[논문]두경부 PET/CT검사 시 인공음영 감소에 관한 연구 (환자 피폭선량 경감)

김기진; 김가중; 유세종; 김정호

doi:10.12812/ksms.2016.18.1.153

[국내논문] 두경부 PET/CT검사 시 인공음영 감소에 관한 연구 (환자 피폭선량 경감)
The Study of Decrease Artifact when Scanning Head and Neck PET/CT(Decrease Radiation Dose of Patient) 원문보기

대한안전경영과학회지 = Journal of the Korea safety management & science, v.18 no.1, 2016년, pp.153 - 158

김기진 (건양대학교병원 영상의학과) , 김가중 (극동대학교 방사선학과) , 유세종 (건양대학교병원 영상의학과) , 김정호 (건양대학교병원 방사선종양학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Beam hardening artifact can be caused by metal material when performing PET exam. Therefore, we studied a solution decreasing artifact caused by metallic dental implant. The higher voltage, the lesser artifact in CT exam. But Higher voltage dosen't affect PET exam. The thicker silicon the lesser artifact in CT and PET exam. Both methods make less artifact in CT and PET exam. But considering safety of patient, the way of using silicon is better.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이런 Bright Streak 영영 및 Dark Streak 영역에 의해서 PET영상의 왜곡이 발생하게 되어 두경부 PET/CT 촬영 시 영상의 질 저하와 두경부 질환의 진단능력의 저하로 이이질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CT영상의 선속경화현상을 저감시키는 동시에 PET영상에서의 왜곡감소의 방법을 제시하기 위해 연구를 실시했다. 첫째로 Silicon을 이용한 방법을 제시 하였다.
결국 CT촬영 시 발생 된 선속 경화 현상으로 인해 PET영상에서 인공음영이 발생할수 있다. 따라서 본 연구에서는 금속성 치아충전물에 의해서 발생하는 인공음영을 Phantom을 이용하여 재현한 뒤 인공음영을 감소시킬 수 있는 방법을 연구하여 두경부 PET/CT검사 시 영상의 질 향상과 진단적 오류를 감소하기 위한 방법을 제시하고자 한다.
대부분의 CT 장비에서는 120kVp 이상의 고관전압이 사용되는데 이는 피사체를 투과하여 검출기에 도달되는 X-선량을 증가시켜 검출기의 반응성을 최대화시키기위함으로 연부조직에 대한 뼈의 대조도를 감소시키고 피사체 내의 심한 감약 차이로 인해 발생하는 선속경화 효과 등에 의한 아티팩트의 발생을 억제하고, 연부 조직 내의 근소한 감약계수 차이를 감지하기 위함이다[7]. 따라서 본 연구에서도 관전압의 변화에 따른 CT 와 PET영상의 변화를 확인하였다. 관전압을 100kVp 에서 140kVp로 증가시켜 촬영을 하였을 경우 HU은 Bright Streak영역에서는 4.
따라서 방사선을 이용한 영상 획득 시 ALARA(As Low As Reasonably Achievable)의 원칙을 고려하여 최대한 방사선피폭이 낮게 유지해야 하는 원칙에 따라 적절한 판단이 요구될 것으로 생각이 된다. 본 연구에서는 금속성 치아 충전물에 의한 인공 음영을 감소시키기 위해 Silicon형태의 충전물을 사용 하는 방법과 관전압을 상승시키는 두 가지 방법에 대하여 실험을 하였다. 두 방법 모두 CT영상 및 PET영상에서의 인공음영감소에 효과가 있었으나 환자의 안전을 고려한다면 방사선 피폭이 적게 발생하는 Silicon 충전물을 사용하는 방법이 적절할 것으로 사료가 된다.

