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Iterative Metallic Artifact Reduction 알고리즘 적용 CT 재구성영상의 CT Number 변화율 분석
The Analysis of CT Number Rate of Change of Applying The Iterative Metallic Artifact Reduction Algorithm for CT Reconstruction Image 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.7, 2017년, pp.84 - 91  

김현주 (동남보건대학교 방사선과) ,  윤준 (동남보건대학교 방사선과)

초록
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본 연구는 컴퓨터 단층촬영 영상에서 제거할 수 없는 의료용 고밀도 물질을 Somatom Definition Flash(Siemens, Enlarge, Germany.)와 GE 64-MDCT (Discovery 750 HD, GE HEALTHCARE, Milwaukee, USA.)스캔 후 획득한 팬텀영상 데이터와 이미 촬영된 Raw 데이터영상을 이용하여 IMAR 알고리즘MAR 알고리즘 적용 및 재구성한 후 CT 재구성영상의 CT Number 변화율을 정량적으로 분석하였다. 그 결과 팬텀영상의 모든 의료용 고밀도 물질은 IMAR 알고리즘과 MAR 알고리즘 적용 시 CT Number의 변화와 영상의 차이가 있는 것으로 나타났지만(p<0.05). Stainless Steel 재질은 Black streak artifact에서 MAR 또는 IMAR 알고리즘 적용 시 재구성 영상의 변화와 CT Number의 변화차이가 없는 것으로 분석되었다(p>0.05). 또한 이미 촬영된 Raw 데이터영상 분석결과 IMAR 알고리즘 적용 시 적용 전에 비하여 영상 CT Number 변화가 있어, IMAR 알고리즘 적용은 Attenuation deviation에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 향후 Implant시술 후 추적 CT검사 시 수술부위 및 주변조직의 상태를 관찰하는데 유용할 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was performed using Somatom Definition Flash (Siemens, Enlarge, Germany) and GE 64-MDCT (Discovery 750 HD, GE HEALTHCARE, Milwaukee, USA.) using high-density medical materials that (are indispensable to?) computed tomography. We analyzed quantitatively the rate of change of the CT number ...

주제어

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문제 정의

  • 이러한 IMAR 알고리즘이 CT영상 에서 금속인공물질을 감소시키는데 있어 매우 유용성이 있다는 가설하에 우리는 IMAR라는 금속인공물 감소를 위한 영상 재구성 소프트웨어를 적용하여 실험을 진행 하였다. 기존의 Weighted Filtered Back Projection(WFBP) 이라는 재구성을 적용한 MAR 소프트웨어를 적용한 영상과 비교를 실험을 통해 Iterative Metallic Artifact Reduction 알고리즘 적용 CT 재구성영상의 CT Number 변화율 분석비교해 보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전산화단층촬영의 현재 기술 상태는? 전산화단층촬영(Computed Tomography)초기 개발 이후 급속하게 발전하였고 현재 나선형 스캔방식과 더불어 초 단위 이하의 검사시간으로 스캔하여 검사 속도가 빨라지고 이와 더불어 검출기 소자의 성능향상으로 화질 또한 매우 향상되었다[1]. 현재 CT 검사를 이용한 검사는 검사건수가 매년 평균 20%씩 증가하여 지난 2000년 100만건에서 2010년 524만 건으로 10년 동안 5배나 늘어났고 이는 미국의 증가율 추세보다 2배나 더 높다고 한다[2].
CT 검사의 증가 추세는? 전산화단층촬영(Computed Tomography)초기 개발 이후 급속하게 발전하였고 현재 나선형 스캔방식과 더불어 초 단위 이하의 검사시간으로 스캔하여 검사 속도가 빨라지고 이와 더불어 검출기 소자의 성능향상으로 화질 또한 매우 향상되었다[1]. 현재 CT 검사를 이용한 검사는 검사건수가 매년 평균 20%씩 증가하여 지난 2000년 100만건에서 2010년 524만 건으로 10년 동안 5배나 늘어났고 이는 미국의 증가율 추세보다 2배나 더 높다고 한다[2]. 일반적으로 CT의 영상은 X선이 어떠한 물질에 입사되었을 때 물질과의 상호작용을 거쳐 영상의 농도차를 형성하게 되며 농도차는 감약계수를 만들고 이를 CT number화하여 정량적 측정이 가능해지며 물질의 밀도에 따라 영상의 농도 차를 만들며 영상에서 Radiopaque 또는 Radiolucent한 영상을 형성하게 된다.
임상연구자 및 장비 개발자들은 방사선에 의한 환자의 피폭감소를 위해 지속적으로 연구를 진행하는 이유는? 최근 수술용이나 치아 충전재로 인체에 삽입되는 Spine screws, Hip rods, Neuro coils, Dental fillings등은 Beam-hardening, Photon starvation과 같은 현상으로 최초 획득 되는 Sinogram data의 급격한 흡수차를 유발시켜 심각한 인공물의 원인을 제공하게 된다 [10],[11],[12][13]. 최근 기계적 보완과 복잡한 수학적 계산을 근거로 한 복잡한 알고리즘을 필요로 하지만 지금까지도 금속에 의해 손상 되어진 부분의 CT 데이터를 보완하는데 있어 일반적이고 보편적인 방법을 제공하는 반면 완전하게 Artifact를 제거 해내지는 못하고 있는 수준이다. 이러한 원인으로 재촬영을 하여 불필요한 방사선의 피폭을 받게 된다. 따라서 임상연구자 및 장비 개발자들은 방사선에 의한 환자의 피폭감소를 위해 지속적으로 연구를 진행 중이다[14][15].
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참고문헌 (23)

