SPECT/CT에서 인공고관절에 대한 감쇠보정지도(Attenuation Map)의 매개변수 변화에 따른 금속 인공물(Metal Artifact)의 영향 평가 Evaluation of the Effect of Metal Artifacts Varying the Parameters of the Attenuation Map for the artificial Hip Joint in SPECT/CT원문보기
CT를 기반으로 감쇠보정이 시행되는 SPECT/CT 검사에서는 금속 삽입물에 의한 선속경화현상으로 인접한 부위의 과대평가를 유발하며, 영상의 질을 저하시킨다. 이에 대해, 본 연구에서는 인공고관절이 삽입된 팬텀을 이용하여 감쇠보정지도의 매개변수 변화에 따른 금속 인공물이 SPECT/CT 영상에 미치는 영향을 알아보고자 한다. SPECT/CT 장비는 Siemens사의 Symbia T16을 사용하였다. SPECT/PET 팬텀에 인공고관절을 삽입하고, CT영상에서 Bright Streak 영역에 직경 17 mm의 구를 배후방사능 대비 8배가 되도록 Tc-99m을 채웠다. 이후 감쇠보정지도에서 Wide Beam Coefficient[수동모드(0.1~0.9), 자동모드]변화에 따른 열소와 배후방사능의 계수를 측정하였고, 고관절의 유무에 따라 Metal과 Non-Metal의 병소 대 배후방사능 비(Region to Background Ratio, RBR)를 산출 및 비교 분석하였다. 수동모드의 값이 증가할수록 Metal과 Non-Metal의 열소 계수는 증가하는 경향을 나타냈으며, 수동모드 0.4와 0.5에서 두 군과의 열소 계수비가 가장 일치하게 나타났다(수동모드 0.4=1.001, 0.5=0.999). 또한 $RBR^{Metal}$과 $RBR^{Non-Metal}$의 비는 자동모드에서 1.135이였고, 수동모드 0.4와 0.5에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(0.4=0.999, 0.5=1.028, p=0.78). 감쇠보정지도에서 Wide Beam Coefficient의 자동모드는 13.52% 과 보정 되는 것을 알 수 있었으며, 수동모드 중 0.4와 0.5에서 인공물에 의한 과 보정을 최소화 할 수 있었다. 이를 활용하여 환자에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이며, 고관절전치환술 환자의 인공고관절 주변에서 금속 인공물에 의한 과 보정을 감소시켜 진단능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
CT를 기반으로 감쇠보정이 시행되는 SPECT/CT 검사에서는 금속 삽입물에 의한 선속경화현상으로 인접한 부위의 과대평가를 유발하며, 영상의 질을 저하시킨다. 이에 대해, 본 연구에서는 인공고관절이 삽입된 팬텀을 이용하여 감쇠보정지도의 매개변수 변화에 따른 금속 인공물이 SPECT/CT 영상에 미치는 영향을 알아보고자 한다. SPECT/CT 장비는 Siemens사의 Symbia T16을 사용하였다. SPECT/PET 팬텀에 인공고관절을 삽입하고, CT영상에서 Bright Streak 영역에 직경 17 mm의 구를 배후방사능 대비 8배가 되도록 Tc-99m을 채웠다. 이후 감쇠보정지도에서 Wide Beam Coefficient[수동모드(0.1~0.9), 자동모드]변화에 따른 열소와 배후방사능의 계수를 측정하였고, 고관절의 유무에 따라 Metal과 Non-Metal의 병소 대 배후방사능 비(Region to Background Ratio, RBR)를 산출 및 비교 분석하였다. 수동모드의 값이 증가할수록 Metal과 Non-Metal의 열소 계수는 증가하는 경향을 나타냈으며, 수동모드 0.4와 0.5에서 두 군과의 열소 계수비가 가장 일치하게 나타났다(수동모드 0.4=1.001, 0.5=0.999). 또한 $RBR^{Metal}$과 $RBR^{Non-Metal}$의 비는 자동모드에서 1.135이였고, 수동모드 0.4와 0.5에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(0.4=0.999, 0.5=1.028, p=0.78). 감쇠보정지도에서 Wide Beam Coefficient의 자동모드는 13.52% 과 보정 되는 것을 알 수 있었으며, 수동모드 중 0.4와 0.5에서 인공물에 의한 과 보정을 최소화 할 수 있었다. 이를 활용하여 환자에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이며, 고관절전치환술 환자의 인공고관절 주변에서 금속 인공물에 의한 과 보정을 감소시켜 진단능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
Purpose SPECT/CT scan to be performed attenuation correction on the basis of CT induce an overestimation of the site due to the beam hardening artifact by metal cover and reduce the images quality. Therefore, this study using a phantom that has been inserted artificial hip joint investigated that ef...
