Breast PET CT 영상 재구성 변화에 따른 대조도 대 잡음비와 신호 대 잡음비의 비교평가 Evaluation and Comparison of Contrast to Noise Ratio and Signal to Noise Ratio According to Change of Reconstruction on Breast PET/CT원문보기
본 연구는 양전자 컴퓨터단층촬영(Positron Emission Computed Tomography; PET-CT) 유방암 영상에서 질환관심영역(Region of Interest; ROI)의 대조도 대 잡음비(Contrast to Noise Ratio; CNR)와 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 재구성 기법별로 측정 평가하여 통계적 분석을 하고자 하였다. 연구대상은 서울소재 대학병원에서 유방 양전자 컴퓨터단층촬영(Breast PET-CT)을 검사한 환자 100명이다. 측정방법은 ImageJ 프로그램을 사용하여 표본의 인구사회학적 특성, 영상 재구성 기법별 유방암의 SNR과 CNR의 평균값, 95% 신뢰구간 값, SNR과 CNR의 평균차이 값 등을 분석하였다. SPSS Statistics21 통계프로그램으로 ANOVA 분석을 하였으며 p<0.05에서 유의한 것으로 판단하였다. 영상 재구성 기법별 분석결과는 CNR과 SNR 모두 TrueX_TOF, Iterative, Iterative-TOF, FBP-TOF 순으로 높은 값을 나타냈다(p<0.05). CNR과 SNR수치로 영상 재구성 기법의 특징을 조합하여 PET/CT 검사의 정확성과 편의성을 제공할 것이라 사료된다.
본 연구는 양전자 컴퓨터단층촬영(Positron Emission Computed Tomography; PET-CT) 유방암 영상에서 질환관심영역(Region of Interest; ROI)의 대조도 대 잡음비(Contrast to Noise Ratio; CNR)와 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 재구성 기법별로 측정 평가하여 통계적 분석을 하고자 하였다. 연구대상은 서울소재 대학병원에서 유방 양전자 컴퓨터단층촬영(Breast PET-CT)을 검사한 환자 100명이다. 측정방법은 ImageJ 프로그램을 사용하여 표본의 인구사회학적 특성, 영상 재구성 기법별 유방암의 SNR과 CNR의 평균값, 95% 신뢰구간 값, SNR과 CNR의 평균차이 값 등을 분석하였다. SPSS Statistics21 통계프로그램으로 ANOVA 분석을 하였으며 p<0.05에서 유의한 것으로 판단하였다. 영상 재구성 기법별 분석결과는 CNR과 SNR 모두 TrueX_TOF, Iterative, Iterative-TOF, FBP-TOF 순으로 높은 값을 나타냈다(p<0.05). CNR과 SNR수치로 영상 재구성 기법의 특징을 조합하여 PET/CT 검사의 정확성과 편의성을 제공할 것이라 사료된다.
The purpose of this study was to measure contrast to noise ratio (CNR) and signal to noise ratio (SNR) according to change of reconstruction from region of interest (ROI) in breast positron emission tomography-computed tomography (PET-CT), and to analyze the CNR and SNR statically. We examined image...
The purpose of this study was to measure contrast to noise ratio (CNR) and signal to noise ratio (SNR) according to change of reconstruction from region of interest (ROI) in breast positron emission tomography-computed tomography (PET-CT), and to analyze the CNR and SNR statically. We examined images of breast PET-CT of 100 patients in a University-affiliated hospital, Seoul, Korea. Each patient's image of breast PET-CT were calculated by using ImageJ. Differences of CNR and SNR among four reconstruction algorithms were tested by SPSS Statistics21 ANOVA test for there was statistical significance (p<0.05). We have analysis socio-demographical variables, CNR and SNR according to reconstruction images, 95% confidence according to CNR and SNR of reconstruction and difference in a mean of CNR and SNR. SNR results, with the quality of distributions in the order of PSF_TOF, Iterative and Iterative-TOF, FBP-TOF. CNR, with the quality of distributions in the order of PSF_TOF, Iterative and Iterative-TOF, FBP-TOF. CNR and SNR of PET-CT reconstruction methods of the breast would be useful to evaluate breast diseases.
The purpose of this study was to measure contrast to noise ratio (CNR) and signal to noise ratio (SNR) according to change of reconstruction from region of interest (ROI) in breast positron emission tomography-computed tomography (PET-CT), and to analyze the CNR and SNR statically. We examined images of breast PET-CT of 100 patients in a University-affiliated hospital, Seoul, Korea. Each patient's image of breast PET-CT were calculated by using ImageJ. Differences of CNR and SNR among four reconstruction algorithms were tested by SPSS Statistics21 ANOVA test for there was statistical significance (p<0.05). We have analysis socio-demographical variables, CNR and SNR according to reconstruction images, 95% confidence according to CNR and SNR of reconstruction and difference in a mean of CNR and SNR. SNR results, with the quality of distributions in the order of PSF_TOF, Iterative and Iterative-TOF, FBP-TOF. CNR, with the quality of distributions in the order of PSF_TOF, Iterative and Iterative-TOF, FBP-TOF. CNR and SNR of PET-CT reconstruction methods of the breast would be useful to evaluate breast diseases.
