Ⅰ.서 론
최근 진단분야에서 양전자 컴퓨터단층촬영(Positron Emission Computed Tomography: PET-CT)은 종양학 분 야는 물론 심장외과, 신경외과 등 여러 가지 분야에서 널리 활용되고 있다1). 특히 외과에서 주로 유방암을 진단하는데 있어서 단순유방 X-선 촬영과 유방초음파 검사가 대부분 함께 이루어지고 있지만 이러한 검사들은 높은 예민도를 나 타내거나 양성 예측율의 저하, 유방의 조직밀도가 증가되어 있는 경우 병변의 구별이 어려울 때가 많이 있다. 그러나 PET-CT는 유방검사 진단에 도움을 주며, 새로운 진단 방 법으로 추적하는 다양한 방법으로 사용되고 있다2).
PET-CT의 중요성이 높아짐에 따라 보급이 활발해지고 있 고 영상의 질을 향상시키기 위해 지난 40년 동안 영상의 재구 성에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다3). 그 결과 필터역 투영 재구성알고리즘(Filtered Back Projection Algorithms; FBP)으로부터 영상과 정량적 분석의 향상을 가져온 fully 3D 중첩(Iterative) 기법으로의 전환이 있어 왔으며 time of flight (TOF)와 TrueX는 더욱더 향상된 PET 영상에 크 게 기여하였다4-5). TOF 기법은 스캐너가 측정하는 감마선 검출 시간을 이용해 소멸 원점의 위치를 보다 정확히 파악 할 수 있고 동시에 발생하는 두 감마선의 검출기 도달 시간 의 실제 차이를 측정할 수 있다. 궁극적으로 영상 데이터 잡 음이 줄어들고, 노이즈 대비하여 높은 대조도 회복 계수를 보이는 장점이 있다6). 또 다른 기법인 TrueX는 원형으로 생 긴 검출기의 특성상 생기는 잘못된 line of response (LOR) 의 위치를 point spread function (PSF)을 이용하여 영상 의 왜곡을 보정해주는 특징이 있으며, PSF이라고 표현하기 도 한다6). 이와 같은 재구성 기법의 발전에 따라 사전설정 법과 재구성 프로토콜의 변화, filter값의 적용에 따른 영상 품질 평가 및 유지보수에 대한 연구도 진행되고 있는 실정 이다7-9). 따라서 이들 4가지 기법의 영상들을 가지고 정량 적 평가를 하기 위해서 본 연구에서는 PET/CT Breast cancer 영상에서 질환관심영역(Region of Interest; ROI) 의 대조도 대 잡음비(Contrast to Noise Ratio; CNR)와 신 호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 재구성 기법 별로 측정 비교 평가하였고, 비교평가의 신뢰성을 위해 통 계적 분석을 통하여 검증하였다10-12).
Ⅱ.실험방법
1.연구대상자의 특성
연구대상자의 연령별 분포는 Table 1과 같다. 전체적으로 유방암 환자 100명이고 연령대는 40대와 50대가 34%로 가 장 많고, 평균 연령은 46.1±11.0세였다.
2.연구 영상
본 연구의 영상 수집을 위해 사용된 영상획득 장비로 SIEMENS Biograph mCT 64 (Siemens Healthineers, USA) 를 사용하였다. 영상 재구성 기법은 Iterative, FBP-TOF, Iterative-TOF, TrueX-TOF를 사용하였다(Figure 1).
3.영상 분석방법
측정방법은 수집된 DICOM File을 ImageJ(National Industries of Health, USA) 프로그램을 사용하여 164.896 ㎟ 크기의 ROI를 설정하여 질환의 중심부 신호강도(Lesion SI)를 측정하였고(Figure 2), 질환의 반대쪽 정상부위의 신 호강도(Surrounding Tissues SI)를 측정하였으며(Figure 3), 영상에 근접한 대각선 방향 4곳의 백그라운드 신호강도 의 표준편차(Background Noise SD)를 측정하여(Figure 4) 평균값을 구하였다. 그 이유는 디지털 영상 왜곡에 대한 편 차를 줄이기 위해서 평균값을 사용하였다.
