Resolution Recovery 기반의 Astonish 영상 재구성 기법의 평가

승종민,이형진,김진의,김현주,김중현,이재성,이동수,Seung, Jong-Min,Lee, Hyeong-Jin,Kim, Jin-Eui,Kim, Hyun-Joo,Kim, Joong-Hyun,Lee, Jae-Sung,Lee, Dong-Soo 대한핵의학기술학회 2011 핵의학 기술 Vol.15 No.1

SPECT 영상에서의 resolution recovery를 기반으로 하는 3D 재구성 기법은 detector면으로부터 거리에 의한 공간적 blur를 보상하여 높은 spatial resolution과 contrast를 가지는 특징이 있다. 본 논문에서는 이러한 재구성 기법 중의 하나인 Philips사의 Astonish 프로그램을 phantom 실험을 통하여 기존의 재구성 기법과 비교, 평가하고 임상적 유용성을 높이고자 하였다. Skylight SPECT system (Philips)에서 NEMA IEC PET body phantom과 Flanges Jaszczak phantom (Data Spectrum corp.)을 이용하여 시간과 거리에 따른 4가지의 다른 입력 조건에서 실험을 실시하였다. 가까운 거리와 먼 거리 (짧은 거리보다 10 cm 더해진 거리)에서 각각 full time (40 kcts/frame)과 half time (full time의 절반)을 적용하여 영상을 얻고, iteration 수에 변화를 주어 MLEM, 3D-OSEM, Astonish로 영상을 재구성하였다. NEMA IEC PET body phantom의 각 sphere에서 background variability에 따른 contrast ratio의 변화양상을 확인하고 각 재구성 기법에서의 최적의 iteration 수를 찾아보았다. 이로부터 얻은 최적의 iteration 수를 Jaszczak phantom 영상의 재구성에 적용하여 비교해보고 실제 환자의 myocardial SPECT data에 대하여 육안적 평가를 실시하였다. 전반적인 contrast ratio는 Astonish가 MLEM과 3D-OSEM보다 높았다. 직경 37 mm의 가장 큰 hot sphere에서 짧은 거리에서는 Astonish가 MLEM과 3D-OSEM보다 각각 27.1%와 17.4%의 더 높은 contrast ratio를 보였고, 먼 거리에서는 40.5%와 32.6%로 더 높았다. 그러나 시간에 따른 변화의 차이는 크게 나타나지 않았다. 또한, 육안적 평가에서 Astonish가 다른 두 재구성 기법에 비하여 더 좋은 영상을 보였다. 이 실험에서는 정량적 분석 및 육안적 평가를 통하여 Astonish가 기존의 영상 재구성 기법인 MLEM과 3D-OSEM에 비하여 시간을 단축시켜 업무의 효율성을 높일 뿐만 아니라 질적으로도 우수한 영상을 구현하여 임상적으로 신뢰성이 높은 검사 결과를 제공할 수 있음을 확인하였다. Objective: The 3-dimensional reconstruction method with resolution recovery modeling has advantages of high spatial resolution and contrast because of its precise modeling of spatial blurring according to the distance from detector plane. The aim of this study was to evaluate one of the resolution recovery reconstruction methods (Astonish, Philips Medical), compare it to other iterative reconstructions, and verify its clinical usefulness. Materials and Methods: NEMA IEC PET body phantom and Flanges Jaszczak ECT phantom (Data Spectrum Corp., USA) studies were performed using Skylight SPECT (Philips) system under four different conditions; short or long (2 times of short) radius, and half or full (40 kcts/frame) acquisition counts. Astonish reconstruction method was compared with two other iterative reconstructions; MLEM and 3D-OSEM which vendor supplied. For quantitative analysis, the contrast ratios obtained from IEC phantom test were compared. Reconstruction parameters were determined by optimization study using graph of contrast ratio versus background variability. The qualitative comparison was performed with Jaszczak ECT phantom and human myocardial data. Results: The overall contrast ratio was higher with Astonish than the others. For the largest hot sphere of 37 mm diameter, Astonish showed about 27.1% and 17.4% higher contrast ratio than MLEM and 3D-OSEM, in short radius study. For long radius, Astonish showed about 40.5% and 32.6% higher contrast ratio than MLEM and 3D-OSEM. The effect of acquired counts was insignificant. In the qualitative studies with Jaszczak phantom and human myocardial data, Astonish showed the best image quality. Conclusion: In this study, we have found out that Astonish can provide more reliable clinical results by better image quality compared to other iterative reconstruction methods. Although further clinical studies are required, Astonish would be used in clinics with confidence for enhancement of images.

