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문제 정의
- 본 연구를 시작하게 된 계기는 O-MAR 의 제한사항인 피부 근처나 air cavity 근처에서 발생한 metal artifact로 인해 RTP 상에서 air cavity 가 metal density 로 오인되는 극단적인 경우(Fig.5)에 대한 O-MAR 의 유용성을 평가하고자 하였다. 본 실험 중 두경부 artifact 재현 팬텀 영상에서 metal artifact가 생각보다 적게 발생한 점, air cavity 내로 충분히 침입하지 못하여 극단적인 상황을 가정하여 진행하지 못한 점이 아쉬움으로 남는다.
- 본 연구에서는 head & neck CT 촬영 시 air cavity 주위에서 발생하는 metal artifact 에 대해 O-MAR 임상적 유용성을 검증코자 한다.
- 이 연구에서는 특히 두경부 CT촬영 시 dental implant로 인한 metal artifact가 발생한 영상에서 O-MAR 적용 전, 후 영상을 비교 분석함과 일반적인 상황, 즉 artifact가 발생하지 않은 영상에서 O-MAR 알고리즘 적용 전, 후를 비교함으로써 실제 임상에서의 유용성을 평가하고자 한다. 모든 CT영상은 Brilliance Big Bore CT(Philips, Netherlands) 관전압 120 kVp, 2 mm 두께로 촬영하였으며, O-MAR(ver.
제안 방법
- Metal artifact 가 발생하지 않은 영상과 발생한 영상에서 O-MAR 적용 시, HU 변화, 선량 분포 변화 측정 등 기본적인 성능 검증을 위해 본원에서 제작한 원통형 팬텀과 cerrobend 막대, 불균질 팬텀을 이용하여 실험하였다.3) 각각의 원본 영상과 O-MAR 적용 영상에서 관심영역 내 HU 변화를 측정하였으며, 두경부 치료계획 CT영상에서 주로 생기는 dental implant로 인한 Metal artifact 발생 영상을 재현하기 위해 원형 물통 안에 석고로 치아를, 아크릴 파이프를 이용하여 구강을 구현하였으며, 나사못을 이용하여 Metal artifact를 발생시켰다. 또한 실제 임상 환자 영상에 O-MAR를 적용한 영상, 원본 영상과 density corrected CT 영상에 동일한 치료계획을 수립하여 선량 분포를 비교하였다.
- Eclipse를 이용하여 치료 계획을 수립하였고 6MV, Gantry 90° , 270° , 각각 100MU씩 총 200MU를 2문 조사하여 한 횡단면에 대한 선량 분포차이를 측정하였다.
- Eclipse를 이용하여 치료 계획을 수립하였고 6MV, Gantry 90° , 270° , 각각 100MU씩 총 200MU를 2문 조사하여한 횡단면에 대한 선량 분포차이를 측정하였다.
- 원형 물통에 물을 채운 후 석고와 나사못을 이용하여 치아와 dental implant, 원형 아크릴 파이프로 구강을 재현한 팬텀을 제작, 단층 영상 촬영을 하였다. dental implant로 인한 metal artifact가 발생한 경우와 치아만 존재할 경우로 나누어 각각의 CT 영상을 촬영하였으며, 원본 영상과 O-MAR를 적용한 영상에서의 HU 변화값을 측정하였고, HU 값 변화에 따른 선량 분포의 변화 또한 측정하였다. Eclipse를 이용하여 치료 계획을 수립하였고 6MV, Gantry 90° , 270° , 각각 100MU씩 총 200MU를 2문 조사하여 한 횡단면에 대한 선량 분포차이를 측정하였다.
- 균질 팬텀 중앙에 cerrobend로 제작한 지름 7mm 금속 막대를 삽입하여 CT영상을 촬영, O-MAR 적용 전후의 영상을 비교하였다. 금속 막대를 포함한 4 X 4 cm ROI, 원형 팬텀에 내접하는 최대 사각형 ROI를 팬텀 중앙에 위치시켜 O-MAR 적용 전후 영상에서 HU 변화값을 측정하였다.
