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문제 정의
- 본 연구는 pacemaker 삽입술 시행 후 추적 검사를 시행할 경우 pacemaker에 의해 발생하는 금속인공물 감소를 위한 방법을 알아보기 위한 논문으로, 최근 개발된 MAR알고리즘을 적용하여 접근 하였다. MAR알고리즘의 경우G사의 Dual Energy CT(DECT)를 이용할 경우 가능한 알고리즘으로 현재 정형외과적으로 고관절 치환술을 시행한 환자의 영상에서 금속인공물의 제거를 위해 사용되는 경우가 대표적이며[7],[8], 원리는 금속정보를 역치 값으로 설정되어 자동으로 인식되며 금속 데이터가 있는 원시 데이터를 다차원 데이터 공간으로 이용한 대리 감약 치(attenuation valve)를 사용하는 방식이다[9].
제안 방법
- CT스캔 후 획득한 40 ∼ 140 KeV의 원시영상데이터에 MAR알고리즘을 적용하여, 적용 전, 후 영상데이터 Back ground image(BKI), White streak artifact(WSA), Black hole artifact(BHA) 영역으로 구분하여 3mm의 ROI를 그려 30회 측정 후 평균 CT value를 융합적으로 비교 분석 하였다(Fig 2)(Fig 3).
- 본 연구를 위해 사용한 장비는 64-MDCT (Discovery 750 HD, General Electric Health Care, Milwaukee, USA)이며 자체제작 팬텀은 인체조직등가물질인 파라핀(paraffin, Lavisen CO. Korea)을 고온에 녹여 pacemaker를 심장형태의 틀에 채워 넣고 상온에서 응고시켜 제작하였다. 자체 제작한 pacemaker 삽입 팬텀을 이용하여 심장CT검사 시 적용하는 검사조건인듀얼에너지 CT의 GSI (gemstone spectral image)방식과 자동 관전류(smart mA,150∼350 mA range)방식으로 검사 하였다(Fig 1).
- 이처럼 금속 물질은 광전흡수가 발행하여[6] 인공물을 유발시켜 CT영상 데이터의 왜곡을 발생시키게 되어 임상에서는 이와 같이 제거할 수 없는 금속물질을 인체 내에 삽입한 경우 금속인공물에 의한 영상왜곡을 해결하기 위해 검사조건, 부가필터, 보조기구 등 많은 방법을 사용하고 있지만 영상의 인공물 감소효과 면에서 탁월한 효과로 평가되지 않아 장치의 영상 재구성 시 부가적인 소프트웨어를 사용하여 금속인공물 감소하는 방법을 개발하고 제시하고 있다. 우리는 이러한 다양한 금속인공물 감소 방법 중 근래에 개발된 MAR(metallic artifact reduction)알고리즘을 적용하여 금속성분으로 구성된 심박조율기(pacemaker)를 조직등가물질을 이용하여 자체 제작한 팬텀에 삽입 후 심장CT검사와 동일한 파라메타와 검사조건을 적용하여 스캔 후 영상의 원시데이터에 MAR 알고리즘을 적용하여 알고리즘 적용 전, 후의 데이터를 융합적으로 비교하여 금속인공물 감소율을 비교평가 하여 향후 pacemaker 삽입 환자의 추적 심장CT검사 시 MAR알고리즘 적용의 유용성을 제시하고자 한다.
- 자체 제작한 pacemaker 삽입 팬텀을 이용하여 심장CT검사 시 적용하는 검사조건인듀얼에너지 CT의 GSI (gemstone spectral image)방식과 자동 관전류(smart mA,150∼350 mA range)방식으로 검사 하였다(Fig 1). 이때 검사 형태는 Helical mode와 GSI mode, 40mm Detector coverage, 0.625mm의 Helical thickness, Rotation time은 0.5sec로 설정하였다. 획득된 원시영상데이터(raw image data)에 MAR 알고리즘을 적용하였으며 MAR 알고리즘 적용 전, 후 영상데이터를 이용하여 인공물 감소율 비교를 위한 동일한 관심영역(ROI, region of interesting)을 설정하였다.
- 자체 제작한 pacemaker 삽입 팬텀을 이용하여 심장CT검사 시 적용하는 검사조건인듀얼에너지 CT의 GSI (gemstone spectral image)방식과 자동 관전류(smart mA,150∼350 mA range)방식으로 검사 하였다(Fig 1).
- 현재 임상에서 심장CT 검사 시 일반적으로 사용하는 120kVp와 가장 유사한 영상으로 평가된 70KeV에서 획득된 영상을 기준으로 MAR알고고리즘 적용 전, 후 영상데이터를 이용하여 Back Ground Image(BKI), White Streak Artifact, Black Hole Artifact(BHA) 영역으로 구분 후 3mm의 동일한 ROI를 그려 30회 측정 후 평균 CT value를 융합적으로 비교 분석 하였다.