Purpose SPECT/CT scan to be performed attenuation correction on the basis of CT induce an overestimation of the site due to the beam hardening artifact by metal cover and reduce the images quality. Therefore, this study using a phantom that has been inserted artificial hip joint investigated that effect on the SPECT/CT image causing by metal artifact for varying the parameters of the Attenuation Map. Materials and Methods Siemens Symbia T16 SPECT/CT equipment was used. Artificial hip joint was inserted to SPECT/PET phantom, 17 mm sphere of Bright Streak area in CT image was filled with Tc-99m so that the radiation activity was 8 times compared to background. And then Hot and Background was measured in varying Wide Beam Coefficient on Attenuation Map and RBR (Region to Background Ratio) of Metal and Non-Metal was calculated and analyzed depending on the presence or absence of the hip joint. Results It tended to hot count of Non-Metal and Metal to increase as the value of the manual mode is increased, hot count ratio with the group of both manual mode 0.5 and 0.4 is the best match. Also, in automatic mode, the ratio of RBRNon-Metal and RBRMetal was 1.135, statistically significant difference was not observed in the manual mode 0.5 and 0.4. Conclusion In the automatic mode of Wide Beam Coefficient in attenuation correction map, it was found that it is over-correction by 13.52%, it was possible to minimize the over-correction by the artifact in 0.5 and 0.4 of manual mode. Further studies should be performed in order to apply to a patient with the help of this and it is considered possible to reduce the over-correction by the metal artifact of an artificial hip joint for Hip-Resurfacing Arthroplasty patients, and to improve the diagnostic performance.
Purpose SPECT/CT scan to be performed attenuation correction on the basis of CT induce an overestimation of the site due to the beam hardening artifact by metal cover and reduce the images quality. Therefore, this study using a phantom that has been inserted artificial hip joint investigated that effect on the SPECT/CT image causing by metal artifact for varying the parameters of the Attenuation Map. Materials and Methods Siemens Symbia T16 SPECT/CT equipment was used. Artificial hip joint was inserted to SPECT/PET phantom, 17 mm sphere of Bright Streak area in CT image was filled with Tc-99m so that the radiation activity was 8 times compared to background. And then Hot and Background was measured in varying Wide Beam Coefficient on Attenuation Map and RBR (Region to Background Ratio) of Metal and Non-Metal was calculated and analyzed depending on the presence or absence of the hip joint. Results It tended to hot count of Non-Metal and Metal to increase as the value of the manual mode is increased, hot count ratio with the group of both manual mode 0.5 and 0.4 is the best match. Also, in automatic mode, the ratio of RBRNon-Metal and RBRMetal was 1.135, statistically significant difference was not observed in the manual mode 0.5 and 0.4. Conclusion In the automatic mode of Wide Beam Coefficient in attenuation correction map, it was found that it is over-correction by 13.52%, it was possible to minimize the over-correction by the artifact in 0.5 and 0.4 of manual mode. Further studies should be performed in order to apply to a patient with the help of this and it is considered possible to reduce the over-correction by the metal artifact of an artificial hip joint for Hip-Resurfacing Arthroplasty patients, and to improve the diagnostic performance.