제안 방법

CT영상에서 선속경화에 의한 인공음영을 발생시키기 위해 실제 환자가 사용하였던 치아충전물과 인체의 하악을 대신하기 위해 돼지 다리 뼈를 이용하여 금속성 치아 충전물이 있는 하악구조를 그림 2와 같이 제작하였다. PET scan을 위해 미국 Biodex사의 PET PERFORMANCE Phantom을 사용하였다.
Silicon 두께에 따른 영상의 왜곡분석을 확인하기 위해 0.5cm두께의 사각형 형태의 실리콘을 겹쳐서 두께를 증가시키면서 5회 촬영을 실시하였다. Silicon의 두께를 0.
5cm두께의 사각형 형태의 실리콘을 겹쳐서 두께를 증가시키면서 5회 촬영을 실시하였다. Silicon의 두께를 0.5cm, 1cm, 1.5cm로 조절 하여 금속성 충전물이 있는 치아모형을 감싸 사용하였다. 먼저 CT영상을 획득한 뒤 바로 PET영상을 획득하였다.
관전압 변화에 따른 영상의 왜곡분석을 확인하기 위해 관전압을 90kVp, 120kVp, 140kVp까지 변화를 주며 각각 5회 영상을 획득하였다. 각 관전압별로 CT영상을 획득한 뒤 바로 PET영상을 획득하였다. CT영상을 획득하기 위해 140kVp, 70mA의 노출조건과 4mm 의 절편두께로 CT영상을 획득하였고 PET영상은 1min/bed의 조건으로 총 2분 획득하였다.
관전압 변화에 따른 영상의 왜곡분석을 확인하기 위해 관전압을 90kVp, 120kVp, 140kVp까지 변화를 주며 각각 5회 영상을 획득하였다. 각 관전압별로 CT영상을 획득한 뒤 바로 PET영상을 획득하였다.
첫째 Silicon의 두께를 달리한 CT영상에서 Bright Streak(BS)영역과 Dental Implant(DI)영역의 동일한 위치에 ROI(Region Of Interest)를 설정하여 HU를 측정 후 PET영상에서 동일한 위치에 ROI를 설정하여 SUV를 측정하였다. 둘째 관전압을 달리한 CT영상에서 Bright Streak(BS)영역과 Dental Implant(DI)영역의 동일한 위치에 ROI(Region Of Interest)를 설정하여 HU를 측정 후 PET영상에서 동일한 위치에 ROI를 설정하여 SUV를 측정하였다.
5cm로 조절 하여 금속성 충전물이 있는 치아모형을 감싸 사용하였다. 먼저 CT영상을 획득한 뒤 바로 PET영상을 획득하였다. CT영상을 획득하기 위해 140kVp, 50mA의 노출조건과 4mm의 절편두께로 CT영상을 획득하였고 PET영상은 1min/bed 의 조건으로 총 2분 획득하였다.
5version을 이용하여 영상을 분석하였다. 첫째 Silicon의 두께를 달리한 CT영상에서 Bright Streak(BS)영역과 Dental Implant(DI)영역의 동일한 위치에 ROI(Region Of Interest)를 설정하여 HU를 측정 후 PET영상에서 동일한 위치에 ROI를 설정하여 SUV를 측정하였다. 둘째 관전압을 달리한 CT영상에서 Bright Streak(BS)영역과 Dental Implant(DI)영역의 동일한 위치에 ROI(Region Of Interest)를 설정하여 HU를 측정 후 PET영상에서 동일한 위치에 ROI를 설정하여 SUV를 측정하였다.
따라서 본 연구에서는 CT영상의 선속경화현상을 저감시키는 동시에 PET영상에서의 왜곡감소의 방법을 제시하기 위해 연구를 실시했다. 첫째로 Silicon을 이용한 방법을 제시 하였다. Kim은 두경부 CT검사 시 금속물질에 의해 발생되는 인공물을 감소시키기 위해 실리콘을 이용하여 실험한 결과 Silicon으로 금속물질을 shield한 결과 HU가 낮아 졌고 영상의 화질평가에서도 좋은 평가를 받았다[6].