- 5sec로 설정하였다. 획득된 원시영상데이터(raw image data)에 MAR 알고리즘을 적용하였으며 MAR 알고리즘 적용 전, 후 영상데이터를 이용하여 인공물 감소율 비교를 위한 동일한 관심영역(ROI, region of interesting)을 설정하였다. ROI설정으로 측정된 CT value와 SD(standard deviation)값은 정량적으로 비교분석하였다.
데이터처리
- 획득된 원시영상데이터(raw image data)에 MAR 알고리즘을 적용하였으며 MAR 알고리즘 적용 전, 후 영상데이터를 이용하여 인공물 감소율 비교를 위한 동일한 관심영역(ROI, region of interesting)을 설정하였다. ROI설정으로 측정된 CT value와 SD(standard deviation)값은 정량적으로 비교분석하였다. 영상분석 및 ROI 측정값 분석 시 이용한 프로그램은 AW 4.
성능/효과
- BHA로 나타난 MAR알고리즘 적용 전, 후 영상 데이터에 동일한 ROI를 그려 에너지 별 평균 CT value를 측정하여 분석한 결과 40 KeV에서는28.8%, 50 KeV는 36.4%, 60KeV는 42.1%,70 KeV는 46.4% 증가 하였으며, 80 KeV는 49.4%, 90 KeV는 51.6%, 100 KeV는 53.1%, 110 KeV는 54.3%, 120 KeV는 54.9%, 130 KeV 55.7%, 140 KeV는 56.2 % 가 증가하였다. 즉, MAR알고리즘 적용 시 BHA가 나타난 영역은 모든 에너지에서 CT value가 증가하여 저 농도 인공물이 감소하는 효과가 있는 것으로 분석되었다(P<0.
- BKI영영에서 MAR알고리즘 적용 전, 후 에너지별 CT value를 측정한 결과 40 KeV에서는 14.7%, 50 KeV는 10.5%, 60 KeV는 1.1%, 70 KeV는 1.2%, 80 KeV는 1.4%가 감소하였으며, 90 KeV는 1.2%, 100 KeV는 2.6%, 110 KeV는 3.5%, 120 KeV는 4.6%, 130 KeV는 5.6%, 140 KeV는 5.4%가 증가하였다. 즉, MAR알고리즘 적용 시 모든 에너지 영역대에서 CT value가 증감 변화가 있었으며, MAR알고리즘 적용은 에너지 별 영상에서 CT value 변화에 영향을 미치는 것으로 분석되었다(P<0.
- WSA경우는 CT value가 약 145% 감소하였고, BHA에서는 CT value가 약 46.38% 증가하였 다. 즉, BKI영역은 MAR알고리즘을 적용하여도 CT value가 상대적으로 큰 변화가 없었으나, WSA의 경우 MAR알고리즘을 적용 시 CT value가 큰 폭으로 감소하였고, BHA의 경우 MAR알고리즘을 적용 시 CT value가 큰 폭으로 증가 하였다(P<0.
- WSA로 나타난 MAR알고리즘 적용 전, 후 영상 데이터에 동일한 ROI를 그려 에너지 별 평균 CT value를 측정하여 분석한 결과 40 KeV에서는 663.2%, 50 KeV는 204.1%, 60 KeV는 167.4 %, 70 KeV는 145.5% 감소하였다. 또한, 80 KeV는 133.
- 금속인공물을 유발하는 티타늄 형태의 금속재질인 pacemaker삽입 CT영상에 MAR알고리즘을 적용 시 에너지 별 영상에서 HU값 변화에 영향을 미치며 WSA가 나타난 영역은 모든 에너지에서 HU값 감소하여 고 농도 인공물이 감소하는 효과가 있었으며 BHA가 나타난 영역은 모든 에너지에서 HU값이 증가하여 저 농도 인공물이 감소하는 효과가 있었다. 따라서 pacemaker 삽입 후 심장CT로 추적검사 시 MAR알고리즘을 적용한다며 보다 탁월한 인공물의 감소 효과로 질 좋은 심장CT 영상과 더불어 정확한 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.
- 이러한 배경을 바탕으로 우리는 pacemaker를 자체제작 팬텀에 삽입 후 MAR알고리즘을 적용하여 금속 인공물의 감소율을 비교 분석한 결과 모든 인공물에서 HU값의 증감이 있었으며, BHA는 HU값의 증가하는 추세였고, WSA는 HU값의 감소하는 추세로 분석되었다. 두 종류의 인공물을 비교할 경우 BHA가 WSA보다 대부분의 에너지에서 인공물 감소율이 높았으며, 70 KeV영역에서는 WSA가 인공물 감소효과가 높은 것을 알 수 있었다. 즉, MAR알고리즘 적용 시 모든 인공물이 감소효과가 있어 심장CT영상의 화질개선에 효과가 있음을 알 수 있었다.