- 균질 팬텀 중앙으로부터 좌우로 2개의 금속 막대를 삽입 하여 촬영한 CT 영상에서 2개의 금속 막대를 포함하지 않은 중앙 부위의 직사각형 ROI, 2개의 금속막대를 모두 포함한 중앙 부분의 ROI와 원형 팬텀에 내접하는 최대 사각형 ROI를 설정 후 비교 분석하였다.
- 균질, 비균질 팬텀을 촬영한 단층 영상에서 O-MAR 적용 전, 후 CT HU값 변화를 Eclipse를 통해 측정하였다. 두 영상 에서 임의의 한 슬라이스를 선정하여, 두 영상의 같은 구역을 Eclipse registration을 이용하여 원형 팬텀 안 HU 값 변화를 측정하였다.
- 균질 팬텀 중앙에 cerrobend로 제작한 지름 7mm 금속 막대를 삽입하여 CT영상을 촬영, O-MAR 적용 전후의 영상을 비교하였다. 금속 막대를 포함한 4 X 4 cm ROI, 원형 팬텀에 내접하는 최대 사각형 ROI를 팬텀 중앙에 위치시켜 O-MAR 적용 전후 영상에서 HU 변화값을 측정하였다.
- 균질, 비균질 팬텀을 촬영한 단층 영상에서 O-MAR 적용 전, 후 CT HU값 변화를 Eclipse를 통해 측정하였다. 두 영상 에서 임의의 한 슬라이스를 선정하여, 두 영상의 같은 구역을 Eclipse registration을 이용하여 원형 팬텀 안 HU 값 변화를 측정하였다.
- 3) 각각의 원본 영상과 O-MAR 적용 영상에서 관심영역 내 HU 변화를 측정하였으며, 두경부 치료계획 CT영상에서 주로 생기는 dental implant로 인한 Metal artifact 발생 영상을 재현하기 위해 원형 물통 안에 석고로 치아를, 아크릴 파이프를 이용하여 구강을 구현하였으며, 나사못을 이용하여 Metal artifact를 발생시켰다. 또한 실제 임상 환자 영상에 O-MAR를 적용한 영상, 원본 영상과 density corrected CT 영상에 동일한 치료계획을 수립하여 선량 분포를 비교하였다. 모든 선량은 SNC Patient(Sun Nuclear Co.
- 이 연구에서는 특히 두경부 CT촬영 시 dental implant로 인한 metal artifact가 발생한 영상에서 O-MAR 적용 전, 후 영상을 비교 분석함과 일반적인 상황, 즉 artifact가 발생하지 않은 영상에서 O-MAR 알고리즘 적용 전, 후를 비교함으로써 실제 임상에서의 유용성을 평가하고자 한다. 모든 CT영상은 Brilliance Big Bore CT(Philips, Netherlands) 관전압 120 kVp, 2 mm 두께로 촬영하였으며, O-MAR(ver. 3.6.0, Philips, Netherlands)를 이용하여 metal artifact reduction 후 전산화치료계획장비(Eclipse ver 10.0.42, Varian, USA)로 원본 영상과 비교, 실험하였다. 영상 촬영에 사용된 팬텀은 모두 상품화 된 것이 아니며 개별적으로 제작되었다.
- 또한 실제 임상 환자 영상에 O-MAR를 적용한 영상, 원본 영상과 density corrected CT 영상에 동일한 치료계획을 수립하여 선량 분포를 비교하였다. 모든 선량은 SNC Patient(Sun Nuclear Co., USA)를 이용하여 2 mm / 2% 기준 으로 비교하였다.
- 그럼에도 불구하고 O-MAR 알고리즘은 모든 artifact를 완벽하게 제거할 수 없고, 모든 경우에 적용할 수 없다는 단점이 있으며, 제한 사항 또한 가지고 있다. 본원에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 반드시 원본 CT 영상과 O-MAR 적용 영상을 RTP 상에서 비교하여 사용하고 있다. O-MAR를 실제 임상에 적용하여 사용해 본 결과 드물게 원본 영상에는 없는 artifact가 나타나거나 영상 보정이 잘못된 부분 또한 발견할 수 있었다.
