최근 Cadmium-zinc-telluride (CZT) 반도체를 이용한 심장전용 감마카메라가 심장 핵의학 검사에 사용되고 있다. 본 연구는 기존 NaI(Tl) 신틸레이터를 사용한 감마카메라와 성능을 비교해 보고자 한다. CZT반도체를 사용한 심장전용 감마카메라(DSPECT, Spectrum-dynamic)와 범용 신틸레이터 SPECT 감마카메라(Infinia, GE)를 사용하여 연구를 진행했다. 방사성 동위원소는 $^{99m}TcO^{-4}$를 사용하고, 일반 임상 심장핵의학 검사에 사용된 조건을 실험 조건으로 설정 했다. NEMA 2001, 3 line phantom을 사용하여 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 측정하여 공간분해능(Spatial resolution)을 비교했다. 심장 팬텀을 사용하여 대조도대잡음비(Contrast to noise, CNR)를 비교하여 영상을 평가했다. 그리고 팬텀의 시간 당 MBq당 계수를 측정하여 민감도도 평가했다. NaI (Tl) 신틸레이터를 사용한 범용SPECT 감마카메라와 CZT 반도체를 사용한 심장 전용 감마카메라의 영상평가에서 감도는 $52.83counts{\cdot}sec^{-1}{\cdot}MBq^{-1}$과 $195.83counts{\cdot}sec^{-1}{\cdot}MBq^{-1}$로 나왔고, 공간분해능은 16.90 mm과 9.47 mm로 나왔다. 그리고 대조도대 잡음비는 3.6 과 4.2 로 나왔다. 기존 카메라를 이용한 심장 핵의학 영상과 비교하여 CZT를 사용한 심장 전용 감마카메라는 감도 및 공간분해능, 대조도대잡음비가 기존 감마카메라와 비교하여 월등하여 임상에서 환자의 피폭선량 저감과 검사 시간 단축, 높은 분해능의 영상으로 환자 만족도에 큰 영향을 줄 것으로 사료 된다.
최근 Cadmium-zinc-telluride (CZT) 반도체를 이용한 심장전용 감마카메라가 심장 핵의학 검사에 사용되고 있다. 본 연구는 기존 NaI(Tl) 신틸레이터를 사용한 감마카메라와 성능을 비교해 보고자 한다. CZT반도체를 사용한 심장전용 감마카메라(DSPECT, Spectrum-dynamic)와 범용 신틸레이터 SPECT 감마카메라(Infinia, GE)를 사용하여 연구를 진행했다. 방사성 동위원소는 $^{99m}TcO^{-4}$를 사용하고, 일반 임상 심장핵의학 검사에 사용된 조건을 실험 조건으로 설정 했다. NEMA 2001, 3 line phantom을 사용하여 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 측정하여 공간분해능(Spatial resolution)을 비교했다. 심장 팬텀을 사용하여 대조도대잡음비(Contrast to noise, CNR)를 비교하여 영상을 평가했다. 그리고 팬텀의 시간 당 MBq당 계수를 측정하여 민감도도 평가했다. NaI (Tl) 신틸레이터를 사용한 범용SPECT 감마카메라와 CZT 반도체를 사용한 심장 전용 감마카메라의 영상평가에서 감도는 $52.83counts{\cdot}sec^{-1}{\cdot}MBq^{-1}$과 $195.83counts{\cdot}sec^{-1}{\cdot}MBq^{-1}$로 나왔고, 공간분해능은 16.90 mm과 9.47 mm로 나왔다. 그리고 대조도대 잡음비는 3.6 과 4.2 로 나왔다. 기존 카메라를 이용한 심장 핵의학 영상과 비교하여 CZT를 사용한 심장 전용 감마카메라는 감도 및 공간분해능, 대조도대잡음비가 기존 감마카메라와 비교하여 월등하여 임상에서 환자의 피폭선량 저감과 검사 시간 단축, 높은 분해능의 영상으로 환자 만족도에 큰 영향을 줄 것으로 사료 된다.
Purpose Recently, Cadmium-zinc-telluride (CZT) semiconductor myocardial SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) has been used myocardial scintigraphy. In this study, the performance of Semiconductor SPECT and conventional SPECT systems was compared by a comprehensive analysis of phantom S...