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문제 정의
본 연구는 PET-CT 유방암 검사에서 영상 재구성 기법별 특성을 정량적으로 파악하고자 하였다. 정량적인 평가에 관련된 기존의 논문들과 달리영상의 왜곡에 대한 방법론에 있어서 왜곡된 부분을 평균화해서 평가하였다.
제안 방법
이와 같은 재구성 기법의 발전에 따라 사전설정법과 재구성 프로토콜의 변화, filter값의 적용에 따른 영상 품질 평가 및 유지보수에 대한 연구도 진행되고 있는 실정이다7-9). 따라서 이들 4가지 기법의 영상들을 가지고 정량적 평가를 하기 위해서 본 연구에서는 PET/CT Breast cancer 영상에서 질환관심영역(Region of Interest; ROI)의 대조도 대 잡음비(Contrast to Noise Ratio; CNR)와 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 재구성 기법별로 측정 비교 평가하였고, 비교평가의 신뢰성을 위해 통계적 분석을 통하여 검증하였다10-12).
대상 데이터
이 때 픽셀사이즈가 크다는 점을 착안해서 ROI설정에 신중해야 하며, 왜곡에 대한 생각을 하는 것이 좋을 것으로 생각을 한다. 따라서 픽셀을 설정하였으며, 측정의 신뢰도를 더 높이기 위해서 유방암 환자 100명을 대상으로 하였으며, PET-CT서 나온 영상을 핵의학에서 주로 사용하는 기능별로 6가지 재구성 기법중에서 4 가지의 재구성 기법을 이용하였다는데 있다7). 또한, 이을규 등12)은 MRI영상에서의 질환별 환자를 대상으로 시퀀스별 SNR을 측정하는 정량적인 방법에 있어서 측정이 용이한 방법이라고 보고하였으나.
데이터처리
자료처리 방법은 통계프로그램 SPSS Statistics21을 사용하였다. 재구성 기법에 따른 CNR과 SNR의 평균과 95% 신뢰구간을 비교하기 위하여 ANOVA분석을 하였고, 재구성 방법별로 통계적으로 유의한 차이를 분석하기 위해 사후분석을 실시하였으며, 사후 분석은 등분산을 가정하지 않아 Dunnett T3 Test 사후 분석을 이용하였다.
자료처리 방법은 통계프로그램 SPSS Statistics21을 사용하였다. 재구성 기법에 따른 CNR과 SNR의 평균과 95% 신뢰구간을 비교하기 위하여 ANOVA분석을 하였고, 재구성 방법별로 통계적으로 유의한 차이를 분석하기 위해 사후분석을 실시하였으며, 사후 분석은 등분산을 가정하지 않아 Dunnett T3 Test 사후 분석을 이용하였다.
본 연구는 PET-CT 유방암 검사에서 영상 재구성 기법별 특성을 정량적으로 파악하고자 하였다. 정량적인 평가에 관련된 기존의 논문들과 달리영상의 왜곡에 대한 방법론에 있어서 왜곡된 부분을 평균화해서 평가하였다. 또한 측정된 ROI에 대한 방법은 기존의 핵의학분야에서 김하균 등8)은 반치폭(Full Width Half Maximum; FWHM)이라는 정량적인 평가지표를 가지고 측정하였다.
측정방법은 수집된 DICOM File을 ImageJ(National Industries of Health, USA) 프로그램을 사용하여 164.896㎟ 크기의 ROI를 설정하여 질환의 중심부 신호강도(Lesion SI)를 측정하였고(Figure 2), 질환의 반대쪽 정상부위의 신호강도(Surrounding Tissues SI)를 측정하였으며(Figure 3), 영상에 근접한 대각선 방향 4곳의 백그라운드 신호강도의 표준편차(Background Noise SD)를 측정하여(Figure 4) 평균값을 구하였다. 그 이유는 디지털 영상 왜곡에 대한 편차를 줄이기 위해서 평균값을 사용하였다.
이론/모형
정량적인 평가에 관련된 기존의 논문들과 달리영상의 왜곡에 대한 방법론에 있어서 왜곡된 부분을 평균화해서 평가하였다. 또한 측정된 ROI에 대한 방법은 기존의 핵의학분야에서 김하균 등8)은 반치폭(Full Width Half Maximum; FWHM)이라는 정량적인 평가지표를 가지고 측정하였다. 반치폭은 핵의학에서, 픽셀 사이즈가 커서 픽셀 사이즈의 50%구간의 표준편차 값으로만 표시를 한다.