대상 데이터

먼저 CT영상을 획득한 뒤 바로 PET영상을 획득하였다. CT영상을 획득하기 위해 140kVp, 50mA의 노출조건과 4mm의 절편두께로 CT영상을 획득하였고 PET영상은 1min/bed 의 조건으로 총 2분 획득하였다.
각 관전압별로 CT영상을 획득한 뒤 바로 PET영상을 획득하였다. CT영상을 획득하기 위해 140kVp, 70mA의 노출조건과 4mm 의 절편두께로 CT영상을 획득하였고 PET영상은 1min/bed의 조건으로 총 2분 획득하였다.
CT영상에서 선속경화에 의한 인공음영을 발생시키기 위해 실제 환자가 사용하였던 치아충전물과 인체의 하악을 대신하기 위해 돼지 다리 뼈를 이용하여 금속성 치아 충전물이 있는 하악구조를 그림 2와 같이 제작하였다. PET scan을 위해 미국 Biodex사의 PET PERFORMANCE Phantom을 사용하였다. Phantom안에 멸균 증류수를 채워 넣었고 18F-FDG를 74MBq을 멸균증류수와 희석하여 사용하였다.
양전자방출 전산화 단층촬영(Positron Emission Tomography/Computed Tomography, PET/CT)은 암의 진단 및 병기설정, 암의 재발, 치료효과 판정 등 암의 치료와 추적검사에 유용하게 사용되는 핵의학 영상기술이다. 과거 양전자방출 단층촬영(Positron Emission Tomography, PET)은 137Cs나 68Ge 선원을 이용하여 감쇠보정을 실시하였다. 현재 PET/CT 에서는 이러한 선원 대신 컴퓨터 전산화 단층촬영 (Computed Tomography, CT)영상을 이용하여 감쇠보정을 한다.
Phantom안에 멸균 증류수를 채워 넣었고 18F-FDG를 74MBq을 멸균증류수와 희석하여 사용하였다. 사용한 PET/CT장비는 Philips사의 GEMINI TF 16을 사용하여 영상을 획득하였다.

데이터처리

영상분석은 EBW 3.5version을 이용하여 영상을 분석하였다. 첫째 Silicon의 두께를 달리한 CT영상에서 Bright Streak(BS)영역과 Dental Implant(DI)영역의 동일한 위치에 ROI(Region Of Interest)를 설정하여 HU를 측정 후 PET영상에서 동일한 위치에 ROI를 설정하여 SUV를 측정하였다.