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문제 정의
본 연구에서는 인공 고관절에 의해 발생하는 인공물을 팬텀을 통해 재현하고, 감쇠보정지도에서 감약계수 자동설정이 유발하는 과대평가를 확인하며, 수동모드에서 이러한 과대평가를 줄일 수 있는 적정 기준값을 알아보고자 한다.
대평가를 유발하며, 영상의 질을 저하시킨다. 이에 대해, 본 연구에서는 인공고관절이 삽입된 팬텀을 이용하여 감쇠보정지도의 매개변수 변화에 따른 금속 인공물이 SPECT/ CT 영상에 미치는 영향을 알아보고자 한다. SPECT/CT 장비는 Siemens사의 Symbia T16을 사용하였다.
제안 방법
SPECT 영상 획득 조건은 Matrix Size 128×128, Zoom 1.00, 30 sec/view, 32 views, Step and Shoot, 140 keV Energy Window 15%로 설정하였고, SPECT 영상 재구성 방법으로는 3D OSEM (Ordered Subsets Expectation Maximization) 방법을 이용하여 Iteration 8, Subset 8, Gaussian FWHM 9.0, 감쇠보정과 산란보정을 적용하였다.
고관절전치환술에 사용하고 있는 인공 삽입물을 Phantom 내부에 고정하여 SPECT/CT를 총 3회 반복하여 진행했다. SPECT/PET Phantom의 내부(7830 mL)에 배후 방사능이 70.88 kBq/mL가 되도록 99mTcO4-를 물과 희석하여 채우고, CT 영상에서의 Bright streak 영역에 직경 17 mm의 구를 배후 방사능 대비 8배(567.05 kBq/mL)가 되도록 99mTcO4-를 채워 고정하였다. 이 때 인체의 연부조직과 구조는 고려되지 않았다.
0, 감쇠보정과 산란보정을 적용하였다. 감쇠 보정에 이용된 CT의 조건은 110 kV, CARE Dose4D, Slice 5.0 mm, Pitch 1.2, Rotation 1.0 sec로 설정하였으며, 영상 재구성 방법으로 kernel B08s SPECT AC, Recon increment 5.0 mm, Window Pelvis로 설정하고 Extended FOV와 Extended CT scale은 적용하지 않았다. 영상 재구성에는 Syngo workstation (Siemens Medical Solutions)을 사용하였다.
3), 3명의 방사선사가 5회 이상 반복하여 측정하였다. 감쇠보정지도에서 Beam Model의 넓은 빔 계수(Wide Beam Coefficient, WBC)의 변화에 따른 병소 대 배후방사능 비(Region to Background Ratio, RBR)를 산출하여 인공 고관절의 유무에 따라 비교하였다. 사용된 통계는 Paired t-test이며 SPSS 버전 17.
1). 고관절전치환술에 사용하고 있는 인공 삽입물을 Phantom 내부에 고정하여 SPECT/CT를 총 3회 반복하여 진행했다. SPECT/PET Phantom의 내부(7830 mL)에 배후 방사능이 70.
열소의 관심영역(Region Of Interest, ROI)과 동일한 크기의 배후방사능 관심영역 6개를 설정하고(Fig. 3), 3명의 방사선사가 5회 이상 반복하여 측정하였다. 감쇠보정지도에서 Beam Model의 넓은 빔 계수(Wide Beam Coefficient, WBC)의 변화에 따른 병소 대 배후방사능 비(Region to Background Ratio, RBR)를 산출하여 인공 고관절의 유무에 따라 비교하였다.
이후 감쇠보정지도에서 Wide Beam Coefficient[수동모드(0.1∼0.9), 자동모드]변화에 따른 열소와 배후방사능의 계수를 측정하였고, 고관절의 유무에 따라 Metal과 Non-Metal의 병소 대 배후방사능 비(Region to Background Ratio, RBR)를 산출 및 비교 분석하였다.
대상 데이터
고관절 삽입물에 의한 인공물을 재현하기 위해 SPECT/PET Phantom(Model: 76-823, Acrylic, 21.6×21.6×30.5)을 이용했다(Fig. 1).