  1. C. H. Lim, H. R. Jung, M. G. Lee, Management patient dose in CT examinations (ICRP Publish 87), Computed Tomographic Technology, vol. 1, no. 1, p. 527, 2005. 

  2. D. H. Jeong, D. J. Kim, H. M. Jin, J. J A, S. J. Yoo, The Usefulness of OMAR (Metal Artifact Reduction for Orthopedic implants) for Patients with Dental Implants Journal of korean society of Computed Tomographic Technology, vol. 15. no. 1, p. 327, 2013. 

  3. S. H. Kim, et al., Development and Radiation Shield effects of Dose Reduction Fiber for Fiber for Scatter ray in CT Exams, Journal of Korean Academia-Industrial cooperation Society, vol. 14, no. 4 pp. 1871-1872, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.4.1871 

  4. C. H. Lee, C. S. Lim, A study on Added Filters for Reduction of Radiation Exposure Dose in Skull A-P Projection, Journal of Korean Academia-Industrial cooperation Society, vol. 12, no. 7, pp. 3117-3122, July 2011. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2011.12.7.3117 

  5. S. H. Lee, K. H. Yang, D. Y. Kim, S. B. Kim, MAR method of study use to Dual Source CT. Journal of korean society of Computed Tomographic Technology, vol. 1, no. 15, 2013. 

  6. H. J. Kim, A study of beam hardening effect reduction occur in brain CT, Journal of Korean Academia-Industrial cooperation Society, vol. 16, no. 12 pp. 8479-8486, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2015.16.12.8479 

  7. Lucas L. Geyer, MD2, U. Joseph Schoepf, MD, Felix G. Meinel, MD2, John W. Nance, Jr, MD3, Gorka Bastarrika, MD, Jonathon A. Leipsic, MD, Narinder S. Paul, MD, Marco Rengo, MD, PhD Andrea Laghi, MD, Carlo N. De Cecco, MD, Iterative CT Reconstruction Techniques, Article in Radiology, vol. 276, no. 1, pp. 339-357, 2015. 

  8. M. S. Kim, J. S. Jeong, M. G. Kim, Clinical Apply of Dual Energy CT (kVp switching) : A Novel Approach for MAR(Metal Artifact Reduction) Method, Journal of Radiation Protection and Research, vol. 41, no. 4, Dec. 2016. 