본 연구의 영상 수집을 위해 사용된 영상획득 장비로 SIEMENS Biograph mCT 64 (Siemens Healthineers, USA)를 사용하였다. 영상 재구성 기법은 Iterative, FBP-TOF, Iterative-TOF, TrueX-TOF를 사용하였다(Figure 1).
본 연구의 영상 수집을 위해 사용된 영상획득 장비로 SIEMENS Biograph mCT 64 (Siemens Healthineers, USA)를 사용하였다. 영상 재구성 기법은 Iterative, FBP-TOF, Iterative-TOF, TrueX-TOF를 사용하였다(Figure 1).
성능/효과
ANOVA 분석결과 영상 재구성 기법별 CNR과 SNR의 평균 비교는 Table 2와 같다. 영상 재구성 기법별 CNR과 SNR의 평균을 비교하면, CNR과 SNR모두 TrueX-TOF, Iterative, Iterative-TOF, FBP-TOF 순으로 높게 나타났다.
영상재구성 기법별로 차이 있는 그룹을 알아보기 위해 재구성 기법별로 사후분석 결과값의 평균차이를 보면 Table 4와 같고, 통계적으로 유의한(p<.05) 영상 재구성 기법을 높은 수치의 CNR과 SNR을 가진 순으로 정리해 보면, CNR과 SNR 모두 TrueX-TOF는 Iterative, Iterative-TOF, FBP-TOF 보다 높고, Iterative와 Iterative-TOF는 FBP-TOF보다 높다.
05). 재구성 기법별로 차이가 있다는 것을 볼 수 있었으며, 본 연구에서 질환의 재구성 기법별 CNR과 SNR값에서 사후분석 결과 평균차이가 유의한 재구성 방법들은 95% 신뢰구간에서도 겹치는 부분이 존재하였다. 따라서 FBP-TOF는 전체적으로 가장 낮은 값으로 비교대상이 될 수 없으며, Iterative, Iterative-TOF 시퀀스에서는 다소 통계적으로 평균값은 유의하지만, 95%신뢰구간에서는 정량적인 지표로 평가하기에는 조심스럽게 접근을 해야 한다고 사료된다.
후속연구
본 연구의 제한점으로, 연구를 위한 적정 대상 수는 충족하였으나 대상자들의 영상에 대한 평가의 한계로 인하여 충분한 표본 수에는 미치지 못하였고, 연구에서 측정된 CNR과 SNR의 수치가 질환을 완벽하게 감별할 수 있다고 말할 수는 없다.
이와 같은 제한점을 보완하여 유방 영상뿐만 아니라 다른 부위 영상의 후속 연구진행으로 보다 정확하고 객관적인 정량적 수치를 확보한다면 향후 PET-CT 검사와 판독의 정확성 및 편의성 향상에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
PET-CT는 어떠한 진단에 도움이 되는가?
특히 외과에서 주로 유방암을 진단하는데 있어서 단순유방 X-선 촬영과 유방초음파 검사가 대부분 함께 이루어지고 있지만 이러한 검사들은 높은 예민도를 나타내거나 양성 예측율의 저하, 유방의 조직밀도가 증가되어 있는 경우 병변의 구별이 어려울 때가 많이 있다. 그러나 PET-CT는 유방검사 진단에 도움을 주며, 새로운 진단 방법으로 추적하는 다양한 방법으로 사용되고 있다2).
TOF 기법의 장점은 무엇인가?
TOF 기법은 스캐너가 측정하는 감마선 검출 시간을 이용해 소멸 원점의 위치를 보다 정확히 파악할 수 있고 동시에 발생하는 두 감마선의 검출기 도달 시간의 실제 차이를 측정할 수 있다. 궁극적으로 영상 데이터 잡음이 줄어들고, 노이즈 대비하여 높은 대조도 회복 계수를 보이는 장점이 있다6). 또 다른 기법인 TrueX는 원형으로 생긴 검출기의 특성상 생기는 잘못된 line of response (LOR)의 위치를 point spread function (PSF)을 이용하여 영상의 왜곡을 보정해주는 특징이 있으며, PSF이라고 표현하기도 한다6).
TOF 기법으로 무엇을 측정할 수 있는가?
그 결과 필터역투영 재구성알고리즘(Filtered Back Projection Algorithms; FBP)으로부터 영상과 정량적 분석의 향상을 가져온 fully 3D 중첩(Iterative) 기법으로의 전환이 있어 왔으며 time of flight (TOF)와 TrueX는 더욱더 향상된 PET 영상에 크게 기여하였다4-5). TOF 기법은 스캐너가 측정하는 감마선 검출 시간을 이용해 소멸 원점의 위치를 보다 정확히 파악할 수 있고 동시에 발생하는 두 감마선의 검출기 도달 시간의 실제 차이를 측정할 수 있다. 궁극적으로 영상 데이터 잡음이 줄어들고, 노이즈 대비하여 높은 대조도 회복 계수를 보이는 장점이 있다6).
참고문헌 (12)
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