동적 영상 획득 방식을 이용한 정적 영상의 움직임 보정

윤석환,승종민,김계환,김재일,이형진,김진의,김현주,Yoon, Seok-Hwan,Seung, Jong-Min,Kim, Kye-Hwan,Kim, Jae-Il,Lee, Hyung-Jin,Kim, Jin-Eui,Kim, Hyun-Joo 대한핵의학기술학회 2010 핵의학 기술 Vol.14 No.1

정적 영상 획득 시 기존의 정적 영상 획득 방식 대신 동적 영상 획득 방식을 이용하여 움직임에 의한 motion correction을 적용함으로써 정적 영상 획득 시 발생되는 움직임에 의한 문제점을 해결하고자 하였다. 실험은 capillary tube와 IEC body phantom을 이용하여 움직임이 없을 때 정적 영상 획득 방식으로 얻은 영상과 동적 영상 획득 방식으로 얻은 각각의 frame을 더한 영상에 대해 resolution, frequency, total counts, blind test를 비교 분석하였으며 임의로 최소한의 움직임과 과도한 움직임을 주어 motion correction 전후의 영상에 대해서도 resolution, frequency, total counts, blind test를 비교 분석 하였다. 기존의 정적 영상 획득 방식으로 얻은 영상과 동적 영상 획득 방식으로 얻은 각각의 frame을 더한 영상의 resolution, frequency, total counts, blind test의 결과 값의 차이가 없었다. 또한 최소한의 움직임과 과도한 움직임을 준 영상에 대해 motion correction 적용 전후의 비교 결과 값은 motion correction 후 resolution, frequency, blind test의 결과 값이 움직임이 없을 때의 정적 영상과 거의 차이가 없었다. 하지만 과도한 움직임에 대한 보정 시 frame당 흐림 현상이 많이 발생 하였으므로 좌표 보정이 어려워 frame을 제외하는 방법을 적용하였기 때문에 과도한 motion correction 후 삭제한 frame 수만큼 total counts에서 차이를 보였다. 정적 영상 획득 시 움직임이 예상되는 환자에게 기존의 정적 영상 획득방식이 아닌 동적 영상 획득 방식을 이용하여 움직임 발생시 좌표 보정과 흐림 현상이 심한 frame 제외 방법을 이용하여 정적 영상에서 움직임에 의해 발생되었던 영상의 질 저하와 정량적 분석의 신뢰도 감소, 재검사에 대한 문제점을 해결할 수 있을 것이라고 생각되며 motion correction에 제공되는 다양한 프로그램 개발과 임상 적용에 대한 광범위한 연구가 현실적으로 필요하며 향후 지속적인 연구가 기대되는 바이다. Purpose: The static image of nuclear medicine study should be acquired without a motion, however, it is difficult to acquire static image without movement for the serious patients, advanced aged patients. These movements cause decreases in reliability for quantitative and qualitative analysis, therefore re-examination was inevitable in the some cases. Consequently, in order to improve the problem of motion artifacts, the authors substituted the dynamic acquisition technique for the static acquisition, using motion correction. Materials and Methods: A capillary tube and IEC body phantom were used. First, the static image was acquired for 60 seconds while the dynamic images were acquired with a protocol, 2 sec/frame${\times}$30 frames, under the same parameter and the frames were summed up into one image afterwards. Also, minimal motion and excessive motion were applied during the another dynamic acquisition and the coordinate correction was applied towards X and Y axis on the frames where the motion artifact occurred. But the severe blurred images were deleted. Finally, the resolution and counts were compared between the static image and the summed dynamic images which before and after applying motion correction, and the signal of frequency was analysed after frequency spatial domain was transformed into 2D FFT. Supplementary examination, the blind test was performed by the nuclear medicine department staff. Results: First, the resolution in the static image and summed dynamic image without motion were 8.32 mm, 8.37 mm on X-axis and 8.30 mm, 8.42 mm on Y-axis, respectively. The counts were 484 kcounts, 485 kcounts each, so there was nearly no difference. Secondly, the resolution in the image with minimal motion applying motion correction was 8.66 mm on X-axis, 8.85 mm on Y-axis and had 469 kcounts while the image without motion correction was 21.81 mm, 24.02 mm and 469 kcounts in order. So, this shows the image with minimal motion applying motion correction has similar resolution with the static image. Lastly, the resolution in the images with excessive motion applying motion correction were 9.09 mm on X-axis, 8.83 mm on Y-axis and had 469 kcounts while the image without motion correction was 47.35 mm, 40.46 mm and 255 kcounts in order. Although there was difference in counts because of deletion of blurred frames, we could get similar resolution. And when the image was transformed into frequency, the high frequency was decreased by the movement. However, the frequency was improved again after motion correction. In the blind test, there was no difference between the image applying motion correction and the static image without motion. Conclusion: There was no significant difference between the static image and the summed dynamic image. This technique can be applied to patients who may have difficulty remaining still during the imaging process, so that the quality of image can be improved as well as the reliance for analysis of quantity. Moreover, the re-examination rate will be considerably decreased. However, there is a limit of motion correction, more time will be required to successfully image the patients applying motion correction. Also, the decrease of total counts due to deletion of the severe blurred images should be calculated and the proper number of frames should be acquired.

