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문제 정의
- 그러나 DECT로 검사한 영상은 에너지 영역과 다양한 임상기법의 적용에 따라 CT 값이 변화하고, 특히 부피측정에서 오차가 발생한다. 따라서 본 연구는 DECT로 뼈를 검사하여 다양한 keV와 MSI, MD 기법을 적용하였을 때 CSCT와 비교 평가함으로써 칼슘 부피의 변화를 파악하고자 하였다.
- 하지만 다수의 선행 논문에서 DECT 영상을 이용한 물질의 밀도나 농도 측정 시, 산란 및 인체물질의 기하학적 상황을 고려하여 추가적인 보정이 필요함을 제언하였다. 따라서 본 연구는 DECT의 다양한 근골격계의 임상적용 가능성과 한계점을 파악하고 팬텀 실험을 통하여 부피 측정을 정량적으로 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 1) GSI 영상에서 keV의 변화에 따라 칼슘 부피측정시 영향을 미치는지 파악하고자 70 keV와 100 keV 및 140 keV세 가지 영역으로 구분하여 Table 1과 같이 측정하였다.
- 3) 뼈의 구성요소 및 크기에 따라 부피측정의 차이가 발생할 수 있으므로 갈비뼈, 요추, 골반, 대퇴골 4가지 부위의 부피를 측정하였다.
- CSCT 120 kVp로 획득한 영상을 기준으로 DECT에서 keV와 MSI 그리고 MD를 각각 다르게 적용한 calcium score 값을 비교평가 하였다.
- 그리고 MD는 특정 성분을 강조하거나 제거시키는 기법으로서, 칼슘 강조–물 제거(material calcium weighting; MCW)와 요오드 강조–물 제거(material iodine weighting; MIW) 두 가지 MD 영상을 획득하여 평가하였다.
- 0 sec, algorithm은 standard로 설정하였으며 auto exposure control(AEC)은 사용하지 않았다. 이때 DECT는 GSI(80,140) kVp mode로 설정하고 CTDIvol과 나머지 검사조건은 CSCT와 동일하게설정하였다. 그리고 팬텀은 총 15회 반복 측정하여 평균값을 사용하였다.
- DECT의 특징상 keV에 따라서 CT 값이 상당히 변화되기 때문에 부피 측정에도 차이가 발생하였다. 특히 근골격계 수술에서 뼈의 단면 영상뿐만 아니라, 뼈 자체의 칼슘 부피 및 BMD 수치의 정량적 측정도 매우 중요하기 때문에 keV를 조절하거나 다양한 임상기법을 적용하여 그 수치가 CSCT와 비교하여 얼마나 변하는지 파악하였다.
- 팬텀의 스캔 조건은 CSCT에서 120 kVp, 130 mAs로 2.5mm thickness에 2.5 mm interval, field of view는 40, pitch는 0.984, rotation time은 1.0 sec, algorithm은 standard로 설정하였으며 auto exposure control(AEC)은 사용하지 않았다. 이때 DECT는 GSI(80,140) kVp mode로 설정하고 CTDIvol과 나머지 검사조건은 CSCT와 동일하게설정하였다.
대상 데이터
- GE Discovery 750 HD(General Electric medical system, Milwaukee, USA) CT를 이용하였고 팬텀은 Fig. 1과 같은 human phantom (76-083, Victoreen, Cleveland, USA)을 사용하였다. 칼슘의 부피는 aquarius intuition edition (Terarecon, California, USA)의 calcium score을 이용하여 Fig.
데이터처리
- 통계는 프로그램은 PASW Statistics 18. Release 18.0.0을 이용하였고, human phantom의 부피가keV에 따라서 변화되는지 평가하기 위하여, paired t-test을 시행하여 유의수준 0.05로 집단 간의 측정 평균에 유의한 차이가 있는지 검정하였다.
이론/모형
- 1과 같은 human phantom (76-083, Victoreen, Cleveland, USA)을 사용하였다. 칼슘의 부피는 aquarius intuition edition (Terarecon, California, USA)의 calcium score을 이용하여 Fig. 2와 같이 측정하였고, 역치값은 140 HU를 사용하였다.
성능/효과
- 2) MSI는 조영제 성분을 제거하고 혈액성분으로 보상하기 때문에 화질의 변화가 일어난다. 그리고 MD는 특정 성분을 강조하거나 제거시키는 기법으로서, 칼슘 강조–물 제거(material calcium weighting; MCW)와 요오드 강조–물 제거(material iodine weighting; MIW) 두 가지 MD 영상을 획득하여 평가하였다.
- CSCT 120 kVp 영상과 MSI와 MD기법을 적용한 부피를 대응표본 t-test를 시행한 결과, 상관관계가 있었으나 모든 부위에서 평균의 차이가 상당히 많이 발생하였다. 결과적으로 임상에 사용되는 DECT의 MSI와 MD기법 적용은 칼슘부피를 상당한 차이로 감소시킴으로서 칼슘의 부피 측정 시 매우 제한적이었다.
