SPECT/CT에서 CT를 기반으로 한 Attenuation Correction의 정확도 평가 Accuracy Evaluation of CT-Based Attenuation Correction in SPECT with Different Energy of Radioisotopes원문보기
SPECT/CT에서 140 kVp를 사용하는 CT 평균 에너지를 60 keV로 가정하고, CT 평균 에너지와 $^{201}Tl,\;^{99m}Tc,\;^{131}I$의 각기 다른 3가지 에너지를 서로 비교하여 감쇠 보정과 산란 보정의 정확도를 평가하고자 한다. Cylindrical phantom 에 $^{201}Tl$은 55.5 MBq (2 mCi), $^{99m}Tc$은 281.2 MBq (7.6 mCi), $^{131}I$은 96.2 MBq (2.66 mCi)를 주입하고 장비는 GE사의 Hawkeye 4 SPECT/CT를 사용하였다. 모든 SPECT는 frame 당 약 50 kcounts, CT는 140 kVp, 2.5 mA로 하여 영상을 얻었다. 영상은 OSEM (iteration: 2, subset: 10)으로 재구성하였고, 이때 감쇠 보정 적용 유무, 산란 보정 적용 유무를 서로 비교했다. 전체 phantom 영상의 uniformity를 모두 측정하고, center to peripheral ratio (CPR)를 구하여 평가하였다. $^{201}Tl$과 $^{99m}Tc$의 재구성 영상에 감쇠 보정만 적용한 경우 약 10-20% 정도 uniformity가 향상되지만, SC만 적용한 경우에는 약 2% 감소하였다. $^{131}I$의 uniformity는 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 경우에 조금 향상되었다. 또한 CPR은 $^{201}Tl$과 $^{99m}Tc$에서 감쇠 보정만 적용한 경우에 1에 가까웠고, $^{131}I$의 영상에서는 감쇠 보정만 적용한 경우 1에 가깝지 않은 결과가 나타났다. SPECT/CT에서 140 kVp의 CT 평균 에너지를 60 keV이라고 가정했을 때, 대체적으로 에너지가 낮은 $^{201}Tl$과 $^{99m}Tc$은 감쇠 보정만 적용한 경우에 uniformity가 향상되었고, 에너지가 높은 $^{131}I$ 은 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 경우에만 향상되었다.
SPECT/CT에서 140 kVp를 사용하는 CT 평균 에너지를 60 keV로 가정하고, CT 평균 에너지와 $^{201}Tl,\;^{99m}Tc,\;^{131}I$의 각기 다른 3가지 에너지를 서로 비교하여 감쇠 보정과 산란 보정의 정확도를 평가하고자 한다. Cylindrical phantom 에 $^{201}Tl$은 55.5 MBq (2 mCi), $^{99m}Tc$은 281.2 MBq (7.6 mCi), $^{131}I$은 96.2 MBq (2.66 mCi)를 주입하고 장비는 GE사의 Hawkeye 4 SPECT/CT를 사용하였다. 모든 SPECT는 frame 당 약 50 kcounts, CT는 140 kVp, 2.5 mA로 하여 영상을 얻었다. 영상은 OSEM (iteration: 2, subset: 10)으로 재구성하였고, 이때 감쇠 보정 적용 유무, 산란 보정 적용 유무를 서로 비교했다. 전체 phantom 영상의 uniformity를 모두 측정하고, center to peripheral ratio (CPR)를 구하여 평가하였다. $^{201}Tl$과 $^{99m}Tc$의 재구성 영상에 감쇠 보정만 적용한 경우 약 10-20% 정도 uniformity가 향상되지만, SC만 적용한 경우에는 약 2% 감소하였다. $^{131}I$의 uniformity는 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 경우에 조금 향상되었다. 또한 CPR은 $^{201}Tl$과 $^{99m}Tc$에서 감쇠 보정만 적용한 경우에 1에 가까웠고, $^{131}I$의 영상에서는 감쇠 보정만 적용한 경우 1에 가깝지 않은 결과가 나타났다. SPECT/CT에서 140 kVp의 CT 평균 에너지를 60 keV이라고 가정했을 때, 대체적으로 에너지가 낮은 $^{201}Tl$과 $^{99m}Tc$은 감쇠 보정만 적용한 경우에 uniformity가 향상되었고, 에너지가 높은 $^{131}I$ 은 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 경우에만 향상되었다.
