도로 연구되어지고 있는데 이 값 역시 VOI로 분석한 SUV에 기반 함으로 이 연구가 MTV 왜곡의 가늠자가 되리라 사료된다.
- 실제 Phatom의 Taget인 구체의 체적을 직경으로 계산한 값과 SUV 2.0기준으로 측정한 VOI의 부피 즉, MTV를 비교해 보면 MTV가 약간 높은 결과(Volume/MTV = 93.4 % ±14.8 %)를 보여주고 있으나, MTV측정 시 SUV 기준점에 의한 변화가 심하므로 연구가 더욱 더 필요하다고 여겨진다.
- 결과를 종합해 볼 때 18F-FDG PET/CT검사에 의한 종양의 평가 및 임상 판독 시 종양의 크기에 따라 SUV의 왜곡이 크므로 각각의 역치(Threshold value)를 고려해 분석되어야 한다. 즉 각기기의 공간분해능을 고려하여 PVE가 나타나는 체적보다 작은 종양의 평가는 좀 더 과소평가됨을 인지하여야 할 것이다. 또한 ROI분석 보다 VOI분석이 한 번의 측정으로 더 넓은 부위가 측정됨으로 인해 ROI분석 보다 VOI분석이 더 높은 SUVmax와 더 낮은 SUVmean을 보여 주었으므로 VOI분석이 종양의 SUV분포를 ROI분석 보다 좀 더 쉽게 분석 할 수 있었다.
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