정적 영상에서 Noise Reduction Software의 이해와 적용

이형진,송호준,승종민,최진욱,김진의,김현주,Lee, Hyung-Jin,Song, Ho-Jun,Seung, Jong-Min,Choi, Jin-Wook,Kim, Jin-Eui,Kim, Hyun-Joo 대한핵의학기술학회 2010 핵의학 기술 Vol.14 No.1

본원에 도입된 새로운 소프트웨어는 SPECT나 전신 뼈 영상에만 국한되어 사용되어 지고 있지만 보다 효과적으로 다른 검사에 적용하기 위해 팬텀을 통한 실험과 영상의 비교를 통하여 그 유용성을 찾아보고자 하였다. 실험을 위하여 Body IEC phantom과 Jaszczak ECT phantom, Capillary를 이용한 실린더 팬텀을 이용하였고, 영상의 처리 전후의 계수, statistics를 비교해 보고 contrast ratio나 BKG의 변화들을 정량적으로 분석해 보았다. Capillary source를 이용한 FWHM 비교에서는 PIXON의 경우 처리 전후의 영상에서 차이가 거의 없었고, ASTONISH의 경우 처리 후의 영상이 우수해짐을 확인할 수 있었다. 반면 Standard deviation과 그에 따른 Variance는 PIXON은 다소 감소한 반면 ASTONISH는 큰 폭으로 증가함을 보였다. IEC phantom을 이용한 BKG variability 비교에서는 PIXON의 경우 전체적으로 감소한 반면 ASTONISH는 다소 증가하는 경향을 보였고, 각각의 sphere에 대한 contrast ratio도 두 가지 방법 모두 향상됨을 확인하였다. 영상의 스케일 면에서도 PIXON의 경우 처리 후에는 window width가 약 4-5배 증가하였지만 ASTONISH에서는 큰 차이가 없었다. 팬텀 실험 분석 후 ASTONISH는 정량적 분석을 위해 ROI를 그려야 하는 기타 검사와 대조도를 강조하는 검사에 적용 가능성을 보였고, PIXON은 획득계수가 부족하거나 SNR이 낮은 핵의학 검사에 유용하게 사용될 것으로 생각되었다. 영상의 분석 인자로 많이 사용되는 정량적인 수치들은 소프트웨어의 적용 후 대체로 향상되었지만 감마카메라의 차이보다 소프트웨어간의 알고리즘 특성으로 인한 결과영상의 차이가 많아 모든 핵의학 검사의 적용에 있어서 일관성을 유지하기는 어려울 것으로 사료된다. 또한 전신 뼈 영상과 같이 검사시간의 획기적 단축과 같은 수단으로는 우수한 영상의 질을 기대하기 어렵다. 새로운 소프트웨어의 도입 시 병원의 특성에 맞는 protocol과 임상 적용 전에 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다. Purpose: Nuclear medicine manufacturers provide various softwares which shorten imaging time using their own image processing techniques such as UlatraSPECT, ASTONISH, Flash3D, Evolution, and nSPEED. Seoul National University Hospital has introduced softwares from Siemens and Philips, but it was still hard to understand algorithm difference between those two softwares. Thus, the purpose of this study was to figure out the difference of two softwares in planar images and research the possibility of application to images produced with high energy isotopes. Materials and Methods: First, a phantom study was performed to understand the difference of softwares in static studies. Various amounts of count were acquired and the images were analyzed quantitatively after application of PIXON, Siemens and ASTONISH, Philips, respectively. Then, we applied them to some applicable static studies and searched for merits and demerits. And also, they have been applied to images produced with high energy isotopes. Finally, A blind test was conducted by nuclear medicine doctors except phantom images. Results: There was nearly no difference between pre and post processing image with PIXON for FWHM test using capillary source whereas ASTONISH was improved. But, both of standard deviation(SD) and variance were decreased for PIXON while ASTONISH was highly increased. And in background variability comparison test using IEC phantom, PIXON has been decreased over all while ASTONISH has shown to be somewhat increased. Contrast ratio in each spheres has also been increased for both methods. For image scale, window width has been increased for 4~5 times after processing with PIXON while ASTONISH showed nearly no difference. After phantom test analysis, ASTONISH seemed to be applicable for some studies which needs quantitative analysis or high contrast, and PIXON seemed to be applicable for insufficient counts studies or long time studies. Conclusion: Quantitative values used for usual analysis were generally improved after application of the two softwares, however it seems that it's hard to maintain the consistency for all of nuclear medicine studies because result images can not be the same due to the difference of algorithm characteristic rather than the difference of gamma cameras. And also, it's hard to expect high image quality with the time shortening method such as whole body scan. But it will be possible to apply to static studies considering the algorithm characteristic or we can expect a change of image quality through application to high energy isotope images.