Purpose: In this study, we evaluated the accuracy of CT-based attenuation correction (AC) under the conventional CT protocol (140 kVp, on average 50-60 keV) by comparing the SPECT image qualities of different energy of radioisotopes, $^{201}Tl,\;^{99m}Tc$ and $^{131}I$. Materia...
Purpose: In this study, we evaluated the accuracy of CT-based attenuation correction (AC) under the conventional CT protocol (140 kVp, on average 50-60 keV) by comparing the SPECT image qualities of different energy of radioisotopes, $^{201}Tl,\;^{99m}Tc$ and $^{131}I$. Materials and Methods: Using a cylindrical phantom, three different SPECT scans of $^{201}Tl$ (70 keV, 55.5 MBq), $^{99m}Tc$ (140 keV, 281.2 MBq) and $^{131}I$ (364 keV, 96.2 MBq) were performed. The CT image was obtained with 140 kVp and 2.5 mA in GE Hawkeye 4. The OSEM reconstruction algorithm was performed with 2 iterations and 10 subsets. The experiments were performed in the 4 different conditions; non-AC and non-scatter correction (SC), only AC, only SC, AC and SC in terms of uniformity and center to peripheral ratio (CPR). Results: The uniformity was calculated from the uniform whole region in the reconstructed images. For $^{201}Tl$ and $^{99m}Tc$, the uniformities were improved by about 10-20% AC was applied, but these were decreased by about 2% as SC was applied. The uniformity of $^{131}I$ was slightly increased as both AC and SC were applied. The CPR of the reconstructed image was close to one, when AC was applied for $^{201}Tl$ and $^{99m}Tc$ scans and $^{131}I$ was distant from 1 and that is only AC. Conclusion: The image uniformity improved by AC on low energy likely to $^{201}Tl$ and $^{99m}Tc$. However, image uniformity of high energy such as $^{131}I$ was improved, when both AC and SC was applied.
Purpose: In this study, we evaluated the accuracy of CT-based attenuation correction (AC) under the conventional CT protocol (140 kVp, on average 50-60 keV) by comparing the SPECT image qualities of different energy of radioisotopes, $^{201}Tl,\;^{99m}Tc$ and $^{131}I$. Materials and Methods: Using a cylindrical phantom, three different SPECT scans of $^{201}Tl$ (70 keV, 55.5 MBq), $^{99m}Tc$ (140 keV, 281.2 MBq) and $^{131}I$ (364 keV, 96.2 MBq) were performed. The CT image was obtained with 140 kVp and 2.5 mA in GE Hawkeye 4. The OSEM reconstruction algorithm was performed with 2 iterations and 10 subsets. The experiments were performed in the 4 different conditions; non-AC and non-scatter correction (SC), only AC, only SC, AC and SC in terms of uniformity and center to peripheral ratio (CPR). Results: The uniformity was calculated from the uniform whole region in the reconstructed images. For $^{201}Tl$ and $^{99m}Tc$, the uniformities were improved by about 10-20% AC was applied, but these were decreased by about 2% as SC was applied. The uniformity of $^{131}I$ was slightly increased as both AC and SC were applied. The CPR of the reconstructed image was close to one, when AC was applied for $^{201}Tl$ and $^{99m}Tc$ scans and $^{131}I$ was distant from 1 and that is only AC. Conclusion: The image uniformity improved by AC on low energy likely to $^{201}Tl$ and $^{99m}Tc$. However, image uniformity of high energy such as $^{131}I$ was improved, when both AC and SC was applied.
