SPECT/CT에서 서로 다른 에너지의 방사성동위원소 사용시 영상보정기법의 유용성 평가

The Evaluation of Image Correction Methods for SPECT/CT in Various Radioisotopes with Different Energy Levels

본 연구에서는 각기 다른 에너지의 방사성동위원소를 이용하여 CT를 기초로 한 attenuation correction (AC)과 scatter correction (SC)을 적용했을 때 영상의 질을 비교분석하고 영상보정기법의 유용성에 대해 알아보고자 하였다. Resolution 평가를 위해 사용된 spatial resolution phantom 내부에 물을 채우고 각각의 동위원소 $^{99m}Tc$ (140 keV, 2.22 kBq), $^{201}Tl$ (70 keV, 2.22 kBq), $^{131}I$ (364 keV, 2.22 kBq)을 line에 주입하여 제작하였다. Contrast 평가를 위해 이용한 Jaszczak phantom은 배후방사능과 열소원통의 비율이 1:8이 되도록 각각의 동위원소를 주입하여 제작하였다. GE Infinia Hawkeye4 SPECT/CT (GE Medical System, USA)로 영상을 획득하고, non-correction (NC), AC, SC, AC와 SC가 동시에 적용된(ACSC) 4가지 조건으로 OSEM (2 iterations, 10 subsets)을 이용하여 영상을 각각 재구성하였다. FWHM값은 paired samples t-test를 통하여 유의수준 관계를 분석하였고, percent contrast (%)값은 MATLAB (Ver.7.0)$^{(R)}$과 MRIcro$^{(R)}$를 이용하여 각각의 수치를 비교하였다. $^{99m}Tc$의 resolution test에서 NC, AC, SC, ACSC를 각각 적용했 을 때 FWHM (mm)값은 각각 $4.97{\pm}0.46$, $4.73{\pm}0.27$, $49.7{\pm}0.39$, $4.60{\pm}0.26$, $^{201}Tl$에서는 $5.26{\pm}0.28$, $5.14{\pm}0.21$, $5.25{\pm}0.25$, $5.05{\pm}0.23$, $^{131}I$에서는 $6.24{\pm}0.73$, $5.84{\pm}0.57$, $6.24{\pm}0.69$, $5.98{\pm}0.52$의 값을 얻을 수 있었다. 각 방사성 동위원소의 결과 값에서 NC와 비교하여 AC, ACSC를 적용했을 때 통계적으로 유의한 차이를 보였고(P<0.05), SC만을 적용했을 때는 유의한 차이가 없음을 보여주었다(P>0.05). Contrast test에서는 percent contrast(%) 를 4개의 원통에 대한 값을 구했고, NC와 비교했을 때 AC, SC, ACSC의 percent difference (%)가 $^{99m}Tc$은 24.73, 38.10, 67.31, $^{201}Tl$은 30.90, 51.82, 86.02, $^{131}I$에서는 18.60, 46.26, 73.67의 차이를 보였다. 본 연구의 결과에 따르면 $^{99m}Tc$, $^{201}Tl$ 과 같은 낮은 에너지를 가진 핵종에 대해서는 ACSC를 동시에 적용한 영상에서 resolution 향상이 가장 크게 나타났지만, $^{131}I$ 같은 높은 에너지의 핵종에서는 AC만 적용되었을 때 ACSC를 적용했을 때보다 영상의 질이 더 향상됨을 알 수 있었다. 그러므로 SPECT/CT 검사 시 사용되는 핵종의 에너지에 따라 적절한 영상보정기법을 적용한다면 정확한 진단을 위한 최적의 영상을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

Purpose: To optimize correction method for SPECT/CT, image quality consisting of resolution and contrast was evaluated using three radioisotopes ($^{99m}Tc$, $^{201}Tl$ and $^{131}I$) and three different correction methods; attenuation correction (AC), scatter correction (SC) and both attenuation and scatter correction (ACSC). Materials and Methods: Images were acquired with a SPECT/CT scanner and a conventional CT protocol with an OESM reconstruction algorithm (2 iterations and 10 subsets). For resolution measurement, fixed radioactivity (2.22 kBq) was infused into a spatial resolution phantom and full width at half maximum (FWHM) was measured using a vendor-provided software. For contrast evaluation, radioactive source with a ratio of 1:8 to background was filled in a Flanged Jaszczak phantom and percent contrast (%) were calculated. All the parameters for image quality were compared with non-correction (NC) method. Results: As compared with NC, image resolution of all three isotopes were significantly improved by AC and ACSC, not by SC. In particular, ACSC showed better resolution than AC alone for $^{99m}Tc$ and $^{201}Tl$. Image contrast of all three radioisotopes in a sphere with the largest diameter were enhanced by all correction methods. ACSC showed the highest contrast in all three radioisotopes, which was the most accurate in $^{99m}Tc$ (85.9%). Conclusion: Image quality of SPECT/CT was improved in all the radioisotopes by CT-based attenuation correction methods, except SC alone. SC failed to improve resolution in any radioisotopes, but it was effective in contrast enhancement. ACSC would be the best correction method as it improved resolution in radioisotopes with low energy levels and contrast in radioisotope with low energy levels. However, in radioisotope with high energy level, AC would be better than ACSC for resolution improvement.