Purpose Recently, Cadmium-zinc-telluride (CZT) semiconductor myocardial SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) has been used myocardial scintigraphy. In this study, the performance of Semiconductor SPECT and conventional SPECT systems was compared by a comprehensive analysis of phantom SPECT images. Materials and Methods Methods: We evaluated the DSPECT CZT SEPCT (Spectrum-dynamic) and INFINA conventional (GE). Physical performance was compared on reconstructed SPECT images from a phantom. Results For count sensitivity on cardiac phantom images ($counts{\cdot}sec^{-1}{\cdot}MBq^{-1}$), DSPECT had a sensitivity of conventional SPECT. This classification was similar to that of myocardial counts normalized to injected activities from phantom images (respective mean values, $counts{\cdot}sec^{-1}{\cdot}MBq^{-1}$: 195.83 and 52.83). For central spatial resolution: DSPECT, 9.47mm; conventional SPECT, 16.90mm. For contrast-to-noise ratio on the phantom: DSPECT, 4.2; conventional SPECT, 3.6. Conclusion The performance of CZT cameras is dramatically higher than that of conventional SPECT. However, CZT cameras differ in that spatial resolution and contrast-to-noise ratio are better with conventional SPECT, whereas count sensitivity is markedly higher with the DSPECT.
Purpose Recently, Cadmium-zinc-telluride (CZT) semiconductor myocardial SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) has been used myocardial scintigraphy. In this study, the performance of Semiconductor SPECT and conventional SPECT systems was compared by a comprehensive analysis of phantom SPECT images. Materials and Methods Methods: We evaluated the DSPECT CZT SEPCT (Spectrum-dynamic) and INFINA conventional (GE). Physical performance was compared on reconstructed SPECT images from a phantom. Results For count sensitivity on cardiac phantom images ($counts{\cdot}sec^{-1}{\cdot}MBq^{-1}$), DSPECT had a sensitivity of conventional SPECT. This classification was similar to that of myocardial counts normalized to injected activities from phantom images (respective mean values, $counts{\cdot}sec^{-1}{\cdot}MBq^{-1}$: 195.83 and 52.83). For central spatial resolution: DSPECT, 9.47mm; conventional SPECT, 16.90mm. For contrast-to-noise ratio on the phantom: DSPECT, 4.2; conventional SPECT, 3.6. Conclusion The performance of CZT cameras is dramatically higher than that of conventional SPECT. However, CZT cameras differ in that spatial resolution and contrast-to-noise ratio are better with conventional SPECT, whereas count sensitivity is markedly higher with the DSPECT.
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문제 정의
최근 CZT 반도체 타입의 감마카메라가 개발 되면서 많은 여러 논문들이 전세계적으로 발표 되고 있다. 본 논문은 우리나라에서 처음으로 기존 NaI(Tl) 범용감마카메라와 비교한 최초의 논문이다. 본 논문의 참고문헌인 Laetitia Imbert 의 논문을 참고 했지만, 직접 팬텀을 사용해 비교했다.
현재 심근 관류검사에서 NaI(Tl) 듀열 디텍터를 사용한 SPECT와 CZT 반도체 디텍터 타입 심장 전용 SPECT가 임상에서 사용되고 있다6)9). 본 연구는 NaI(Tl) 범용 SPECT와 CZT 반도체 타입 심장 전용 SPECT를 사용하여 심근 관류 검사에서 팬텀 영상을 비교하여 성능 평가를 해보고자 하였다.
최근 Cadmium-zinc-telluride (CZT) 반도체를 이용한 심장 전용 감마카메라가 심장 핵의학 검사에 사용되고 있다. 본 연구는 기존 NaI(Tl) 신틸레이터를 사용한 감마카메라와 성능을 비교해 보고자 한다. CZT반도체를 사용한 심장전용 감마카메라(DSPECT, Spectrum-dynamic)와 범용 신틸레이터 SPECT 감마카메라(Infinia, GE)를 사용하여 연구를 진행했다.