사용된 장비는 Symbia T16 (Siemens Medical System, CTI, Konxville, TN, USA)이다(Fig. 2). SPECT 영상 획득 조건은 Matrix Size 128×128, Zoom 1.
데이터처리
감쇠보정지도에서 Beam Model의 넓은 빔 계수(Wide Beam Coefficient, WBC)의 변화에 따른 병소 대 배후방사능 비(Region to Background Ratio, RBR)를 산출하여 인공 고관절의 유무에 따라 비교하였다. 사용된 통계는 Paired t-test이며 SPSS 버전 17.0을 사용하였다.
이론/모형
0 mm, Window Pelvis로 설정하고 Extended FOV와 Extended CT scale은 적용하지 않았다. 영상 재구성에는 Syngo workstation (Siemens Medical Solutions)을 사용하였다.
성능/효과
이는, CT 값이 0 미만인 경우에는 핵종의 감쇠 계수는 물과 공기의 혼합 모델을 이용하여 계산되며, CT 값이 0 이상인 경우에는 물과 뼈의 혼합 모델을 이용하여 계산 된다.5)높은 원자번호의 금속이 존재할 때 낮은 에너지의 CT는 실제 SPECT 감쇠 보다 감쇠가 더 발생되었다고 평가되고 이로 인해 과 보정이 발생된다.6)실제로, 금속이 체내에 존재 때 CT를 기반으로 시행한 감쇠보정은 부정확 한 것으로 확인되었다.
6) 낮은 에너지 CT를 이용한 감쇠 보정은 높은 원자번호의 인공 고관절 주변부위에서 bright streak 영역이 발생하게 되고, SPECT/CT 검사에서 고관절 주변의 염증성 질환 판별에 과대평가를 유발하여 진단능을 저하시키는 원인이 된다. 이와 더불어 PET/CT 검사에서도 영상의 Bright streak 영역에서 SUV가 높게 평가되었다.
5)높은 원자번호의 금속이 존재할 때 낮은 에너지의 CT는 실제 SPECT 감쇠 보다 감쇠가 더 발생되었다고 평가되고 이로 인해 과 보정이 발생된다.6)실제로, 금속이 체내에 존재 때 CT를 기반으로 시행한 감쇠보정은 부정확 한 것으로 확인되었다.7)
78). 감쇠보정지도에서 Wide Beam Coefficient의 자동모드는 13.52% 과 보정 되는 것을 알 수 있었으며, 수동모드 중 0.4와 0.5에서 인공물에 의한 과 보정을 최소화 할 수 있었다. 이를 활용하여 환자에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이며, 고관절전치환술 환자의 인공고관절 주변에서 금속 인공물에 의한 과 보정을 감소시켜 진단능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
. 감쇠보정지도의 기본값인 자동모드에서 인공 고관절에 의해 약 13.5% 과 보정이 발생하였으며, 이를 감쇠보정지도의 WBC 0.4와 0.5사이 값을 설정하여 최소화 할 수 있었다.
9), 자동모드]변화에 따른 열소와 배후방사능의 계수를 측정하였고, 고관절의 유무에 따라 Metal과 Non-Metal의 병소 대 배후방사능 비(Region to Background Ratio, RBR)를 산출 및 비교 분석하였다. 수동모드의 값이 증가할수록 Metal과 Non-Metal의 열소 계수는 증가하는 경향을 나타냈으며, 수동모드 0.4와 0.5에서 두 군과의 열소 계수비가 가장 일치하게 나타났다(수동모드 0.4=1.001, 0.5=0.999). 또한 RBRMetal과 RBRNon-Metal의 비는 자동모드에서 1.
다. 이는 본 연구에서 13.52% 과대평가와 유사한 결과이며, 1개의 감쇠보정지도를 이용하여 Beam Model의 WBC를 확인한 결과, 자동모드의 감쇠보정은 WBC 0.8과 유사함을 확인할 수 있었다.
