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문제 정의
- 이 연구의 목적은 PSF, TOF를 이용하여 재구성한 PET영상에서 MTV의 변화를 비교 평가하여 영상 재구성과 MTV의 관계와 MTV 측정 시 영상재구성 별 최적의 역치 값을 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 18F-FDG phantom의 PET영상은 matrix size 200×200, voxel size 4.07×4.07×3.00, slice thickness 3mm로 OSEM3D (iteration, 2; subset 24), OSEM3D+PSF(iteration, 2; subset 24), OSEM3D+TOF (iteration, 2; subset 21), OSEM3D+TOF+PSF (iteration, 2; subset 21) 각각 영상을 재구성 후 Gaussian filter (full width at half maximum [FWHM] 5mm)를 적용하였으며, CT영상을 이용하여 PET영상을 감쇠보정 하였다.
- SIEMENS Biograph mCT40 PET/CT (Siemens medical system, Germany) 기기를 이용하였으며, phantom을 FOV에 중앙에 위치시킨 후 1bed (216mm)당 5분씩 2bed로 10분 (overlap, 89mm) PET 영상을 획득하였으며, CT 영상은 관전압 120kV, 관전류 50mA, 0.5s/rotaion, pitch factor, 0.8을 이용하여 CT 영상을 획득하였다.
- SIEMEN사의 판독용 syngo.via 소프트웨어 프로그램(Siemens medical system, Germany)을 이용하여 PET 영상과 CT영상을 융합한 후 CT 영상에서 6개 구의 크기에 맞게 volume of interest (VOI)를 설정 후 PET영상에서 SUVmax의 역치 값을 이용하여 MTV를 측정하였다. SUVmax의 역치 값은 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%를 적용하였다.
- via 소프트웨어 프로그램(Siemens medical system, Germany)을 이용하여 PET 영상과 CT영상을 융합한 후 CT 영상에서 6개 구의 크기에 맞게 volume of interest (VOI)를 설정 후 PET영상에서 SUVmax의 역치 값을 이용하여 MTV를 측정하였다. SUVmax의 역치 값은 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%를 적용하였다.
- phantom의 구와 배후방사능의 비율이 4:1, 8:1, 10:1, 20:1인 phantom 영상에 OSEM3D, PSF, TOF, TOF+PSF로 각각 영상을 재구성한 후 SUVmax의 역치값을 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% 적용하여 MTV의 값을 실제 phantom의 구의 체적과 비교 평가 하였다. MedCalc (MedCalc Software, Ostend, Belgium) 통계분석 프로그램을 이용하여 대응표본 Wilcoxon test 와 실제 체적과 측정체적의 상관도를 비교하기 위해 Concordance correlation 분석을 하였다.
대상 데이터
- NEMA(National Electrical Manufactures Association) IEC(International Electechnical Commission) body phantom (diameter, 194mm; volume, 9700 ㎤)의 6개의 구(volume1, 26.52 ㎤; volume2, 11.49 ㎤; volume3 5.57㎤, volume4, 2.57 ㎤; volume5, 1.15 ㎤; volume6, 0.52㎤)에 배후방사능의 비율이 4:1, 8:1, 10:1, 20:1이 되도록 18F-FDG를 희석하여 Phantom에 주입하였다.
데이터처리
- phantom의 구와 배후방사능의 비율이 4:1, 8:1, 10:1, 20:1인 phantom 영상에 OSEM3D, PSF, TOF, TOF+PSF로 각각 영상을 재구성한 후 SUVmax의 역치값을 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% 적용하여 MTV의 값을 실제 phantom의 구의 체적과 비교 평가 하였다. MedCalc (MedCalc Software, Ostend, Belgium) 통계분석 프로그램을 이용하여 대응표본 Wilcoxon test 와 실제 체적과 측정체적의 상관도를 비교하기 위해 Concordance correlation 분석을 하였다.
성능/효과
- Concordance correlation coefficient(Pc) 값과 Bias correction factor (Cb) 값은 OSEM3D, TOF 재구성 영상의 45% 역치 값에서 높은 상관관계계수와 정확도(OSEM3D; Pc=0.9985, Cb=0.9995, TOF; Pc=0.9989, Cb=1.0000)를 보였다. PSF, TOF+PSF 재구성 영상에서는 SUVmax의 역치값 40%에서 높은 상관계수와 정확도를 보였다.
- NEMA IEC body phantom을 이용한 실험에서 SUVmax 역치 값이 증가 할수록 MTV는 낮게 측정되었으며 동일한 SUVmax 역치 값에서는 구와 배후 방사능의 비율이 증가 할수록 MTV가 낮게 측정되었다.
- 0000)를 보였다. PSF, TOF+PSF 재구성 영상에서는 SUVmax의 역치값 40%에서 높은 상관계수와 정확도를 보였다.(PSF; Pc=0.