성능/효과

연구 결과 금속성 치아충전물 주위를 감싼 실리콘의 두께가 두꺼워 질수록 CT영상에서의 왜곡이 감소되었고 HU은 Bright Streak영에서는3% 감소되었다. PET영상에서 SUV는 57.1% 감소가 확인이 되어치아충전물 주위에 Silicon을 채워 넣을 경우 선속경화 현상을 감소시키는데 유용함을 확인할 수 있었다. Silicon의 경우 여러 형태로 가공하기가 수월하기 때문에 두경부 뿐만 아니라 다른 부위에서 발생하는 선속 경화현상을 감소시킬 수 있을 것으로 생각이 된다.
Silicon의 두께를 다르게 하였을 때의 CT영상에서 HU의 변화를 확인한 결과 Bright Streak 영역에서는-855±28.8에서 -881.3±61.1로 3% 감소되었다.
Sigel은 소아검사시 kVp를 140에서 80으로 감소할 경우 선량은 78%가 감소한다 하였고[9] 심질환 환자 검사시 관전압을 120kVp에서 100kVp로 감소시 선량이 53% 감소한다고 보고하였다[10]. 관전압을 증가시켜 영상을 획득 할 경우 CT 영상에서 인공음영은 감소가 되었으나 PET영상에서의 변화는 없음을 실험을 통하여 확인하였다. 결국 CT영상에서의 인공음영을 감소시키기 위해 관전압을 증가 시키면 환자의 피폭선량을 증가되는 문제점이 발생하게 된다.
관전압을 증가하였을 때 CT 영상에서 HU의 변화를 확인한 결과 Bright Streak영역에서는 -835.6±20.4에서 -882.4±21.6로 5.4%감소 되었다.
본 연구에서는 금속성 치아 충전물에 의한 인공 음영을 감소시키기 위해 Silicon형태의 충전물을 사용 하는 방법과 관전압을 상승시키는 두 가지 방법에 대하여 실험을 하였다. 두 방법 모두 CT영상 및 PET영상에서의 인공음영감소에 효과가 있었으나 환자의 안전을 고려한다면 방사선 피폭이 적게 발생하는 Silicon 충전물을 사용하는 방법이 적절할 것으로 사료가 된다.
Kim은 두경부 CT검사 시 금속물질에 의해 발생되는 인공물을 감소시키기 위해 실리콘을 이용하여 실험한 결과 Silicon으로 금속물질을 shield한 결과 HU가 낮아 졌고 영상의 화질평가에서도 좋은 평가를 받았다[6].연구 결과 금속성 치아충전물 주위를 감싼 실리콘의 두께가 두꺼워 질수록 CT영상에서의 왜곡이 감소되었고 HU은 Bright Streak영에서는3% 감소되었다. PET영상에서 SUV는 57.
영상을 통한 변화를 확인하였을 때 Silicon의 두께를증가시켰을 때 CT에서 발생되는 Bright Streak 및 Dark Streak이 줄어들었다. 또한 PET영상에서 Silicon 을 사용하지 않았을 때 발생 된 인공음영은 두께 0.
6% 감소되었으나 PET에서 SUV는 거의 변화가 없었다. 영상을 통해서 육안으로 확인하였을 때 CT영상에서 인공음영은 관전압이 높아질수록 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다. CT의 관전압이 낮으면 전자밀도가 낮은 골조직에 가까운 물질일수록 HU가 커지므로[8] 관전압을 상승시켜 HU를 낮게 할 수가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양전자방출 전산화 단층촬영은 무엇인가?	양전자방출 전산화 단층촬영(Positron Emission Tomography/Computed Tomography, PET/CT)은 암의 진단 및 병기설정, 암의 재발, 치료효과 판정 등 암의 치료와 추적검사에 유용하게 사용되는 핵의학 영상기술이다. 과거 양전자방출 단층촬영(Positron Emission Tomography, PET)은 137Cs나 68Ge 선원을 이용하여 감쇠보정을 실시하였다.
	CT 촬영 시 금속 삽입물이 어떤 영역이 발생하는가?	치아 상실부위의 치료를 위해 임플란트, 틀니 등의 치과용 금속성 치아충전물(Metalic Dental Implant, MDI)이이 있는 상태에서 두경부 PET/CT를 시행할 때 CT 촬영 시 그림 1과 같이 선속경화현상(Beam Hardening Artifact)이 발생하게 된다. 이런 금속성 삽입물로 인해 CT Hounsfield Unit(HU)이 높게 측정 되는 Bright Streak(BS)영역과 HU가 낮게 측정되는 Dark Streak(DS)영역이 발생하게 된다[2].
	감쇠보정은 무엇을 가능하게 하는 것인가?	현재 PET/CT 에서는 이러한 선원 대신 컴퓨터 전산화 단층촬영 (Computed Tomography, CT)영상을 이용하여 감쇠보정을 한다. 감쇠보정은 병변의 크기나 모양, 위치의 왜곡을 방지하며 인체 심부에 위치한 종양의 정확한 방사능 농도의 측정을 가능하게 하는 것이다[1]. CT를 기반으로 감쇠보정이 시행되는 PET/CT의 경우 인체 내에 금속성 물질이 있는 경우 금속 삽입물로 인한 X 선의 강한 흡수차이로 인공물이 발생하게 된다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
Goerres, G.W. Ziegler, S.I. Gurger C. et al.,(2003), "Artifacts at PET and PET/CT acused by metallic hip prosthetic material", Radiology, 226:577-584.

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Claude Nahmias, Catherine Lemmens, David Faul et al,.(2008), "Dose Reducing CT Artifacts from Dental Implants Influence the PET Interpretation in PET/CT Studies of Oral Cancer and Head and Neck Cancer?." 49:1047-1052.

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Kim, K.J. Bea, S.B. Han, S.H. et al.,(2012), "The Effect of Metal Dental Implant on Positron Emission Tomography Comuted Tomography Image." SDPM, 10(2):243-247.
Kim, H.J.(2010), "Study for Improving Image Quality by Reducing High Contrast(Metallic) Artifact in Head & Neck CT Scan." Graduate School of Soonchunhyang University
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Kang, S.K. Cho, B.C. Park, H.C. et al,.(2004), "The Effects of the CT Voltages on the Dose Calculated by Commercial RTP System." Korean Journal of Medical Physics, 15(1):23-29.
Sigal-Cinqualbre A.B. (2004), "Low Kilovoltage Multi-Detector Row Chest CT in Adults:Fesibility and Effect on Image Quality and Iodine Dose", Radiology, 231(1):169-174.

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Dischoff B,(2009), "Impact of a Reduced Tube Voltage on CT Angiography and Radiation Dose:Results of the PROTECTION I Study", JACC Cardiovasc Imaging, 2(8):940-946.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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