- CSCT 120 kVp와 DECT 140 keV의 비교에서 rib의 Agatston score가 유일하게 평균 부피에 유의한 차이가 없었고(p=0.703), 나머지 그룹 간 검정에서는 Agatston score 평균 부피에 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
- CSCT와 부피 차이가 가장 작으며, 가장 유사한 부피를 측정할 수 있는 DECT 집단은 70 keV로 그 차이는 각각 갈비뼈 35.81±12.21, 대퇴골 16.15±24.1, 골반 13.77±18.87, 척추 179.04±61.81이었으며, 통계적으로 평균에 유의한 차이가 있으며 부피측정에 상당한 오차가 존재함을 알 수 있었다.
- DECT의 keV 변화에 따른 human phantom의 부피를 CSCT와 비교한 결과는 Table 3과 같다. DECT의 keV가 증가함에 따라서 Agatston score는 감소하는 결과를 보였다.
- DECT의 임상기법 적용에 따른 부피를 평가한 결과는 Table 5와 같다. Human phantom의 부피가 임상기법의 종류에 따라서 변화되는지 평가하기 위하여 CSCT Agatston score와 대응표본 t-test를 시행한 결과, p값은 모두 0.001보다 작게 나타나 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 결과적으로 임상에 사용되는 DECT의 MSI와 MD기법 적용은 칼슘부피 측정에 상당한 차이가 있었다.
- 001보다 작게 나타나 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 결과적으로 임상에 사용되는 DECT의 MSI와 MD기법 적용은 칼슘부피 측정에 상당한 차이가 있었다.
- CSCT 120 kVp 영상과 MSI와 MD기법을 적용한 부피를 대응표본 t-test를 시행한 결과, 상관관계가 있었으나 모든 부위에서 평균의 차이가 상당히 많이 발생하였다. 결과적으로 임상에 사용되는 DECT의 MSI와 MD기법 적용은 칼슘부피를 상당한 차이로 감소시킴으로서 칼슘의 부피 측정 시 매우 제한적이었다. 따라서 이러한 기법을 적용한 뼈의 부피측정은 매우 유의하여 사용하여야 하고, 어떠한 기법도 적용하지 않은 70 keV 에너지 영역대를 기준으로 평가함이 올바르다.
- 따라서 부피측정에도 일정부분 보정이 필요할 것으로 사료된다. 따라서 DECT를 이용한 임상기법은 근골격계 영역에서 다양하게 사용되지만 보정이 필요하고 임상적용에 제한적으로 사용되어야 함을 파악할 수 있었다.
- 또한 DECT로 다른 유효 원자번호 물질을 검사하였을 때 물질구분(material decomposition; MD)이라는 능력이 있는데 이는 물질의 원자번호와 입사된 에너지에 따라 광자량 흡수의 의존성에서 기반한다. 또한 물질 농도별로 감약계수 사이의 일치성이 CSCT로 검사했을 때보다 정확한 결과를 얻을 수 있다. 이러한 기능은 물질의 특성에 따른 물질구분능력을 향상시키고 선속의 경화현상을 줄이거나 제거할 수 있다[2,9].
- 본 논문의 실험에서 척추의 부피를 MSI기법을 적용하여 측정한 결과, Agastson score값이 4,177.48±61.54 차이로 약 87,6% 감소시키는 오차가 발생하였다.
후속연구
- 본 논문의 칼슘 농도에 따른 변화량 반영하였지만 임상 환자에서 발생되는 다양한 종류의 칼슘을 파악하는데 한계가 있다. 따라서 추후 실제 환자에게 질병으로 발생되는 높은 CT 값을 지닌 칼슘의 부피를 측정하는 임상실험을 추가로 진행할 필요가 있다.
- 또한 칼슘의 종류도 매우 다양하다. 본 논문의 칼슘 농도에 따른 변화량 반영하였지만 임상 환자에서 발생되는 다양한 종류의 칼슘을 파악하는데 한계가 있다. 따라서 추후 실제 환자에게 질병으로 발생되는 높은 CT 값을 지닌 칼슘의 부피를 측정하는 임상실험을 추가로 진행할 필요가 있다.
- 의 선행연구에서 DECT를 이용한 물질의 밀도 측정은 DECT 물질 밀도 측정은 이중에너지 X선 흡수법(dual-energy x-ray absorptiometry; DEXA) 골밀도(Bone mineral density; BMD)보다 이론적으로 더 민감하게 반응하고, MD 영상의 BMD가 DEXA-BMD 측정과 상관관계가 매우 높다고 발표하였다[14]. 하지만 다수의 선행 논문에서 DECT 영상을 이용한 물질의 밀도나 농도 측정 시, 산란 및 인체물질의 기하학적 상황을 고려하여 추가적인 보정이 필요함을 제언하였다. 따라서 본 연구는 DECT의 다양한 근골격계의 임상적용 가능성과 한계점을 파악하고 팬텀 실험을 통하여 부피 측정을 정량적으로 파악하고자 하였다.
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