A Comparative Analysis of Standard Uptake Value Using the Recovery Coefficient Before and After Correcting Partial Volume Effect

부분 체적 효과에서 회복 계수를 이용한 보정 전과 후 SUV의 비교 분석

Purpose: The partial volume effect occurs because of limit of the spatial resolution. It makes partial loss of intensity and causes SUV to be lower than it should actually be. So the purpose of this study is to calculate recovery coefficient for correcting PVE from phantom study and to compare before and after SUV correction applying to PET/CT examination. Materials and Methods: The flangeless Esser PET phantom consisting of four hot cylinders was used for this study. All of the hot cylinders were filled with FDG solution of 20.72 MBq per 1000 ml, and the phantom background was filled with FDG solution of different concentrations (33.30, 22.20, 16.65 MBq per 6440 ml) to yield H/B ratios of around 4:1, 6:1 and 8:1. Using the Biograph Truepoint 40(SIEMENS, Germany), we applied recovery coefficient method to 30 patients who were diagnosed with lung cancer after PET/CT exam. And then we analyzed and compared SUV before and after correcting partial volume effect. Results: The smaller the diameter of hot cylinder becomes, the more recovery coefficient decreased. When we applied recovery coefficient to clinical patients and compared SUV before and after correcting PVE, before the correction all lesions gave an average max SUV of 7.83. And after the correction, the average max SUV increases to 10.31. The differences in the max SUV between before and after correction were analyzed by paired t test. As a result, there were statistically significant differences (t=7.21, p=0.000). Conclusion: The SUV for quantification should be measured precisely to give consistent information of tumor uptake. But PVE is one of factors that causes SUV to be lower and to be underestimated. We can correct this PVE and calculate corrected SUV using the recovery coefficient from phantom study. And if we apply this correction method to clinical patients, we can finally assess and provide quantitative analysis more accurately.

추적 검사에서의 PET/CT 재구성 영상은 추적자의 분포를 균일하고 정확하게 표현하여야 일관된 정량분석 값을 제공 할 수 있을 것이다. 그러나 PET/CT 장비의 제한된 공간분해능 때문에 발생하는 부분 체적 효과(Partial Volume Effect: PVE)로 인해 관심영역의 방사능 농도가 실제의 값보다 낮게 측정될 가능성이 있고, 따라서 관심부위의 SUV가 실제 값보다 낮게 측정 될 가능성이 있다. 본 연구에서는 PET/CT 스캐너의 PVE를 보정하는 회복계수(Recovery Coefficient: RC)를 팬텀 실험을 통해 산출하고, 실제 PET/CT 검사 자료에 적용하여 보정 전과 후 SUV를 비교 분석 하고자 한다. ACR phantom을 이용하여 1000 mL의 증류수에 20.72 MBq (0.56 mCi)을 균일하게 희석하고 열소 원통 (hot cylinder-2.5, 1.6, 1.2, 0.8 cm in diameter)에 주입하였다. 또한 6440 ml의 증류수에 33.30 MBq (0.90 mCi), 22.20 MBq (0.60 mCi), 16.65 MBq (0.45mCi)을 균일하게 희석하고 배후 방사능을 채워 열소 원통과 배후방사능이 각각 4:1, 6:1, 8:1 (Hot/Background ratio: H/B ratio)이 되도록 만들어 3회 반복 실험하였다. 서울아산병원의 Biograph Truepoint 40 (SIEMENS, Germany) 장비로 whole body protocol을 사용하여 phantom 실험 및 환자 검사를 시행하였다. 2010년 7월부터 8월까지 서울아산병원에서 PET/CT 검사 후 폐암으로 판정 받은 환자 30명을 대상으로, 본 연구의 결과에서 산출된 RC를 적용하여 PVE 보정 전과 후 SUV를 비교 분석하였다. 열소 원통과 배후방사능이 4:1일 때 2.5, 1.6, 1.2, 0.8 cm 에서의 RC는 각각 0.75, 0.72, 0.40, 0.27이었고, 6:1일 때 0.74, 0.59, 0.55, 0.43이었으며, 8:1일 때 0.77, 0.76, 0.58, 0.42로 열소 영역의 크기가 작아질수록 RC가 감소하였다. 폐암으로 판정 받은 환자 중에서 30명의 환자를 무작위 표본 추출하여 보정 전과 후의 SUV 최대값을 비교 분석 한 결과, 보정 전 평균은 7.83이었고 보정 후 평균은 10.31이었다. 또한 보정 전과 후의 SUV 최대값을 대응 표본 t 검정으로 차이를 분석한 결과, 통계적으로 유의한 차이가 있었다(t=7.21, p=0.000). PVE에 의해서 과소 평가 되었던 보정 전의 SUV가 보정 후에는 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 병변의 크기와 H/B ratio가 환자마다 제각기 다른 값을 갖기 때문에, RC를 사용하여 PVE를 보정한 SUV가 정확한 값이라고 판단하기는 어려우나 PVE에 의해 감소된 SUV를 실제 값과 유사하게 보정할 수 있는 방법일 것으로 생각된다.