  9. G. J. Kim, S. H. Bae, K. J. Kim, H. K. Oh, Effect of Gamma Energy of Positron Emission Radionuclide on X-Ray CT Image, Journal of Korean Academia-Industrial cooperation Society, vol. 12, no. 10, pp. 4418-4424, July 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2011.12.10.4418 

  10. Prell D, Kalender WA, Kyriakou Y. Development, implementation and evaluation of a dedicated metal artefact reduction method for interventional flat-detector CT. British Journal of Radiology vol. 83, no. 996, pp. 1052-1062, 2010. DOI: https://doi.org/10.1259/bjr/19113084 

  11. Amir Motevakel, Alexander Medvedev Localization of deep brain stimulation electrodes via metal artifacts in CT images. Conference paper August, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/EMBC.2014.6943775 

  12. J. F. Barrett and N. Keat, "Artifacts in CT: Recognition and avoidance," Radiographics, vol. 24, no. 6, pp. 1679-1691, 2004. DOI: https://doi.org/10.1148/rg.246045065 

  13. R A. L. Kotsenas, G. J. Michalak, D. R. DeLone, F. E. Diehn, K. Grant, A. F. Halaweish, A. Krauss, R. Raupach, B. Schmidt, C. H. McCollough, J. G. Fletche CT MetalArtifactReductionintheSpine : CananIterative Reconstruction Technique Improve Visualization. AJNR Am J Neuroradiol, vol. 36 no. 2184-90, Nov. 2015. 

  14. Y. H. Kim, et al., Patient exposure doses from medical X-ray examination in Korea, Journal of Korean Academia-Industrial cooperation Society vol. 28, no. 3 pp. 241-248 September, 2011. 

  15. Hong-Rynag Jung, Ki-Jeong Kim, Eun-He Mo, "A Study on the Radiation Exposure Dose of Brain Perfusion CT Examination a Phantom", Journal of the Korea Convergence Society, vol. 6, no. 5, pp. 287-294, 2015. DOI: https://doi.org/10.15207/JKCS.2015.6.5.287 

  16. Chang-Gyu Kim, "Spatial dose distribution and exposure dose during lumbar lateral test", Journal of the Korea Convergence Society, vol. 5, no. 1, pp. 17-22, 2014. DOI: https://doi.org/10.15207/JKCS.2014.5.1.017 

  17. Chang-Gyu Kim, Byung-Sub Park, "The evaluation of the radiation dose and the image quality during MDCT using Glass Rod Detector", Journal of Digital Policy & Management, vol. 10, no. 2, pp. 249-254, 2012. 

  18. H. L. Lee, et al., "The Effect of a Thyroid Shield Made of a Tissue-Equivalent Material on the Reduction of the Thyroid Exposure Dose in Panoramic Radiography", Journal of Korean Academia-Industrial cooperation Society, vol. 13, no. 5, pp. 2278-2284, 2012. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.5.2278 

  19. Yun Park, Sang-Hyun Kim, "The Study of Effectiveness of Volume Mode in Pediatric CT", Journal of Digital Convergence, vol. 12, no. 10, pp. 425-431, 2014. DOI: https://doi.org/10.14400/JDC.2014.12.10.425 

  20. Youl-Hun Seoung, "Evaluation of Spatial Resolution for Exposure Class in Computed Radiography by Using the Modulation Transfer Function", Journal of Digital Policy & Management, vol. 11, no. 8, pp. 173-279, 2013. 

  21. H. Park, H. C. Lee, K. D. Kim et al., "The elimination of the linear artifacts by the metal restorations in the three dimensional computed tomographic images using the personal computer and software", Korean Journal of Oral and Maxillofacial Radiology, vol. 22, no. 33, pp. 151-159, 2003. 

  22. Naveen Subhas, Andrew N. Primak, Nancy A, Obuchowski, Amit Gupta, Joshua M. Polster, Andreas Krauss, Joseph P. Iannotti, Iterative metal artifact reduction : Evaluation and optimization of technique, vol. 12, no. 29, Apr. 2014. 

  23. Hongli Shi, Shuqian Luo, Zhi Yang, Geming Wu, A Novel Iterative CT Reconstruction Approach Based on FBP Algorithm, PLoS One. vol. 10, no. 9: e0138498. Published online, Sep. 2015. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138498 

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