Radium-223 Dichloride의 외부 방사선량의 평가

조성욱,윤석환,승종민,김태엽,임정진,김진의,Cho, Seong Wook,Yoon, Seok Hwan,Seung, Jong Min,Kim, Tae Yub,Im, Jeong Jin,Kim, Jin Eui 대한핵의학기술학회 2016 핵의학 기술 Vol.20 No.1

전립선암은 세계적으로 남성에게 발생하는 가장 흔한 암이며, 암 관련 이환 및 사망의 주요 원인 중 하나이다. 전립선 암세포는 안드로겐에 의해 자극되며 안드로겐 수용체에 결합하여 활성화된다. 안드로겐 수용체는 전사인자로 작용하며 세포주기, 증식 및 분화를 조절한다. 안드로겐 수용체 신호 차단은 전립선암 치료의 특징이다. 전립선암에서 통증은 빈번하게 일어나는 관련 증상으로 환자의 삶의 질 악화의 주요 원인 중 하나이다. 주사용 $^{223}Ra-Dichloride$는 28 Mev 알파 방사선을 방출하여 골 전이가 있는 거세저항성 전립선암(Castration-Resistant Prostate Cancer)의 치료에 이용되고 있다. $^{223}Ra$은 체내 반감기가 11.4 일, 100 마이크로미터 이하 범위의 높은 선 에너지 전달(LET) 알파선을 방출하므로 매우 국소적인 방사선 영역을 생성시키는데 사용할 수 있다. 골격 전이와 같은 표적조직에 알파선을 위치하게 되면 베타선보다 더 국소적 용적으로 방사선을 전달하여 주위의 정상조직에 대한 노출을 줄인다. 하지만 $^{223}Ra-Dichloride$는 알파선 이외에 붕괴 과정에서 3.6%의 베타선과 1.1%의 감마선 (80, 156, 270 keV)을 방출한다. 본 연구는 $^{223}Ra-Dichloride$ 치료 시 사용되는 방사능양 3.5 MBq과 $^{99m}Tc-MDP$를 사용하여 Bone scan 검사 시 사용되는 방사능양 740 MBq을 사용하여 감마선에 대한 외부 방사선량을 평가해보고자 하였다. 최대 외부 방사선량은 $D({\infty})=34.6{\tau}Q_0Tp(0.25)$(${\tau}$:감마상수, $Q_0$:초기방사능양, Tp:물리적 반감기) 식을 이용하여 산출하였으며, 실제로 vial에서 방출되는 감마선을 1m의 거리에서 survey meter를 이용하여 15회 외부 방사선량률을 측정하였다. Health physics(2012)에서 제공하는 $^{223}Ra-Dichloride$과 $^{99m}Tc-MDP$의 1m 거리에서의 감마상수의 값은 각각 0.0469, 0.0215, 실제로 사용되는 방사능양 3.5 MBq, 740 MBq, 반감기 11.4일, 6시간을 기준으로 산출된 외부 방사선량은 $^{223}Ra-Dichloride$은 $16{\mu}Sy$, $^{99m}Tc-MDP$은 $34{\mu}Sy$의 값을 보였다. 실제로 vial에서 1 m 거리에서 방출되는 외부 방사선량율은 평균 $^{223}Ra-Dichloride$는 ${\mu}Sy/h$, $^{99m}Tc-MDP$은 $18{\mu}Sy/h$ 값이 측정값을 보였다. 