Abstract
Nuclear medicine emission computed tomography(ECT) can be very useful to diagnose early stage of neuronal diseases and to measure theraputic results objectively, if we can quantitate energy metabolism, blood flow, biochemical processes, or dopamine receptor and transporter using ECT. However, physical factors including attenuation, scatter, partial volume effect, noise, and reconstruction algorithm make it very difficult to quantitate independent of type of SPECT. In this study, we quantitated the effects of attenuation and scatter using brain SPECT and three-dimensional brain phantom with and without applying their correction methods. Dual energy window method was applied for scatter correction. The photopeak energy window and scatter energy window were set to 140ke${\pm}$10% and 119ke${\pm}$6% and 100% of scatter window data were subtracted from the photopeak window prior to reconstruction. The projection data were reconstructed using Butterworth filter with cutoff frequency of 0.95cycles/cm and order of 10. Attenuation correction was done by Chang's method with attenuation coefficients of 0.12/cm and 0.15/cm for the reconstruction data without scatter correction and with scatter correction, respectively. For quantitation, regions of interest (ROIs) were drawn on the three slices selected at the level of the basal ganglia. Without scatter correction, the ratios of ROI average values between basal ganglia and background with attenuation correction and without attenuation correction were 2.2 and 2.1, respectively. However, the ratios between basal ganglia and background were very similar for with and without attenuation correction. With scatter correction, the ratios of ROI average values between basal ganglia and background with attenuation correction and without attenuation correction were 2.69 and 2.64, respectively. These results indicate that the attenuation correction is necessary for the quantitation. When true ratios between basal ganglia and background were 6.58, 4.68, 1.86, the measured ratios with scatter and attenuation correction were 76%, 80%, 82% of their true ratios, respectively. The approximate 20% underestimation could be partially due to the effect of partial volume and reconstruction algorithm which we have not investigated in this study, and partially due to imperfect scatter and attenuation correction methods that we have applied in consideration of clinical applications.
핵의학 단층촬영기를 이용하여 몸 안에서 일어나는 신진대사, 혈류량 공급, 생화학적 변화, 또는 뇌에서의 도파민 운반체, 수용체 등의 영상을 획득한 후 정량화할 수 있다면 환자의 조기진단뿐만 아니라 치료계획을 세우고 치료경과 등을 객관적으로 측정하는데 매우 유용할 것이다. 그러나 물리적 요소들인 감쇠, 산란, 부분용적 효과, 노이즈, 그리고 재구성 알고리즘 등은 SPECT 의 디자인에 관계없이 영상의 정성적 또는 정량적 결과에 영향을 미친다. 본 논문에서는 뇌 촬영용 단일 결정 SPECT와 뇌 모형 팬텀을 이용하여 물리적 요소들 중 특히 감쇠와 산란의 영향을 정량화하고 보정 방법에 따른 결과를 정량 분석하였다. 산란 보정은 주 에너지 창 140keV$\pm$10% (126～154 keV)와 산란에너지 창 119keV$\pm$6% (112～126keV)를 이용하여 데이터를 획득한 후 산란 에너지 창의 100%를 빼주는 방법을 적용하였다. 영상 재구성은 차단주파수 0.95cycles/cm와 차수 10을 적용한 저역통과 Butterworth 여과기로 여과하여 여과후 역투사 방법으로 재구성하였다. 감쇠 상수는 산란 보정을 하지 않은 경우와 한 경우에 따라 각각 0.12cycles/cm 와 0.15cycles/cm 를 적용하여 뇌 내에서의 균일한 감쇠계수로 가정하고 Chang 방법에 의하여 감쇠에 대한 보정을 하였다. 정량분석을 위해 기저핵이 뚜렷이 보이는 3개의 단층면을 선택하여 기저핵과 그 외 뇌 영역에 관심영역을 구하였다. 산란보정을 하지 않았을 때 감쇠보정을 한 후의 ROI 값은 감쇠 보정전 ROI 값에 비해 기저핵 2.20배 배후 방사능 2.10배였다. 반면에 감쇠보정 후와 감쇠보정 전의 기저핵과 배후방사능의 비율은 매우 비슷했다. 산란보정을 한 후 감쇠보정을 한 ROI 값은 감쇠보정 전 ROI 값과 비교할 때 기저핵 2.69 배 배후 방사능 2.64 배로 뇌 영상의 절대적 정량적 분석을 위해서는 반드시 감쇠 보정이 필요한 것을 보여준다. 기저핵과 배후 방사능의 참값 비율이 6.58, 4.68, 1.86 일 때 산란 보정과 감쇠보정을 한 경우는 참값의 76%, 80%, 82%로 측정하였고 감쇠보정을 하지 않은 경우는 75%, 81%, 81%로 측정하였다. 참값의 비율이 낮을수록 참값에 가깝게 측정하였으나 산란과 감쇠보정을 한 경우에도 참값에 비해 약 20% 의 과소평가를 볼 수 있었다. 이는 본 논문에서 자세히 다루지 않은 부분용적 효과와 재구성 알고리즘 그리고 위에서 적용한 대략적인 감쇠와 산란보정 방법의 원인으로 사료되며 앞으로 더욱 연구되어야 할 분야이다.
