The comparisons of three scatter correction methods using Monte Carlo simulation

몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 산란보정 방법들에 대한 비교

Scatter correction for single photon emission computed tomography (SPECT) plays an important role to improve image quality and quantitation. The purpose of this study was to investigate three scatter correction methods using Monte Carlo simulation. Point source and Jaszack phantom filled with Tc-99m were simulated by Monte Carlo code, SIMIND. For scatter correction, we applied three methods, Compton window (CW) method, triple window (TW) method, and dual photopeak window (DPW) method. Point sources located at various depths along the center line within a 20-cm phantom were simulated to calculate the window ratios and corresponding scatter fractions by evaluating the polynomial coefficients for DPW method. Energy windows were located in W$_1$=92-125 keV, W$_2$=124-126 keV, W$_3$=136-140 keV, W$_4$=140-141 keV, and W$_{5}$=154-156 keV. The results showed that in Jaszack phantom with cold sphere and hot sphere, the TW gave the closest contrast and percentage recovery to the ideal image, respectively, while CW overestimated and DPW underestimated the contrast of ideal one. All three scatter correction methods showed an improved image contrast. In conclusion, scatter correction is essential for improving image contrast and accurate quantification. The choice of scatter correction method should be made on the basis of accuracies and ease of implementation.

단일광자방출촬영 (SPECT) 에 대한 산란보정은 영상질을 개선하고 영상을 정량분석하는데 중요한 역할을 한다. 본 연구의 목적은 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 에너지 창을 이용한 세 가지 산란보정들에 대해 조사하는 것이었다. 몬테카를로 방법을 이용하여 Tc-99m에서 방출되는 광자의 history를 발생시키는 점선원과 Jaszack 팬텀에 대해 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션을 위한 SPECT 시스템의 섬광체 NaI(T1) 는 두께 0.95 cm, 40 $\times$ 45 cm이었고, 조준기는 저에너지용 조준기를 사용하였다. 140 keV 에서 SPECT 에 대한 에너지 분해능은 9.8 %, 고유공간분해능은 0.32 cm 이었고, 화소크기는 0.3 $\times$ 0.3 $cm^2$이었다. 산란보정방법에는 컴프턴창을 이용한 방법 (CW), 세 개의 에너지창을 이용한 방법 (TW), 그리고 이중 광봉우리창을 이용한 방법 (DPW)을 사용하였다. DPW의 다항식 계수를 구하기 위해서 직경 20 cm인 팬텀안에서 깊이에 따라 점선원을 위치시켜 평면 영상을 얻었다. 에너지 창은 w1 = 92-125 keV, w2 = 124-126 keV, w3 = 126-140 keV, w4 = 140-154 keV, w5 = 154-156 keV으로 설정하였다. SPECT 투사영상은 360$^{\circ}$ 회전모드로 하여 120개를 얻었다. 회전반경은 15 cm이었다. 산란보정방법들은 삼중 에너지창을 이용한 방법은 cold sphere를 가진 Jaszack phantom 에서 참값에 가장 가까운 대조도를 주었고, hot sphere를 가진 Jaszack phantom에서 image recovery에 있어서 좋은 것으로 나타났다. 컴프턴 창을 이용한 방법은 대조도에 있어서 참값보다 과대평가되어 나타났고 이중 광봉우리창을 이용한 방법은 산란보정하기 전에 비해 대조 도는 좋아졌지만 참값에 비해 과소평가되어 나타났다. 조사된 세 가지 보정방법들은 개선된 영상 대조도를 보여주었다. 결론적으로, 산란보정에 대한 임상적용을 위해서는 SPECT 시스템에 실행하기 용이한 보정방법을 선택해하며, 정확한 정량분석을 위해서는 산란보정이 수행되어야 할 것이다.