제안 방법
팬텀은 3-line 팬텀과 Jaszczak 팬텀을 사용하였다. 3-line 팬텀은 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)을 측정하여 공간분해능을 측정했다. 해상도 평가는 내경이 4mm 인 3라인 팬텀을 사용하여 99mTcO4-ml 당 2MBq를 라인에 삽입했다.
CZT 반도체 타입 심장전용 감마카메라와 범용 감마카메라의 심장 검사 시 영상평가는 해상력평가, 대조도대 잡음비, Bq당 계수율을 팬텀 실험을 통해 평가했다. 해상력 평가는 반치폭을 사용 했고, 중심부는 심장 전용 감마카메라가 9.
본 연구는 기존 NaI(Tl) 신틸레이터를 사용한 감마카메라와 성능을 비교해 보고자 한다. CZT반도체를 사용한 심장전용 감마카메라(DSPECT, Spectrum-dynamic)와 범용 신틸레이터 SPECT 감마카메라(Infinia, GE)를 사용하여 연구를 진행했다. 방사성 동위원소는 99mTcO-4 를 사용하고, 일반 임상 심장 핵의학 검사에 사용된 조건을 실험 조건으로 설정 했다.
해상도 평가는 내경이 4mm 인 3라인 팬텀을 사용하여 99mTcO4-ml 당 2MBq를 라인에 삽입했다. Jaszczak 팬텀을 사용하여 대조도대 잡음비(Contrast to Noise Ratio; CNR)와 계수 민감도(Counts Sensitivity)를 측정했다.
방사성 동위원소는 99mTcO-4 를 사용하고, 일반 임상 심장 핵의학 검사에 사용된 조건을 실험 조건으로 설정 했다. NEMA 2001, 3 line phantom을 사용하여 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 측정하여 공간분해능(Spatial resolution)을 비교했다. 심장 팬텀을 사용하여 대조도대잡음비(Contrast to noise, CNR)를 비교하여 영상을 평가했다.
계수민감도도 Jaszczak 팬텀을 사용하여 장비 QC 권고 계수인 200만 카운트를 획득하였습니다. 계수 민감도는 MBq당 계수율을 측정했다.
심장 팬텀을 사용하여 대조도대잡음비(Contrast to noise, CNR)를 비교하여 영상을 평가했다. 그리고 팬텀의 시간 당 MBq당 계수를 측정하여 민감도도 평가했다. NaI (Tl) 신틸레이터를 사용한 범용SPECT 감마카메라와 CZT 반도체를 사용한 심장 전용 감마카메라의 영상평가에서 감도는 52.
대조도대 잡음비는 Jaszczak 팬텀을 사용하여 12.7 mm 의 냉소 부위에서 1cm 의 크기로 관심영역을 설정하고, 주위 열소 부위의 1cm 의 크기로 6개 관심영역의 평균을 측정하여 분석했다(Fig. 2).
본 논문은 우리나라에서 처음으로 기존 NaI(Tl) 범용감마카메라와 비교한 최초의 논문이다. 본 논문의 참고문헌인 Laetitia Imbert 의 논문을 참고 했지만, 직접 팬텀을 사용해 비교했다. 결과도 물론 같았다.
결과도 물론 같았다. 실험 방법상의 문제로 본문에서 언급되지 못했지만 임상환자의 영상분석을 시행했다. 같은 환자로 심장 검사결과가 변화가 없는 환자를 대상으로 진행했다.
NEMA 2001, 3 line phantom을 사용하여 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 측정하여 공간분해능(Spatial resolution)을 비교했다. 심장 팬텀을 사용하여 대조도대잡음비(Contrast to noise, CNR)를 비교하여 영상을 평가했다. 그리고 팬텀의 시간 당 MBq당 계수를 측정하여 민감도도 평가했다.
장비는 Dynamic spectrum사의 D-SPECT 심장 전용 SPECT 장비와 GE사의 INFINIA 범용 감마카메라 장비를 사용하여 실험을 진행했다. D-SPECT 장비는 CZT 반도체 디덱터를 사용했고, INFINIA 장비는 NaI (Tl) 신틸레이터 디텍터를 사용했다.
해상력 평가는 팬텀의 중간부분 단면의 원형의 중앙부위(Central), 종축부위(Tangential), 횡축부위(Radial)를 FWHM을 사용하여 해상력을 측정 평가했다(Fig. 1).
