The Evaluation of Reconstructed Images in 3D OSEM According to Iteration and Subset Number

3D OSEM 재구성 법에서 반복연산(Iteration) 횟수와 부분집합(Subset) 개수 변경에 따른 영상의 질 평가

Purpose: Presently in the nuclear medicine field, the high-speed image reconstruction algorithm like the OSEM algorithm is widely used as the alternative of the filtered back projection method due to the rapid development and application of the digital computer. There is no to relate and if it applies the optimal parameter be clearly determined. In this research, the quality change of the Jaszczak phantom experiment and brain SPECT patient data according to the iteration times and subset number change try to be been put through and analyzed in 3D OSEM reconstruction method of applying 3D beam modeling. Materials and Methods: Patient data from August, 2010 studied and analyzed against 5 patients implementing the brain SPECT until september, 2010 in the nuclear medicine department of ASAN medical center. The phantom image used the mixed Jaszczak phantom equally and obtained the water and 99mTc (500 MBq) in the dual head gamma camera Symbia T2 of Siemens. When reconstructing each image altogether with patient data and phantom data, we changed iteration number as 1, 4, 8, 12, 24 and 30 times and subset number as 2, 4, 8, 16 and 32 times. We reconstructed in reconstructed each image, the variation coefficient for guessing about noise of images and image contrast, FWHM were produced and compared. Results: In patients and phantom experiment data, a contrast and spatial resolution of an image showed the tendency to increase linearly altogether according to the increment of the iteration times and subset number but the variation coefficient did not show the tendency to be improved according to the increase of two parameters. In the comparison according to the scan time, the image contrast and FWHM showed altogether the result of being linearly improved according to the iteration times and subset number increase in projection per 10, 20 and 30 second image but the variation coefficient did not show the tendency to be improved. Conclusion: The linear relationship of the image contrast improved in 3D OSEM reconstruction method image of applying 3D beam modeling through this experiment like the existing 1D and 2D OSEM reconfiguration method according to the iteration times and subset number increase could be confirmed. However, this is simple phantom experiment and the result of obtaining by the some patients limited range and the various variables can be existed. So for generalizing this based on this results of this experiment, there is the excessiveness and the evaluation about 3D OSEM reconfiguration method should be additionally made through experiments after this.

현재 핵의학 분야에서는 디지털 컴퓨터의 급속한 발전 및 응용으로 인해 FBP 법의 대용으로 OSEM 알고리즘과 같은 고속 영상 재구성 알고리즘이 널리 이용되고 있다. 그 동안 여러 연구에서 파라미터 변경에 따른 OSEM 재구성 영상 질 변화에 대한 평가가 이루어져 왔으나, 어떠한 파라미터를 적용할 지에 관해서는 명확하게 정해진 것은 없다. 본 연구에서는 3D beam modeling을 적용한 3D OSEM 재구성 법에서 iteration 횟수와 subset 개수 변경에 따른 영상의 질 변화를 팬텀 실험과 환자 데이터을 통해 확인하고자 한다. 환자 데이터는 2010년 8월부터 9월까지 본원 핵의학과에서 Brain SPECT를 시행한 환자 5명을 대상으로 연구 분석하였다. 영상은 물과 $^{99m}Tc$ (500 MBq)을 균등하게 혼합한 Jaszczak 팬텀을 이용하여 Siemens사의 이중 헤드 감마 카메라 Symbia T2에서 획득하였다. 환자 데이터는 영상 재구성 시 환자 데이터와 팬텀 데이터 모두 iteration 횟수는 1, 4, 8, 12, 24, 48회, subset 개수는 2, 4, 8, 16, 32개로 변화를 주며 각각의 영상을 재구성하였다. 재구성된 각각의 영상에서 대조도와 영상의 잡음 정도를 가늠하기 위한 변이계수, FWHM을 산출하여 비교하였다. 팬텀 데이터와 환자 데이터에서 영상의 대조도와 공간해상력은 iteration 횟수와 subset 개수의 증가에 따라 모두 선형적으로 증가하는 경향을 나타냈으나 변이계수는 두 파라미터의 증가에 따라 향상되는 경향을 보이지 않았다. Projection 시간에 따른 비교에서도 Projection 당 10초, 20초, 30초 영상에서 모두 영상 대조도와 FWHM은 iteration 횟수와 subset 개수 증가에 따라 선형적으로 향상되는 결과를 나타냈으나 변이계수는 향상되는 경향을 보이지 않았다. 본 실험을 통해 3D beam modeling을 적용한 3D OSEM 재구성 법 영상에서도 기존의 1D와 2D OSEM 재구성 법과 같이 iteration 횟수와 부분집합 개수 증가에 따라 향상하는 영상 대조도의 선형적 관계를 확인할 수 있었다. 하지만 이는 단순한 팬텀 실험과 일부 환자 데이터 만으로 얻은 결과이고, 실제 임상에서는 보다 구조적으로 복잡한 대상과 다양한 변수들이 존재 가능하기 때문에 본 실험의 데이터만을 바탕으로 이를 일반화하기에는 무리가 있으며 차후 실험들을 통해 3D OSEM 재구성 법에 대한 평가가 추가로 이루어져야 할 것이다.