- Phantom의 실제 체적이 1.15 ㎤ 이하인 구에서는 PET 기기 검출기의 공간 해상도 제한에 의한 부분용적효과와 spill over 효과로 인하여 실제 체적에 해당하는 최적의 SUVmax의 역치 값이 높게 측정 되었다. 구와 배후방사능의 비율이 낮을수록 배후 방사능의 영향에 의하여 MTV의 최적의 SUVmax 역치 값이 증가 하였다.
- 동일한 구와 배후 방사능의 비율에서는 OSEM3D+PSF, OSEM3D+TOF+PSF, OSEM3D, OSEM3D+TOF 영상 재구성 순으로 MTV가 증가하였다. 구와 배후 방사능의 비율이 4:1, 8:1, 10:1, 20:1인 phantom의 영상재구성 영상에서 OSEM3D+PSF, OSEM3D+TOF+PSF 영상의 SUVmax 역치 값은 40% MTV와 OSEM3D, OSEM3D+TOF 영상의 SUVmax 역치 값은 45% MTV가 실제 phantom의 구의 체적과 높은 상관도를 보였다.
- 15 ㎤ 이하인 구에서는 PET 기기 검출기의 공간 해상도 제한에 의한 부분용적효과와 spill over 효과로 인하여 실제 체적에 해당하는 최적의 SUVmax의 역치 값이 높게 측정 되었다. 구와 배후방사능의 비율이 낮을수록 배후 방사능의 영향에 의하여 MTV의 최적의 SUVmax 역치 값이 증가 하였다.[Fig.
- 동일한 구와 배후 방사능의 비율에서는 OSEM3D+PSF, OSEM3D+TOF+PSF, OSEM3D, OSEM3D+TOF 영상 재구성 순으로 MTV가 증가하였다. 구와 배후 방사능의 비율이 4:1, 8:1, 10:1, 20:1인 phantom의 영상재구성 영상에서 OSEM3D+PSF, OSEM3D+TOF+PSF 영상의 SUVmax 역치 값은 40% MTV와 OSEM3D, OSEM3D+TOF 영상의 SUVmax 역치 값은 45% MTV가 실제 phantom의 구의 체적과 높은 상관도를 보였다.
- 이번 연구를 통해서 MTV 측정 시 SUVmax 역치 값이 커질수록 MTV는 낮게 측정되었다. 실제 체적과 비교하였을 때 PSF의 재구성 영상에서 OSEM3D, TOF 재구성 영상에 비해 낮은 최적의 역치 값을 보였다. 영상재구성 차이에 따라 FDG PET의 정량적 분석 지표에 영향을 주게 되므로 영상재구성 변화에 대한 MTV의 변화의 관계를 이해하는 것이 중요하다[14].
- 영상 재구성별 MTV의 역치 값은 OSEM3D, TOF 재구성 영상에서는 MTV의 SUVmax의 역치값 45% 측정값에서 phantom 구의 실제 체적과 통계적으로 유의성을 나타냈으며, (OSEM3D; P=0.0946, TOF; P=0.9431) PSF, TOF+PSF 재구성 영상에서는 SUVmax의 역치값 40% MTV에서 실제 체적과 통계적으로 유의성을 보였다. (PSF; P=0.
- 이번 연구를 통해서 MTV 측정 시 SUVmax 역치 값이 커질수록 MTV는 낮게 측정되었다. 실제 체적과 비교하였을 때 PSF의 재구성 영상에서 OSEM3D, TOF 재구성 영상에 비해 낮은 최적의 역치 값을 보였다.
- 전반적으로 phantom영상의 MTV의 SUVmax의 역치값이 증가 할수록 MTV는 낮게 측정되었으며 [Fig. 1] 동일한 역치 값에서 영상 재구성에 따른 MTV는 PSF, TOF+PSF, OSEM3D, TOF 순으로 증가하였다. [Fig.
후속연구
- 연구의 한계점은 phantom을 이용하여 종양의 크기를 안다고 가정하고 영상재구성을 달리하여 SUVmax의 역치 값의 관계를 알아보았다 하지만 환자의 실제 종양의 크기를 정확히 알 수가 없다. 또한 이 연구에서는 종양의 형태를 구로 가정하고 실험하였으나 실제 환자의 종양의 체적을 측정할 때 항상 적용 가능한 구조가 아니다.
- 15 ㎤이하인 MTV에서는 부분용적효과와 spill over효과로 MTV의 역치 값이 높게 나타나 종양의 실제 크기를 평가하기가 어려웠다 [15-17]. 이번 연구결과를 통하여 영상재구성차이에 따라 MTV 측정에 기초적인 자료로 제공되어 질 수 있지만 영상 재구성뿐만 아니라 MTV 측정에 영향을 주는 다양한 변수와 MTV 측정방법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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