대상 데이터
같은 환자로 심장 검사결과가 변화가 없는 환자를 대상으로 진행했다. 28명의 환자로 영상분석을 했다. 임상 환자에서는 심근관류 영상에서 Short axis 영상의 중심 영상을 기준으로 Resolution은 평균 50% 향상, CNR은 약 50% 향상 되었다.
실험 방법상의 문제로 본문에서 언급되지 못했지만 임상환자의 영상분석을 시행했다. 같은 환자로 심장 검사결과가 변화가 없는 환자를 대상으로 진행했다. 28명의 환자로 영상분석을 했다.
4도-7도 회전한다. 그래서 120개의 프로젝션을 생성하여 영상을 구성한다. 8분 동안 영상을 획득했다.
CZT반도체를 사용한 심장전용 감마카메라(DSPECT, Spectrum-dynamic)와 범용 신틸레이터 SPECT 감마카메라(Infinia, GE)를 사용하여 연구를 진행했다. 방사성 동위원소는 99mTcO-4 를 사용하고, 일반 임상 심장 핵의학 검사에 사용된 조건을 실험 조건으로 설정 했다. NEMA 2001, 3 line phantom을 사용하여 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 측정하여 공간분해능(Spatial resolution)을 비교했다.
D-SPECT 장비는 CZT 반도체 디덱터를 사용했고, INFINIA 장비는 NaI (Tl) 신틸레이터 디텍터를 사용했다. 팬텀은 3-line 팬텀과 Jaszczak 팬텀을 사용하였다. 3-line 팬텀은 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)을 측정하여 공간분해능을 측정했다.
3-line 팬텀은 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)을 측정하여 공간분해능을 측정했다. 해상도 평가는 내경이 4mm 인 3라인 팬텀을 사용하여 99mTcO4-ml 당 2MBq를 라인에 삽입했다. Jaszczak 팬텀을 사용하여 대조도대 잡음비(Contrast to Noise Ratio; CNR)와 계수 민감도(Counts Sensitivity)를 측정했다.
이론/모형
영상재구성 방법은 Iterative 3D 방법을 사용했고, 심장 영상 전용 재구성법으로 사용된다. Iterative 3D 재구성법에서 iteration 4, Subset: 32 이고, Iteration filter 는 Kernel (0.125) 방법과 Normalizing filter 를 사용했다. 픽셀 사이즈는 4.
기존 NaI(Tl) 신틸레이터와 저에너지 콜리메이터를 사용하였고, 영상의 재구성은 여과역투사 (FBP; Filtered Back Projection) 방법을 사용했다. Pre-filter는 Butterworth법을 사용했고, Critical frequency 0.4, Power 10, Ramp filter는 Quantitative를 사용했다. 픽셀 사이즈는 6.
35분 동안 영상을 획득했다. 기존 NaI(Tl) 신틸레이터와 저에너지 콜리메이터를 사용하였고, 영상의 재구성은 여과역투사 (FBP; Filtered Back Projection) 방법을 사용했다. Pre-filter는 Butterworth법을 사용했고, Critical frequency 0.
8분 동안 영상을 획득했다. 영상재구성 방법은 Iterative 3D 방법을 사용했고, 심장 영상 전용 재구성법으로 사용된다. Iterative 3D 재구성법에서 iteration 4, Subset: 32 이고, Iteration filter 는 Kernel (0.
성능/효과
83 였다. CZT 반도체 타입 심장전용 감마카메라가 범용 감마카메라 보다 대조도대 잡음비는 42.40%, 374.43% 더 높게 나왔다.
CZT 심장 전용 감마카메라와 범용 감마카메라의 팬텀 영상을 이용한 성능 평가에서 해상도, 대조도대 잡음비, MBq 당 계수율 모두 반도체 타입 CZT 심장전용 감마카메라가 높게 평가 되었다. 심근 관류 검사 시 반도체 타입 CZT 감마카메라를 이용하여, 검사를 진행 한다면, 높은 해상력과 낮은 피폭선량, 짧은 시간에 검사가 가능하여 심장 핵의학 발전에 큰 영향을 줄 것으로 사료된다.