- 이러한 배경을 바탕으로 우리는 pacemaker를 자체제작 팬텀에 삽입 후 MAR알고리즘을 적용하여 금속 인공물의 감소율을 비교 분석한 결과 모든 인공물에서 HU값의 증감이 있었으며, BHA는 HU값의 증가하는 추세였고, WSA는 HU값의 감소하는 추세로 분석되었다. 두 종류의 인공물을 비교할 경우 BHA가 WSA보다 대부분의 에너지에서 인공물 감소율이 높았으며, 70 KeV영역에서는 WSA가 인공물 감소효과가 높은 것을 알 수 있었다.
- 즉, BKI영역은 MAR알고리즘을 적용하여도 CT value가 상대적으로 큰 변화가 없었으나, WSA의 경우 MAR알고리즘을 적용 시 CT value가 큰 폭으로 감소하였고, BHA의 경우 MAR알고리즘을 적용 시 CT value가 큰 폭으로 증가 하였다(P<0.05)(Table 4, Fig 6).
- 즉, MAR알고리즘 적용 시 BHA가 나타난 영역은 모든 에너지에서 CT value가 증가하여 저 농도 인공물이 감소하는 효과가 있는 것으로 분석되었다(P<0.05) (Table 3, Fig 5).
- 즉, MAR알고리즘 적용 시 WSA가 나타 난 영역은 모든 에너지에서 CT value가 감소하여 고 농도 인공물이 감소하는 효과가 있는 것으로 분석되었다(P<0.05)(Table 2, Fig 5).
- 즉, MAR알고리즘 적용 시 모든 에너지 영역대에서 CT value가 증감 변화가 있었으며, MAR알고리즘 적용은 에너지 별 영상에서 CT value 변화에 영향을 미치는 것으로 분석되었다(P<0.05), (Table 1, Fig 5).
- 두 종류의 인공물을 비교할 경우 BHA가 WSA보다 대부분의 에너지에서 인공물 감소율이 높았으며, 70 KeV영역에서는 WSA가 인공물 감소효과가 높은 것을 알 수 있었다. 즉, MAR알고리즘 적용 시 모든 인공물이 감소효과가 있어 심장CT영상의 화질개선에 효과가 있음을 알 수 있었다. 본 논문의 경우 환자의 영상데이터를 이용하지 않고 조직등가물질로 구성된 팬텀을 이용하여 금속인공물 감소율을 비교하여 아쉬웠지만, 임상에서 적용하는 동일한 스캔조건으로 획득한 원시 영상데이터를 이용한 점과, 인체조직 등가 물질과 실제 임상에서 삽입하는 동일한 pacemaker를 사용한 점을 고려 시 인공물의 감소율 비교에는 문제가 없을 것으로 생각된다.
- 현재 임상에서 심장CT검사 시 일반적으로 적용하는 120 kVp와 가장 유사한 영상으로 평가된 70 KeV의 영상데이터만 이용하여 BKI영역, WSA영역, BHA 영역으로 구분하여 동일한 관심영역을 그려 평균 CT value를 비교분석한 결과 BKI에서는 CT value가 약 1.22% 감소하였다.
후속연구
- 금속인공물을 유발하는 티타늄 형태의 금속재질인 pacemaker삽입 CT영상에 MAR알고리즘을 적용 시 에너지 별 영상에서 HU값 변화에 영향을 미치며 WSA가 나타난 영역은 모든 에너지에서 HU값 감소하여 고 농도 인공물이 감소하는 효과가 있었으며 BHA가 나타난 영역은 모든 에너지에서 HU값이 증가하여 저 농도 인공물이 감소하는 효과가 있었다. 따라서 pacemaker 삽입 후 심장CT로 추적검사 시 MAR알고리즘을 적용한다며 보다 탁월한 인공물의 감소 효과로 질 좋은 심장CT 영상과 더불어 정확한 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.
- 본 논문의 경우 환자의 영상데이터를 이용하지 않고 조직등가물질로 구성된 팬텀을 이용하여 금속인공물 감소율을 비교하여 아쉬웠지만, 임상에서 적용하는 동일한 스캔조건으로 획득한 원시 영상데이터를 이용한 점과, 인체조직 등가 물질과 실제 임상에서 삽입하는 동일한 pacemaker를 사용한 점을 고려 시 인공물의 감소율 비교에는 문제가 없을 것으로 생각된다. 지금까지 티타늄 형태의 금속 물질로 구성된 pacemaker를 삽입한 환자의 경우 금속 인공물로 인해 검사 결과를 제한적으로만 알 수 있었지만, MAR알고리즘을 적용할 경우 탁월한 인공물의 감소 효과가 있어 pacemaker 삽입 후 심장CT로 추적검사가 필요한 경우 MAR알고리즘을 적용하여 CT영상을 제구성한다면 보다 질 좋은 심장CT 영상과 정확한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
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