에너지 영역에 따라 30-130 keV에서는 광전 효과와 컴프턴 산란이 많이 일어나고, 200 keV 이상에서는 컴프턴 산란이 지배적으로 일어나게 되는데, 각 3가지 핵종과 평균 에너지가 약 40-50 keV인 CT의 에너지 영역이 서로 비슷하거나 다른 상태로 감쇠 보정 및 산란 보정(scatter correction, SC)이 이루어지고 있다. 이에 본 논문은 서로 다른 에너지 영역인 3가지 핵종과 CT와의 감쇠 보정 및 산란 보정이 잘 이루어지고 있는지 평가하고자 한다.
제안 방법
즉, 보정하지 않는 영상을 기준으로 CT를 이용하여 감쇠 보정한 영상, 3가지 핵종의 산란 에너지를 이용하여 산란 보정한 영상, 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 영상으로 정확도를 평가하였다. 감쇠 보정은 140 kVp, 2.5 mA의 조건을 사용하는 CT를 이용하였고, 산란 보정은 201Tl 54 keV, 99mTc 120 keV, 131I 297 keV의 산란 에너지를 이용하였다. 위의 4가지 영상의 평가 방법은 total uniformity와 center to peripheral ratio (CPR)이다.
재구성한 영상으로 감쇠 보정 적용 유무, 산란 보정 적용 유무를 서로 비교했다. 즉, 보정하지 않는 영상을 기준으로 CT를 이용하여 감쇠 보정한 영상, 3가지 핵종의 산란 에너지를 이용하여 산란 보정한 영상, 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 영상으로 정확도를 평가하였다.
재구성한 영상으로 감쇠 보정 적용 유무, 산란 보정 적용 유무를 서로 비교했다. 즉, 보정하지 않는 영상을 기준으로 CT를 이용하여 감쇠 보정한 영상, 3가지 핵종의 산란 에너지를 이용하여 산란 보정한 영상, 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 영상으로 정확도를 평가하였다. 감쇠 보정은 140 kVp, 2.
대상 데이터
66 mCi)를 주입하였다. 모든 SPECT는 frame 당 약 50 kcounts, 총 120 frame을 획득하였고, CT는 140 kVp, 2.5 mA로 설정하여 영상을 얻었다. 획득한 영상은 OSEM (iteration: 2, subset: 1),Gaussian filter 2 mm로 재구성하였다.
이 실험에 사용한 장비는 Hawkeye 4 SPECT/CT (GE Healthcare, USA)이고(Fig. 1), Jaszczak ECT phantom에서 insert를 모두 빼낸 cylindrical phantom을 사용하였으며(Fig. 2), phantom에 201Tl은 55.5 MBq (2 mCi), 99mTc은 281.2 MBq (7.6 mCi), 131I은 96.2 MBq (2.66 mCi)를 주입하였다. 모든 SPECT는 frame 당 약 50 kcounts, 총 120 frame을 획득하였고, CT는 140 kVp, 2.
데이터처리
5 mA의 조건을 사용하는 CT를 이용하였고, 산란 보정은 201Tl 54 keV, 99mTc 120 keV, 131I 297 keV의 산란 에너지를 이용하였다. 위의 4가지 영상의 평가 방법은 total uniformity와 center to peripheral ratio (CPR)이다.
성능/효과
I에서는 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용할 때 uniformity가 향상되었다고 보인다. 광전 효과와 컴프턴 산란이 발생하는 영역 내에 포함되는 201Tl과 99mTc는 감쇠 보정에 의해 영향을 많이 받았다. 그러나 산란선이 많은 영역에 속하는 131I의 uniformity는 감쇠 보정만 적용한 경우에는 큰 영향을 미치지 않았지만 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 영상에는 uniformity 향상을 보였다.