NaI (Tl) 신틸레이터를 사용한 범용SPECT 감마카메라와 CZT 반도체를 사용한 심장 전용 감마카메라의 영상평가에서 감도는 52.83 count · sec-1 · MBq-1과 195.83 count · sec-1 · MBq-1 로 나왔고, 공간분해능은 16.90 mm과 9.47 mm로 나왔다.
2 로 나왔다. 기존 카메라를 이용한 심장 핵의학 영상과 비교하여 CZT를 사용한 심장 전용 감마카메라는 감도 및 공간분해능, 대조도대잡음비가 기존 감마카메라와 비교하여 월등하여 임상에서 환자의 피폭선량 저감과 검사 시간 단축, 높은 분해능의 영상으로 환자 만족도에 큰 영향을 줄 것으로 사료 된다.
3). 반도체 타입 심장전용 감마카메라가 범용 감마카메라보다 중심부에서는 60%, 횡축 방향은 66.9%, 종축방향은 57.37% 높게 나왔다. 대조도대 잡음비는 CZT 반도체 타입 심장전용 감마카메라가 9.
하지만, 환자에게 투여된 선량, 검사 시간, 검사 자세 등 여러 조건이 일치하지 않아 오류 가능성이 높아 본문에는 포함하지 않았다. 이렇듯 단순 영상만을 비교 시에도 D-SPECT에서 IFINIA 장비보다 선량을 20% 감소 했음에도 불구하고, 해상력과 대조도대 잡음비 모두 50% 높게 측정되었다. 반도체 타입의 감마카메라는 핵의학 영상에서 선량 감소와 영상 질 향상이라는 두 가지를 모두 잡을 수 있을 것으로 예측된다.
28명의 환자로 영상분석을 했다. 임상 환자에서는 심근관류 영상에서 Short axis 영상의 중심 영상을 기준으로 Resolution은 평균 50% 향상, CNR은 약 50% 향상 되었다. Paired t-test 결과 p값이 0.
후속연구
심근 관류 검사 시 반도체 타입 CZT 감마카메라를 이용하여, 검사를 진행 한다면, 높은 해상력과 낮은 피폭선량, 짧은 시간에 검사가 가능하여 심장 핵의학 발전에 큰 영향을 줄 것으로 사료된다. 뿐만 아니라 반도체 타입 범용 카메라가 개발되어 전체 핵의학 검사에 이용된다면 핵의학 발전에 큰 영향을 미칠 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 심근 관류검사에는 무엇이 사용되고 있는가?
현재 상용화 되어있는 장비는 심장전용 SPECT, 유방전용 감마카메라, 범용 SPECT/CT 가 CZT 반도체 타입 디텍터로 개발 되고 출시 되고 있다. 현재 심근 관류검사에서 NaI(Tl) 듀열 디텍터를 사용한 SPECT와 CZT 반도체 디텍터 타입 심장 전용 SPECT가 임상에서 사용되고 있다6)9). 본 연구는 NaI(Tl) 범용 SPECT와 CZT 반도체 타입 심장 전용 SPECT를 사용하여 심근 관류 검사에서 팬텀 영상을 비교하여 성능 평가를 해보고자 하였다.
CZT 반도체 디덱터를 사용한 핵의학 영상장비의 장점은 무엇인가?
최근 핵의학 검사에서 CZT (cadmium-zinc-telluride) 반도체 디덱터를 사용한 핵의학 영상장비가 이슈가 되고 있다1-4). 기존 NaI(Tl) 디텍터를 사용하는 감마카메라에 비해 감도가 높고, 저선량 검사가 가능하다는 장점을 가지고 있다5)7)8). 현재 상용화 되어있는 장비는 심장전용 SPECT, 유방전용 감마카메라, 범용 SPECT/CT 가 CZT 반도체 타입 디텍터로 개발 되고 출시 되고 있다.
INFINA장비는 어떻게 영상을 구성하는가?
INFINA장비는 3 라인 팬텀과 Jaszczak 팬텀 모두 심장 검사방법인 L-모드로 3도 회전하여 16 프로젝션을 생성하여 영상을 구성한다. 35분 동안 영상을 획득했다.
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