[논문]복부 CT 프로토콜에서 필터 보정 역투영법과 반복적 재구성기법에 따른 화질 및 선량에 관한 연구

오정민; 서현지; 김영균; 한동균

doi:10.7742/jksr.2021.15.7.1065

초록
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최근 복부 CT 검사 건수가 증가하고 있으며 이에 피폭선량을 감소시키기 위해 많은 노력이 요구되고 있다. 최근 도입된 반복적 재구성기법(Iterative Reconstruction, IR)을 복부 CT검사에 적용하여 기존 필터 보정 역투영법(Filtered Back Projection, FBP)과 화질 및 선량을 비교평가하여 유용성을 알아보고자 하였다. 반복적 재구성기법은 SIEMENS사의 ADMIRE, GE사의 ASIR-V를 이용하였고 화질평가를 위해 ACR phantom 영상을 이용하여 Noise, % Contrast, High contrast resolution를 측정하였다. 또한 선량평가는 CT장치에서 표시되는 CTDI_vol, DLP를 이용하였다. 필터 보정 역투영법과 반복적 재구성기법을 비교 평가한 결과 반복적 재구성기법 ADMIRE 2~5단계, ASIR-V 30, 50, 70, 90%를 적용한 경우, Noise가 ADMIRE에서 0.46~2.38, ASIR-V에서 0.51~2.5 감소하였다. % Contrast, High contrast resolution 유의한 차이가 없었다. 선량의 경우 반복적 재구성기법을 사용할 경우 ADMIRE에서 25.39%, ASIR-V에서 16.61% 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다. 결론적으로 복부 CT검사 시 반복적 재구성기법을 적용한다면 화질을 유지함과 동시에 선량을 감소시킬 수 있을 것이라 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In Computed Tomography, abdominal examination showed the highest proportion of use, and effort of reducing the radiation dose is required. Recently introduced Iterative Reconstruction(IR) is repetitive reconstruction technique of Computed Tomography. SIEMENS' IR, ADMIRE and GE's IR, ASIR-V, were use...

In Computed Tomography, abdominal examination showed the highest proportion of use, and effort of reducing the radiation dose is required. Recently introduced Iterative Reconstruction(IR) is repetitive reconstruction technique of Computed Tomography. SIEMENS' IR, ADMIRE and GE's IR, ASIR-V, were used in this examination. Noise, % Contrast, and High contrast resolution were measured by using ACR phantom for image quality evaluation. In addition, CTDIvol and DLP displayed in the CT device were used for dose evaluation. When FBP and IR were compared, stage 2 to stage 5 of ADMIRE and 10, 30, 50, 70, and 90% of ASIR-V were applied, noise could be reduced from a minimum of 0.46 to a maximum of 2.38 in ADMIRE compared to FBP, and noise from a minimum of 0.51 to a maximum of 2.5 in ASIR-V compared to FBP. Also, % Contrast and High contrast resolution of FBP and IR were no statistical difference. When IR was used for abdominal CT examination, the radiation dose of ADMIRE is reduced by 25.39% compared to the radiation dose of FBP. Also, the radiation dose of ASIR-V is reduced by 16.61% compared to the radiation dose of FBP. In conclusion, it is believed that if IR is applied during abdominal CT examination, the radiation dose can be reduced without deteriorating the image quality.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Modules of ACR Phantom.
표 Table 1. Noise of FBP and ADMIRE
표 Table 2. % Contrast of FBP and ADMIRE
표 Table 3. CTDIvol and DLP of FBP and ADMIRE
표 Table 4. Noise of FBP and ASIR-V
표 Table 5. % Contrast of FBP and ASIR-V
표 Table 6. CTDI_vol and DLP of FBP and ASIR-V

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 복부 CT 프로토콜에서 FBP 기법과 IR 기법을 화질 및 선량을 비교평가하여 IR 기법의 유용성을 알아보고자 하였다.

제안 방법

관전압은 모두 동일하게 120 kV로 고정하였다. ADMIRE 의 경우, 복부 CT 프로토콜에서 관전류를 150 mAs, 200 mAs로 변화하며 시행하였으며, ADMIRE 1단계에서부터 5단계까지 총 5단계로 변화를 주었다. ASIR-V의 경우, 복부 CT 프로토콜에서 관전류를 250 mAs, 300 mAs로 변화하며 시행하였으며, ASIR 10, 30, 50, 70, 90%로 총 5단계로 변화를 주었다.
ADMIRE 의 경우, 복부 CT 프로토콜에서 관전류를 150 mAs, 200 mAs로 변화하며 시행하였으며, ADMIRE 1단계에서부터 5단계까지 총 5단계로 변화를 주었다. ASIR-V의 경우, 복부 CT 프로토콜에서 관전류를 250 mAs, 300 mAs로 변화하며 시행하였으며, ASIR 10, 30, 50, 70, 90%로 총 5단계로 변화를 주었다.
FBP와 ADMIRE, 그리고 ASIR-V의 관전류 변화에 따른 화질과 선량을 측정하고자 하였다. 관전압은 모두 동일하게 120 kV로 고정하였다.
각 실험은 각각 3회 실시하여 화질과 선량을 측정 및 분석하였다.
본 연구에서는 복부 CT 프로토콜에서 ACR phantom을 이용하여 FBP기법과 ADMIRE, 그리고 ASIR-V의 관전류 변화에 따른 화질 및 선량평가를 진행하였다.
화질 측정을 위해 Noise, % Contrast, High contrast resolution을 측정하였으며, 각각의 측정 방법은 다음과 같다.