광전 효과와 컴프턴 산란이 발생하는 영역 내에 포함되는 201Tl과 99mTc는 감쇠 보정에 의해 영향을 많이 받았다. 그러나 산란선이 많은 영역에 속하는 131I의 uniformity는 감쇠 보정만 적용한 경우에는 큰 영향을 미치지 않았지만 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 영상에는 uniformity 향상을 보였다. 이는 고에너지와 고에너지 콜리메이터를 사용함으로써 산란선이 더욱 많이 발생하여 uniformity와 CPR에 영향을 많이 미친다고 생각한다.
본 실험의 결과를 요약해 보면 201Tl과 99mTc는 감쇠 보정을 적용한 영상에서, 131I에서는 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용할 때 uniformity가 향상되었다고 보인다. 광전 효과와 컴프턴 산란이 발생하는 영역 내에 포함되는 201Tl과 99mTc는 감쇠 보정에 의해 영향을 많이 받았다.
후속연구
이번 실험에서의 한계점으로는 GE사의 Hawkeye 4 SPECT/CT 장비의 CT 사용 전압을 변경하여 실험할 수 없는 단점과 방사성동위원소의 에너지에 따른 콜리메이터 적용을 다양화하지 못한 점, 더 다양한 에너지의 구성과 다양한 에너지마다 달라질 수 있는 영상의 재구성 알고리즘의 설정, 평가 방법의 세분화 등이 있었다. 이러한 한계점들을 보완한다면 더 많은 정보들을 얻을 수 있고, 에너지에 따른 결과를 더 세분화 할 수 있을 것이다.
이번 실험에서의 한계점으로는 GE사의 Hawkeye 4 SPECT/CT 장비의 CT 사용 전압을 변경하여 실험할 수 없는 단점과 방사성동위원소의 에너지에 따른 콜리메이터 적용을 다양화하지 못한 점, 더 다양한 에너지의 구성과 다양한 에너지마다 달라질 수 있는 영상의 재구성 알고리즘의 설정, 평가 방법의 세분화 등이 있었다. 이러한 한계점들을 보완한다면 더 많은 정보들을 얻을 수 있고, 에너지에 따른 결과를 더 세분화 할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SPECT/CT는 무엇을 이용하여 감쇠 보정을 하는가?
일반적으로 SPECT/CT는 X-ray CT를 이용하여 감쇠 보정(atteunation correction, AC)을 한다. 핵의학과에서 가장 많이 사용하는 201Tl, 99mTc, 131I 각각의 평균 에너지는 70, 167 keV, 140 keV, 364 keV이고, 감쇠 보정에 이용되는 CT는 120-140 kVp이다.
감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 영상에는 uniformity 향상으로 알 수 있는 것은?
그러나 산란선이 많은 영역에 속하는 131I의 uniformity는 감쇠 보정만 적용한 경우에는 큰 영향을 미치지 않았지만 감쇠 보정과 산란 보정을 모두 적용한 영상에는 uniformity 향상을 보였다. 이는 고에너지와 고에너지 콜리메이터를 사용함으로써 산란선이 더욱 많이 발생하여 uniformity와 CPR에 영향을 많이 미친다고 생각한다.
CT의 평균 에너지는?
일반적으로 SPECT/CT는 X-ray CT를 이용하여 감쇠 보정(atteunation correction, AC)을 한다. 핵의학과에서 가장 많이 사용하는 201Tl, 99mTc, 131I 각각의 평균 에너지는 70, 167 keV, 140 keV, 364 keV이고, 감쇠 보정에 이용되는 CT는 120-140 kVp이다. 에너지 영역에 따라 30-130 keV에서는 광전 효과와 컴프턴 산란이 많이 일어나고, 200 keV 이상에서는 컴프턴 산란이 지배적으로 일어나게 되는데, 각 3가지 핵종과 평균 에너지가 약 40-50 keV인 CT의 에너지 영역이 서로 비슷하거나 다른 상태로 감쇠 보정 및 산란 보정(scatter correction, SC)이 이루어지고 있다.
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