- 실제 임상 환자의 영상에 O-MAR 알고리즘을 적용한 영상과 density corrected 영상에서 선량 분포 차이를 측정해보았다. Eclipse를 이용하여 치료 계획을 수립하였고 6MV, Gantry 90° , 270° , 각각 100MU씩 총 200MU를 2문 조사하여한 횡단면에 대한 선량 분포차이를 측정하였다.
- 원형 물통에 물을 채운 후 석고와 나사못을 이용하여 치아와 dental implant, 원형 아크릴 파이프로 구강을 재현한 팬텀을 제작, 단층 영상 촬영을 하였다. dental implant로 인한 metal artifact가 발생한 경우와 치아만 존재할 경우로 나누어 각각의 CT 영상을 촬영하였으며, 원본 영상과 O-MAR를 적용한 영상에서의 HU 변화값을 측정하였고, HU 값 변화에 따른 선량 분포의 변화 또한 측정하였다.
대상 데이터
- 영상 촬영에 사용된 팬텀은 모두 상품화 된 것이 아니며 개별적으로 제작되었다. Metal artifact 가 발생하지 않은 영상과 발생한 영상에서 O-MAR 적용 시, HU 변화, 선량 분포 변화 측정 등 기본적인 성능 검증을 위해 본원에서 제작한 원통형 팬텀과 cerrobend 막대, 불균질 팬텀을 이용하여 실험하였다.3) 각각의 원본 영상과 O-MAR 적용 영상에서 관심영역 내 HU 변화를 측정하였으며, 두경부 치료계획 CT영상에서 주로 생기는 dental implant로 인한 Metal artifact 발생 영상을 재현하기 위해 원형 물통 안에 석고로 치아를, 아크릴 파이프를 이용하여 구강을 구현하였으며, 나사못을 이용하여 Metal artifact를 발생시켰다.
성능/효과
- 2개의 금속막대로 인한 artifact, 특히 photon starvation artifact ROI 내에서 O-MAR 적용 전후 영상의 HU 값이 큰 폭으로 보정되었다. 최소 HU 값은 ?1000에서 ?510으로, 최대 HU 값은 Streak artifact 보정으로 인해 1273에서 946로 보정 되었으며, ROI내의 평균 HU 값 또한 photon starvation artifact의 보정으로 인해 상승하였다.
- 두경부 팬텀 실험에서 artifact가 발생하지 않은 영상에서는 O-MAR 적용 전후 영상의 HU 차이가 없는 것으로 나타났다(Table 4). Metal artifact가 발생한 영상에서는 O-MAR 적용 영상이 전반적으로 개선되는 경향을 보였으나, cavity 내 최대 HU 값이 원본 영상에 비해 상승하는 것을 볼 수 있었다(Table 5). 이러한 현상은 체내 금속 삽입물이 air cavity와 인접한 경우, O-MAR 알고리즘이 photon starvation artifact 와 air cavity를 정확하게 구분하는 것에 대에 완벽하지 않은 것으로 보인다.
- 본원에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 반드시 원본 CT 영상과 O-MAR 적용 영상을 RTP 상에서 비교하여 사용하고 있다. O-MAR를 실제 임상에 적용하여 사용해 본 결과 드물게 원본 영상에는 없는 artifact가 나타나거나 영상 보정이 잘못된 부분 또한 발견할 수 있었다.(Fig.
- 두 ROI 내에서 최소 HU 값이 OMAR 적용 후 257HU 상승, 각 ROI 내의 HU의 표준편차 또한 감소하는 것으로 나타났다.
- 두경부 팬텀 실험에서 artifact가 발생하지 않은 영상에서는 O-MAR 적용 전후 영상의 HU 차이가 없는 것으로 나타났다(Table 4). Metal artifact가 발생한 영상에서는 O-MAR 적용 영상이 전반적으로 개선되는 경향을 보였으나, cavity 내 최대 HU 값이 원본 영상에 비해 상승하는 것을 볼 수 있었다(Table 5).