6) 낮은 에너지 CT를 이용한 감쇠 보정은 높은 원자번호의 인공 고관절 주변부위에서 bright streak 영역이 발생하게 되고, SPECT/CT 검사에서 고관절 주변의 염증성 질환 판별에 과대평가를 유발하여 진단능을 저하시키는 원인이 된다. 이와 더불어 PET/CT 검사에서도 영상의 Bright streak 영역에서 SUV가 높게 평가되었다.9)
. 인공 고관절의 유무에 따라 비교한 결과 WBC의 0.4와 0.5에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 1).
인공 고관절이 존재할 때 RBR은 WBC의 증가에 따라 증가하였고, 이에 비해 인공 고관절이 존재하지 않을 때는 WBC의 증가에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 인공 고관절의 유무에 따라 비교한 결과 WBC의 0.
통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았던 WBC 0.4에서의 육안적인 평가 또한 변화를 보이지 않았으며, 자동모드에서는 육안적인 변화를 확인 할 수 있다(Fig. 6).
후속연구
하기 위해서는 추가적인 연구가 이루어져야 한다. 또한, 다양한 인체 금속 삽입물을 비롯한 인공 관절의 크기와 구성성분에 따른 연구를 진행한다면 CT를 기반으로 감쇠보정을 시행한 SPECT/CT 검사에서 정확성을 제고할 수 있을 것이다.
본 연구는 Phantom을 대상으로 시행한 것으로 임상에 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 이루어져야 한다. 또한, 다양한 인체 금속 삽입물을 비롯한 인공 관절의 크기와 구성성분에 따른 연구를 진행한다면 CT를 기반으로 감쇠보정을 시행한 SPECT/CT 검사에서 정확성을 제고할 수 있을 것이다.
본 연구를 바탕으로 추후 치과용 보철물 또는 심장박동 조율기와 같은 다양한 인체 금속 삽입물에 대한 과 보정을 확인하고, 감소 시킬 수 있는 감쇠보정지도의 WBC 기준 값에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
5에서 인공물에 의한 과 보정을 최소화 할 수 있었다. 이를 활용하여 환자에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이며, 고관절전치환술 환자의 인공고관절 주변에서 금속 인공물에 의한 과 보정을 감소시켜 진단능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SPECT/CT 검사의 진단능을 저하시키는 것은 무엇인가?
이와 더불어 고관절전치환술을 시행한 환자는 전신 뼈 검사와 함께 SPECT/CT 검사도 증가하고 있다. CT를 기반으로 감쇠 보정이 시행되는 SPECT/CT 검사는 체내의 금속 인공 고관절 의한 선속경화현상(Beam Hardening) 으로 인공물(Artifact)이 발생하게 된다.8)이는 SPECT 영상에서 주변 부위의 과대평가를 유발하는 감쇠보정으로 진단능을 저하시키는 원인이 된다.7)
SPECT/CT의 의의는?
SPECT/CT (Single Photon Emission Computed Tomography/Computed Tomography)는 임상 분야에서의 중요성이 강조되고 있으며, SPECT/CT 검사의 컴퓨터 전산화 단층촬영(Computed Tomography, CT)은 해부학적 영상을 제공할 뿐만 아니라, SPECT 데이터를 보정하기 위한 감쇠보정지도를 제공 한다.1~4)현재, 쌍선형 함수(bilinear function)가 SPECT/CT에 대한 감쇠보정공식으로 사용되고 있다.
쌍선형 함수를 이용한 SPECT/CT의 특징은?
1~4)현재, 쌍선형 함수(bilinear function)가 SPECT/CT에 대한 감쇠보정공식으로 사용되고 있다.이는, CT 값이 0 미만인 경우에는 핵종의 감쇠 계수는 물과 공기의 혼합 모델을 이용하여 계산되며, CT 값이 0 이상인 경우에는 물과 뼈의 혼합 모델을 이용하여 계산 된다.5)높은 원자번호의 금속이 존재할 때 낮은 에너지의 CT는 실제 SPECT 감쇠 보다 감쇠가 더 발생되었다고 평가되고 이로 인해 과 보정이 발생된다.
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