감마상수 값은 $^{223}Ra-Dichloride$이 $^{99m}Tc-MDP$에 비해 높은 값을 나타내지만 실제로 사용되는 방사능의 양을 고려한 최대 외부 방사선량은 $^{223}Ra-Dichloride$이 $^{99m}Tc-MDP$보다 낮은 최대 외부 방사선량 값이 산출되었으며, 실제로 측정한 외부 방사선량율도 작은 값을 보여 $^{223}Ra-Dichloride$을 이용한 치료시 감마선에 대한 외부 방사선량은 매우 작음을 알 수 있었다. $^{223}Ra-Dichloride$은 골 전이가 있는 거세저항성 전립선암(Castration-Resistant Prostate Cancer) 환자들에게 유용한 치료제라고 사료된다. Purpose $^{223}Ra-Dichloride$ is used for the medicine of castration-resistant prostate cancer (CRPC) and which emits ${\alpha}-ray$ of 28 Mev that is used for therapy. However $^{223}Ra-Dichloride$ emits ${\beta}-ray$ of 3.6% and ${\gamma}-ray$ of 1.1%(80,156,270 keV) aside from ${\alpha}-ray$ in decay. Therefore we would like to evaluate external radiation expose dose rate of ${\gamma}-ray$ of $^{223}Ra-Dichloride$. Materials and Methods We calculated external radiation expose dose rate using ${\gamma}-constant$ of $^{223}Ra-Dichloride$, $^{99m}Tc$ based on Health physics(2012). $^{223}Ra-Dichloride$ of 3.5 MBq and $^{99m}Tc-MDP$ of 740 MBq were applied. external radiation expose dose rate 15 times from 1m by survey meter. Results ${\gamma}-contant$ of $^{223}Ra$, $^{99m}Tc-MDP$ from 1m distance based on Health physics(2012) is 0.0469, 0.0215. calculated value of external radiation expose dose rate was $16{\mu}Sy$, $34{\mu}Sy$ which activity is $^{223}Ra-Dichloride$ of 3.5 MBq and $^{99m}Tc-MDP$ of 740 MBq from 1 m and measured mean value of 1 m was $0.7{\mu}Sy/h$, $18{\mu}Sy/h$. Conclusion ${\gamma}-constant$ of $^{223}Ra$ is higher than $^{99m}Tc$ based on Health physics(2012). however calculated maximum external radiation expose dose rate of $^{223}Ra-Dichloride$ is lower than $^{99m}Tc$ due to actually used quantity of activity of $^{223}Ra-Dichloride$ is small. measured value of $^{223}Ra-Dichloride$ is also lower than $^{99m}Tc-MDP$. Therefore external radiation expose dose rate of ${\gamma}-ray$ of $^{223}Ra-Dichloride$ is very low.