[논문]Standard와 MAR 알고리즘에서 CT 검사조건 변화에 따른 인공물과 노이즈 평가

김영근; 양숙; 왕태욱

doi:10.17946/jrst.2020.43.2.79

Standard와 MAR 알고리즘에서 CT 검사조건 변화에 따른 인공물과 노이즈 평가
Evaluation of Artifact and Noise in the Standard and MAR Algorithms with Variation of Examination Conditions of CT 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.43 no.2, 2020년, pp.79 - 85

김영근 (광주보건대학교 방사선과) , 양숙 ((주)커스메디 기업부설연구소) , 왕태욱 (화순전남대학교병원 영상의학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The influence of metal artifact in CT image depends on the type of metal materialsm, the reconstruction algorithm, and scan parameters. The presence of metal artifacts was quantitatively evaluated by applying the standard and MAR algorithms through the phantom study. In the change of tube voltage applied the standard algorithm, metal artifact decreased to 44.9% for 80 vs 120 kVp, 24% for 100 vs 120 kVp, while the image taken at 140 kVp increased the artifact by 19% compared to 120 kVp. When the tube current was increased from 100 to 300 mA, there was no significant difference in the CT value and noise. Black band and white strike artifacts occurred up to 65.9% in the adjacent ROI of the metal driver, whereas titanium screw produced lesser metal artifact than that of the metal driver. The combination of 120kVp or higher tube voltage-standard algorithm was effective in removing black band artifacts as well as white streak by high density materials. However, MAR reconstruction algorithm was useful in improving image quality under the environment of low kVp and high density materials, without increase of radiation exposure.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

의료용 CT 영상에서 금속에 의한 인공물의 감소는 화질 향상과 진단정보의 획득에서 중요한 부분이다. 본 연구에서는 고밀도 금속 삽입물에 의한 아티팩트를 감소시키기 위해 사용되는 MAR 알고리즘의 유용성을 알아보고, standard 알고리즘에서 스캔 파라미터를 변화시키는 기존 방법과 그 특징을 비교하였다. 삽입된 금속물질의 종류에 따라 white streak 아티팩트와 black band 아티팩트의 발생 정도에 차이를 보였고, 각 알고리즘에서 CT 값의 향상과 노이즈의 제거율이 다르게 나타났다.

제안 방법

본 연구에서는 임상에서 주로 사용되는 재구성알고리즘인 standard 알고리즘과 MAR 알고리즘을 각각 적용하여 각 알고리즘에서 CT값과 노이즈를 측정하여 금속아티팩트와 영상의 화질 변화를 정량적으로 정량적으로 평가하여 각 알고리즘별 금속아티팩트의 제거율을 비교 분석하였다.

대상 데이터

인체 torso 팬텀(the Alderson RANDO phantom, RSD, USA)에 대략 1.0 cm²의 구멍을 뚫고, 120 kVp, 200 mA,2.5 mm slice thickness에서 CT 촬영(Reveolution HDCT, GE Healthcare, USA)하여, 인공물이 발생하지 않은 기준 영상을 획득하였다. 팬텀의 삽입구멍에 고밀도 물질로서 금속 드라이버(metallic driver)와 의료용 티타늄 스크류(Titanum screw)를 각각 삽입하고, 촬영조건에 따른 금속 아티팩트의 변화를 비교하기 위해 Table 1에 나타낸 촬영조건을 적용하여 동일 장비에서 CT 영상을 획득하였다.
5 mm slice thickness에서 CT 촬영(Reveolution HDCT, GE Healthcare, USA)하여, 인공물이 발생하지 않은 기준 영상을 획득하였다. 팬텀의 삽입구멍에 고밀도 물질로서 금속 드라이버(metallic driver)와 의료용 티타늄 스크류(Titanum screw)를 각각 삽입하고, 촬영조건에 따른 금속 아티팩트의 변화를 비교하기 위해 Table 1에 나타낸 촬영조건을 적용하여 동일 장비에서 CT 영상을 획득하였다. 각 조건에서 획득된 영상은 Standard 알고리즘과 MAR 알고리즘을 적용하여 영상을 재구성하였다.

데이터처리

획득된 모든 영상은 infinte MARO PACS 프로그램과 imageJ 프로그램(IJ152-win-java8, NIH, USA)을 이용하여 각 픽셀값을 측정하였고, SPSS 통계프로그램을 이용하여 MAR 알고리즘 적용에 따른 통계적 유의성을 확인하였다(P-value<0.05).

이론/모형

팬텀의 삽입구멍에 고밀도 물질로서 금속 드라이버(metallic driver)와 의료용 티타늄 스크류(Titanum screw)를 각각 삽입하고, 촬영조건에 따른 금속 아티팩트의 변화를 비교하기 위해 Table 1에 나타낸 촬영조건을 적용하여 동일 장비에서 CT 영상을 획득하였다. 각 조건에서 획득된 영상은 Standard 알고리즘과 MAR 알고리즘을 적용하여 영상을 재구성하였다.