- 실제 임상 환자 원본 영상과 O-MAR 적용 영상, density corrected 영상에서 선량 분포 차이는 모두 98.5% 의 일치를 보였다(Table 6). 원본 영상과 O-MAR 적용 영상, 원본 영상과 density corrected 영상에서 선량 분포 차이는 피부 근처 photon starvation artifact가 일어난 부분이며, O-MAR 적용 영상과 densitiy corrected 영상에서는 이 부분이 보정되어 원본 영상과의 선량 분포 차이를 보였다.
- 5% 의 일치를 보였다(Table 6). 원본 영상과 O-MAR 적용 영상, 원본 영상과 density corrected 영상에서 선량 분포 차이는 피부 근처 photon starvation artifact가 일어난 부분이며, O-MAR 적용 영상과 densitiy corrected 영상에서는 이 부분이 보정되어 원본 영상과의 선량 분포 차이를 보였다.(Fig.
- 위 실험 결과에서 얻은 값들과 영상을 비교해보면 Metal artifact가 발생한 영상에서 O-MAR 알고리즘의 유용성과 임상 적용에도 큰 무리가 없을 것으로 사료된다. 전제적인 선량 분포의 차이는 원본 영상과 O-MAR 적용 영상, density corrected 영상에서 눈에 띄게 큰 차이를 보이지 않았으며, 각 영상의 artifact 양에 따라 HU 보정치는 크고 작은 차이를 보이지만, 결과는 모두 긍정적인 방향으로 개선됨을 알 수 있었다.
- 위 실험 결과에서 얻은 값들과 영상을 비교해보면 Metal artifact가 발생한 영상에서 O-MAR 알고리즘의 유용성과 임상 적용에도 큰 무리가 없을 것으로 사료된다. 전제적인 선량 분포의 차이는 원본 영상과 O-MAR 적용 영상, density corrected 영상에서 눈에 띄게 큰 차이를 보이지 않았으며, 각 영상의 artifact 양에 따라 HU 보정치는 크고 작은 차이를 보이지만, 결과는 모두 긍정적인 방향으로 개선됨을 알 수 있었다. 특히 artifact 보정에 따른 선량 분포의 차이는 큰 차이를 나타내고 있지 않지만, 육안으로 CT 영상을 확인할 때에는 O-MAR 알고리즘 적용 전후 영상의 질 차이가 수치상으로 느끼는 것보다 훨씬 크게 느껴졌다(Fig.
- 이러한 현상은 체내 금속 삽입물이 air cavity와 인접한 경우, O-MAR 알고리즘이 photon starvation artifact 와 air cavity를 정확하게 구분하는 것에 대에 완벽하지 않은 것으로 보인다. 전체적인 선량 분포 차이는 99.8% 일치로 나타났다.(Fig.
- 최소 HU값이 실제 팬텀의 평균 HU값인 128HU 에 더 가깝게 보정되는 것과 HU 표준편차가 작아지는 것으로 보아 금속으로 인해 발생한 photon starvation artifact 부위에서 원본 영상에 비해 O-MAR 적용 후 영상의 HU 값이 실제 HU 값과 더 가깝게 보정되는 모습을 알 수 있다(Table 2).
후속연구
- 5)에 대한 O-MAR 의 유용성을 평가하고자 하였다. 본 실험 중 두경부 artifact 재현 팬텀 영상에서 metal artifact가 생각보다 적게 발생한 점, air cavity 내로 충분히 침입하지 못하여 극단적인 상황을 가정하여 진행하지 못한 점이 아쉬움으로 남는다. 이러한 극단적 상황에 대한 연구가 더 필요할 것으로 보인다.
- 4) 원본영상에 비해 blurring 이 더욱 심하게 나타난 경우도 있었다. 실험 중에서도 O-MAR 영상에서 cavity 내의 HU 값이 원본 영상에 비해 상승하는 것 또한 확인할 수 있던 사실로 미루어 볼 때, 제조사 측에서도 권고함과 같이 반드시 원본 영상과 O-MAR 적용 후 영상을 비교하여 임상에 적용하여 사용해야 할 것으로 사료된다.
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