PET/CT에서의 고관절 삽입물에 의한 인공물과 Metal Artifact Reduction Algorithm의 유용성에 대한 고찰

The Study of Usefulness of Metal Artifact Reduction Algorithm and Artifacts Caused by Metallic Hip Prosthesis on PET/CT

CT를 기반으로 감쇠 보정이 시행되는 PET/CT 검사에서는 금속 삽입물에 의한 선속 경화 현상 (Beam Hardening Artifact)으로 인공물이 발생 된다. 이는 인접한 부위의 과대 혹은 과소 평가를 유발하는 감쇠 보정으로 인해 $^{18}F$-FDG의 섭취 변화를 가져오며 영상의 질과 비뇨 생식기 질환의 진단능을 저하시킨다. 따라서 본 연구에서는 PET/CT 영상의 질 향상을 위한 금속 인공물 저감 (Metal Artifact Reduction, MAR) algorithm 재구성방법의 유용성을 평가하고자 한다. 인공 고관절 삽입물에 대한 인공물을 평가하기 위해 SPECT/PET Phantom에 고관절 삽입물을 고정 하여 PET/CT를 진행했다. W/O MAR algorithm 영상과 MAR algorithm 영상에서 CT상에 나타나는 Bright streak, Dark streak, Metal과 Background의 영역에서의 표준화 섭취 계수(Standardized Uptake Value)의 변화를 분석하였다. 또한 본원에 내원한 고관절 전치환술을 시행한 15명의 환자에게서 W/O MAR algorithm과 MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상을 비교 평가하였다. W/O MAR algorithm 영상에서 SUV는 Bright streak 영역에서는 $0.98{\pm}0.48$ g/ml, Dark streak 영역에서는 $0.88{\pm}0.02$ g/ml, Metal 영역에는 $0.24{\pm}0.16$ g/ml, Background 영역은 $0.91{\pm}0.18$ g/ml로 측정되었다. 하지만 MAR algorithm 영상에서는 Bright streak 영역에서는 $0.88{\pm}0.49$ g/ml, Dark streak 영역은 $0.63{\pm}0.21$ g/ml, Metal 영역에서는 $0.06{\pm}0.07$ g/ml, Background는 $0.90{\pm}0.02$ g/ml로 측정되었다. MAR algorithm 적용 시 SUV가 평균적으로 감소 하였으며, W/O MAR algorithm 영상에서는 Bright streak영역에서 Background 보다 높게 측정되어 false positive uptake로 나타났으나 MAR algorithm 영상에서는 Background와 비슷한 농도와 SUV가 나타났고, false positive uptake가 관찰되지 않았다. 따라서 MAR algorithm을 적용하여 인공 고관절 삽입물 주변 조직의 과대 혹은 과소 감쇠 보정으로 인한 섭취의 증가를 줄일 수 있었다. 하지만 Dark streak 영역에서의 SUV 저하를 줄이기 위한 방안은 더욱 많은 연구가 이뤄져야 할 것이다. 고관절 삽입 인공물로 인해 발생하는 Bright streak 영역에서의 false positive uptake를 감소시키고 이와 인접해 있는 비뇨 생식기 질환에 W/O MAR algorithm과 MAR algorithm, 비 감쇠 보정 영상이 동시에 제공된다면 더욱 진단능을 향상 시킬 수 있으리라 생각된다.

Purpose : PET/CT performed CT-based attenuation correction generates the beam hardening artifact by metallic implant. The attenuation correction causes over or underestimate of the area adjacent to metallic hip prosthetic material and change of $^{18}F$-FDG uptake. Also, the image quality and the diagnosability on genitourinary disease are reduced. Therefore, this study will evaluate the usefulness of MAR (Metal Artifact Reduction) algorithm method to improve the image quality on PET/CT. Materials and Methods : PET/CT was performed by fixing hip prosthesis in SPECT/PET phantom. In PET images with and Without MAR algorithm, the Bright streak, Dark streak, Metal region and Background area that appeared on CT were confirmed, and the change of each SUV (standardized uptake value) was analyzed. Also, in 15 patients who underwent total hip arthroplasty, each MAR algorithm and Without MAR algorithm and non attenuation correction was evaluated. Results : In PET image Without MAR algorithm, SUV of Bright streak region was $0.98{\pm}0.48$ g/ml; Dark streak region was $0.88{\pm}0.02$ g/ml; Metal region was $0.24{\pm}0.16$ g/ml, Background area was $0.91{\pm}0.18$ g/ml. In SUV of PET image with MAR algorithm, Bright streak region was $0.88{\pm}0.49$ g/ml, Dark streak region was $0.63{\pm}0.21$ g/ml, Metal region was $0.06{\pm}0.07$ g/ml, Background was $0.90{\pm}0.02$ g/ml. SUV generally decreased when applying MAR algorithm. In PET image Without MAR algorithm, SUVs of Bright region were higher than those measured in the Background, and it was false positive uptake. But, in PET image with MAR algorithm, SUVs of Bright region were similar to the Background, and false positive uptake disappeared. Conclusion : MAR algorithm could reduce an increase of $^{18}F$-FDG uptake due to attenuation correction in the hip surrounding tissue. However, decrease of SUV in Dark streak region should be considered in the future. Therefore, this study propose that the diagnostic accuracy can be improved in genitourinary diseases adjacent to metallic hip prosthesis, if provided PET images with and Without MAR algorithm, and non attenuation correction images at the same time.