성능/효과

120 kVp이상 관전압-standard 알고리즘의 조합은 금속 삽입물에 의한 white streak 뿐만 아니라 black band 아티팩트의 제거에 효과적이었고, 티타늄혼합물보다 스테인리스와 같은 물질에서 큰 제거율을 나타내었다. MAR 알고리즘 적용 시, 관전압과 상관없이 인공물에 의한 표준편차를 줄이고, 일정한 값의 CT 값을 획득할 수 있었다. 다만, 120kVp이상의 스캔 조건에서는 관전압에 의한 금속 인공물의 영향이 어느 정도 감소한 상태이므로 MAR 알고리즘을 적용 시 standard 알고리즘과 큰 차이가 발생하지 않았다.
120 kVp이상 관전압-standard 알고리즘의 조합은 금속 삽입물에 의한 white streak 뿐만 아니라 black band 아티팩트의 제거에 효과적이었고, 티타늄혼합물보다 스테인리스와 같은 물질에서 큰 제거율을 나타내었다. MAR 알고리즘 적용 시, 관전압과 상관없이 인공물에 의한 표준편차를 줄이고, 일정한 값의 CT 값을 획득할 수 있었다.
MAR 알고리즘 적용 시, 관전압과 상관없이 인공물에 의한 표준편차를 줄이고, 일정한 값의 CT 값을 획득할 수 있었다. 다만, 120kVp이상의 스캔 조건에서는 관전압에 의한 금속 인공물의 영향이 어느 정도 감소한 상태이므로 MAR 알고리즘을 적용 시 standard 알고리즘과 큰 차이가 발생하지 않았다. 특히, MAR 알고리즘은 방사선 피폭을 동반하지 않고, CT 값의 향상과 노이즈 감소에 유용하였다.

후속연구

특히, MAR 알고리즘은 방사선 피폭을 동반하지 않고, CT 값의 향상과 노이즈 감소에 유용하였다. 이에 임상에서 사용되고 있는 스캔 파라미터와 금속의 종류에 따라 적절한 알고리즘을 적용한다면 방사선 피폭을 감소시키고, 인공물의 영향을 최소화할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 다양한 금속을 적용하여 각 금속의 물성에 따른 인공물의 형태 및 알고리즘 적용 시 영상 화질의 평가가 다소 부족하고, 각 알고리즘 적용 시 화질인자의 변화를 단순 비교한 것에 대한 제한점을 가지고 있다. 이 연구를 바탕으로, 향후 인체에 삽입되는 의료기기별 인공물의 특성을 파악하고, 임상자료의 분석을 동반하여 적절한 스캔 파라미터와 알고리즘의 적용에 관해 연구할 계획이다.
본 연구에서는 다양한 금속을 적용하여 각 금속의 물성에 따른 인공물의 형태 및 알고리즘 적용 시 영상 화질의 평가가 다소 부족하고, 각 알고리즘 적용 시 화질인자의 변화를 단순 비교한 것에 대한 제한점을 가지고 있다. 이 연구를 바탕으로, 향후 인체에 삽입되는 의료기기별 인공물의 특성을 파악하고, 임상자료의 분석을 동반하여 적절한 스캔 파라미터와 알고리즘의 적용에 관해 연구할 계획이다.

참고문헌 (12)

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원문보기 상세보기
Kim YJ, Cha JG, Kim HJ, Yi JS, Kim HJ. Dual-Energy and Iterative Metal Artifact Reduction for Reducing Artifacts Due to Metallic Hardware: A Loosening Hip Phantom Study. American Journal of Roentgenology. 2019;212:1106-11.

상세보기
Moon SG, Hong SH, Choi JY, Jun WS, Kang HG, Kim HS, Kang HS. Metal artifact reduction by the alteration of technical factors in multidetector computed tomography: A 3-dimensional quantitative assessment. J Comput Assist Tomogr. 2008 Jul-Aug;2(4):630-3.
White SC, Pharoah MJ. Oral radiology: Principles and interpretation. 7th Ed. St. Louis, Missouri, Elsevier-Mosby; 2014: 196.
Panjnoush M, Kheirandish Y, Kashani PM, Fakhar HB, Younesi F, Mallahi M. Effect of Exposure Parameters on Metal Artifacts in Cone Beam Computed Tomography. Journal of Dentistry of Tehran University of Medical Sciences. 2016;13(3):143-50.
Gjesteby L, De Man B, Jin Y, Paganetti H, Verburg J, Giantsoudi D, Wang G. Metal artifact reduction in CT: Where are we after four decades? IEEE. 2016;4:2169-3536.
Kim HJ, Yoon J. Analysis of the artifact reduction rate for the types of medical metals in CT with MAR algorithm. Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society. 2016;17(9):655-62.

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