The Evaluation of Images with Various Filters in I-131 SPECT/CT

I-131 SPECT/CT에서 Ringing Artifact 감소를 위한 다양한 Filter값의 적용

Purpose: After I-131 therapy, SPECT/CT is useful in identifying location of thyroid remnants and metastasis of thyroid cancers. An excessive uptake of thyroid leads to a ringing artifact in the SPECT images. The aim of this study is to investigate and suggest a proper post filters to remove ringing artifact and produce better image quality. Materials and Methods: A low-cost, customized thyroid-mimicking phantom, consisting of an acrylic bottle and a hollow sphere was used for SPECT/CT Discovery (GE Healthcare, USA). It was filled with I-131 solution. The ratio of hollow sphere to background were varied as 50:1, 200:1, 1000:1 and 4000:1. Acquired images were reconstructed by OSEM (2 iterations, 10 subsets) with and without Evolution (resolution recovery correction, GE). Three different post-filters were applied; Butterworth (cut off: 0.38 to 0.58 with intervals of 0.05), Hanning (cut off: 0.8 to 1 with intervals of 0.05) and Gaussian (FWHM: 3 to 5 with intervals of 0.5) filters. Contrast, background variability, air area variability, and full width half maximum (FWHM) were compared. Results: Higher contrasts were obtained from the SPECT images with Evolution than without Evolution. In the case of images without Evolution, image distortion such as star artifact was generated. For all sphere-to-background ratio, the Butterworth filter showed better constrasts and FWHMs than other two filters, but the ringing artifact was still generated in all studies except 50:1 and it was decreased as cutoff value was increased. The ringing artifact didn't appear with Hanning and Gaussian filters at all studies, however constrats and FWHMs with Gaussian was worse than Hanning filter. For the images having ringing artifacts, the background variability and air area variability were increased. Conclusion: In this study, we suggested that it is desirable to use Hanning filter when the ringing artifact is generated and to use Butterworth filter when ringing artifact is not generated in I-131 SPECT.

치료 후 I-131 SPECT/CT는 잔류 갑상선 위치확인 및 전이유무를 판단하기 위하여 시행된다. 잔류 갑상선에 집적이 심한 경우 영상은 ringing artifact에 의하여 왜곡된다. 본 연구는 ringing artifact를 제거하고 영상의 질을 향상시키기 위한 적절한 post-filter의 적용에 대하여 제시하고자 한다. 본 실험은 hollow sphere와 아크릴통으로 구성된 phantom을 사용하여 SPECT/CT Discovery 670 (GE Healthcare, USA) 장비로 수행하였다. I-131용액을 hollow sphere에 184, 46, 9.2, 2.3 MBq/cc, 아크릴통에 46 kBq/cc을 각각 주입하였고 sphere 대 background의 비를 4000:1, 1000:1, 200:1, 50:1로 설정하였다. 데이터는 다음과 같은 조건으로 획득하였다(HEGP collimator 사용, Attenuation collection 적용, scan time 40 secs/frame, step angle 6도, scan mode non circular, evolution 적용과 미적용). 획득된 데이터는 OSEM (iteration 2, subset 10) 방식으로 재구성하였다. Post-filer의 사용에 따른 이미지의 변화를 보기 위해 3가지의 다른 post-filer들이 사용되었다(butterworth filter cut-off: 0.38, 0.43, 0.48, 0.53, 0.58, hanning filter cut-off: 0.8, 0.85, 0.9, 0.95, 1, gaussian FWHM: 3, 3.4, 4, 4.5, 5). 각각의 데이터는 MRIcro를 사용하여 contrast ratio, background variability를 분석하였고 e.soft ROI tool을 사용하여 FWHM값을 구하였다. Evolution을 적용한 경우, 모든 결과에서 contrast ratio값이 높게 나타났다. Evolution을 적용하지 않은 경우 star artifact 등 왜곡이 발생하였고 영상의 질이 현저히 낮아짐을 확인할 수 있었다. 4000:1, 1000:1, 200:1의 경우, butterworth filter 사용 시 ringing artifact가 발생하였으며 cut-off값이 커질수록 artifact가 감소하였다. Hanning filter를 사용한 경우 ringing artifact는 발생하지 않았다. Contrast ratio와 FWHM값이 butterworth filter나 hanning filter 적용 시 우수하였다. Gaussian filter경우 contrast ratio와 FWHM값에서 저조한 결과를 얻을 수 있었다. 50:1의 경우, 모든 경우에서 ringing artifact가 발생하지 않았다. Butterworth filter를 적용한 경우 가장 높은 contrast ratio와 가장 우수한 FWHM값을 나타내었다. 본 논문을 통하여 I-131 SPECT에서 ringing artifact가 발생 할 경우(thyroid remnant를 포함) hanning filter를 사용하여 영상을 재구성하고, ringing artifact가 발생하지 않을(remnant thyroid를 포함하지 않음) 경우 butterworth filter를 사용하여 재구성하는 것이 바람직하다는 사실을 알 수 있었다.