대상 데이터

3 kg으로 4개의 모듈로 구성되어있다. 본 연구에서는 팬텀의 Noise를 측정하는 모듈, % Contrast를 측정하는 모듈, High contrast resolution을 측정하는 모듈을 사용하였다. CT 장비의 성능 평가는 ACR 인증 프로그램(Gammex 464 Automated CT Software v1.
팬텀은 FBP기법과 IR기법의 화질 평가를 하기 위해 미국방사선의학회 팬텀(American College of Radiology, ACR, 1-800-GAMMEX 1, Gammex, USA) 을 사용하였으며, 직경 20 cm, 길이 16 cm, 무게 5.3 kg으로 4개의 모듈로 구성되어있다. 본 연구에서는 팬텀의 Noise를 측정하는 모듈, % Contrast를 측정하는 모듈, High contrast resolution을 측정하는 모듈을 사용하였다.

데이터처리

28. SPSS inc., IBM Company)를 사용하여 독립표본 t-검정을 실시하였고, 통계학적 유의수준은 0.05 미만에서 유의한 차이가 있다고 하였다.

이론/모형

본 연구에서는 팬텀의 Noise를 측정하는 모듈, % Contrast를 측정하는 모듈, High contrast resolution을 측정하는 모듈을 사용하였다. CT 장비의 성능 평가는 ACR 인증 프로그램(Gammex 464 Automated CT Software v1.1)을 사용하였다.
IR기법에는 모델 기반 반복적 재구성법(Model Based Iterative Reconstruction, MBIR)과 하이브리드 반복 재구성법(Hybrid Iterative Reconstruction, Hybrid IR) 등 많은 방식이 존재하지만 본 논문에서는 SIE MENS사의 IR기법 알고리즘인 고급 모델링 반복재구성법(Advanced Modeled Iterative Reconstruction, ADMIRE), GE사의 적응식 통계적 반복 재구성 기법 (Adaptive Statistical Iterative Reconstruction V, ASIR -V)을 사용하였다.
본 연구는 반복적 재구성기법을 관전류에 따라 적용하여 Noise, % Contrast, High contrast resolution 를 측정하였다. 그리고 기존의 필터보정 역 투영법과 동일한 화질에서의 선량을 감소시킬 수 있는 반복적 재구성기법의 최적의 범위를 제시하는데 의의가 있다.

성능/효과

150 mAs와 200 mAs일 경우 모두 ADMIRE의 단계를 높일수록 noise는 FBP보다 감소하였고, 최대 48.17~50.36% 감소시킬 수 있었다. 또한 % Contrast, High contrast resolution은 동일하게 나타났다.
250 mAs와 300 mAs일 경우 모두 ADMIRE의 단계를 높일수록 noise는 FBP보다 감소하였고, 최대 48.73~53.38% 감소시킬 수 있었다. 또한 % Contrast, High contrast resolution은 동일하게 나타났다.
관전류가 200 mAs일 때, FBP기법과 ADMIRE 5 단계의 경우, Noise는 각각 4.94, 2.56으로 나타났으며, 이는 FBP기법과 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05)
관전류가 250 mAs일 때, FBP기법과 ASIR-V 90%의 경우, Noise는 각각 5.47, 2.55로 나타났으며, 이는 FBP기법과 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.05)
복부 CT 프로토콜 검사 시 IR기법(ADMIRE, ASIR-V)을 사용한 경우, FBP기법 보다 낮은 선량임에도 Noise, % Contrast, High contrast resolution 이동 일한 영상을 획득할 수 있었다.
화질 측정 결과, 관전류가 150 mAs일 때, FBP기법과 ADMIRE 5단계의 경우, Noise는 각각 5.5, 2.73으로 나타났으며, 이는 FBP기법과 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05)

후속연구

본 연구의 제한점으로는 제조사별 복부CT 프로토콜이 다르게 설정되어 사용되고 있어, 동일한 관전류를 적용할 수 없었으며, 장비 제조사 간 반복적 재구성 기법의 비교평가는 실시하지 않았다. 그리고 임상 복부 CT 검사 환자에게 적용하지 못한 점이다.
이를 통해 복부 CT 검사 시 IR기법을 적용할 수 있을 것으로 사료 된다.
그리고 임상 복부 CT 검사 환자에게 적용하지 못한 점이다. 이에 향후 임상 복부 CT검사에 적용하여 추가 연구를 진행하고자 한다.

참고문헌 (10)

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J. W. Lee, D. Y. Won, J. E. Jung, H. G. Kim, "Study on Image Quality and Radiation Dose due to the Arm Position in the Abdomen/Pelvis CT", Journal of the Korean Society of Radiology, Vol. 9, No. 6, pp. 337-342, 2015. https://doi.org/10.7742/jksr.2015.9.6.337

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Yoshiko Sagara, Amy K Hara, William Pavlicek, Alvin C Silva, Robert G Paden, Qing Wu, "Abdominal CT: Comparison of Low-Dose CT with Adaptive Statistical Iterative Reconstruction and Routine-Dose CT with Filtered Back Projection in 53 Patients", American Journal of Roentgenology, Vol. 195, No. 3, pp. 713-719, 2010. https://doi.org/10.2214/ajr.09.2989

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E. Y. Son, S. S. Hong, "Dose reduction and image quality evaluation with the use of Adaptive Statistical Iterative Reconstruction and Model-Based Iterative Reconstruction in abdominal CT", Korean Society of Computed Tomographic Technology, Vol. 15, No. 1, pp. 87-97, 2013.

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