SNR은 측정된 Lesion SI를 Backgrounding Noise SD로 나누어 계산하였고10-11)(Eqs.1), CNR은 질환의 Lesion SI와 Surrounding Tissues SI의 차를 Backgrounding Noise SD로 나누어 계산하였다10-11) (Eqs.2).
또한, 측정의 정확도는 영상의 평가의 중요한 요소이기 때문에 상대적으로 잡음(Noise)이 많고 왜곡이 적어야 한다. 따라서 대각선 방향으로의 왜곡이 많은 부분을 포함하기 때 문에 4방향을 정하여 측정 평균값을 구하여 사용하였다.
4.통계적 분석방법
자료처리 방법은 통계프로그램 SPSS Statistics21을 사 용하였다. 재구성 기법에 따른 CNR과 SNR의 평균과 95% 신뢰구간을 비교하기 위하여 ANOVA분석을 하였고, 재구 성 방법별로 통계적으로 유의한 차이를 분석하기 위해 사후 분석을 실시하였으며, 사후 분석은 등분산을 가정하지 않아 Dunnett T3 Test 사후 분석을 이용하였다.
Ⅲ.결 과
1.영상 재구성 기법별 CNR, SNR의 평균비교
ANOVA 분석결과 영상 재구성 기법별 CNR과 SNR의 평 균 비교는 Table 2와 같다. 영상 재구성 기법별 CNR과 SNR의 평균을 비교하면, CNR과 SNR모두 TrueX-TOF, Iterative, Iterative-TOF, FBP-TOF 순으로 높게 나타 났다.
2.영상 재구성 기법별 CNR과 SNR의 95% 신뢰 구간비교
CNR과 SNR의 평균값으로 재구성 기법간의 차이를 분석 하는 것은 분산에 따라 영향을 받을 수 있다. 따라서 보다 정확한 비교를 위해 범위를 넓혀 95% 신뢰구간을 비교하였 다(Table 3), (Figure 5). 95% 신뢰구간에서 상한값과 하한 값이 겹쳐서 나타나며, 일정 부분 겹치게 신뢰구간을 표현 한다는 것은 평균값의 차이가 정확하게 뚜렷하지 않다는 의 미이고, 겹친 부분이 조금이라도 존재하지 않는다는 것은 비교적 평균차이가 뚜렷하며, 이는 신뢰 할 수 있는 의미를 뜻한다. 따라서 CNR과 SNR의 95% 신뢰구간을 살펴보면, CNR과 SNR 모두 Iterative, Iterative-TOF가 겹친 부분 이 존재함을 볼 수 있다.
3.영상 재구성 기법별 사후분석 CNR과 SNR평균차이
영상재구성 기법별로 차이 있는 그룹을 알아보기 위해 재 구성 기법별로 사후분석 결과값의 평균차이를 보면 Table 4 와 같고, 통계적으로 유의한(p<.05) 영상 재구성 기법을 높은 수치의 CNR과 SNR을 가진 순으로 정리해 보면, CNR과 SNR 모두 TrueX-TOF는 Iterative, Iterative-TOF, FBP-TOF 보다 높고, Iterative와 Iterative-TOF는 FBP-TOF보다 높다.
Ⅳ.고찰 및 결론
본 연구는 PET-CT 유방암 검사에서 영상 재구성 기법별 특성을 정량적으로 파악하고자 하였다. 정량적인 평가에 관 련된 기존의 논문들과 달리영상의 왜곡에 대한 방법론에 있 어서 왜곡된 부분을 평균화해서 평가하였다. 또한 측정된 ROI에 대한 방법은 기존의 핵의학분야에서 김하균 등8)은 반치폭(Full Width Half Maximum; FWHM)이라는 정량적 인 평가지표를 가지고 측정하였다. 반치폭은 핵의학에서, 픽셀 사이즈가 커서 픽셀 사이즈의 50%구간의 표준편차 값 으로만 표시를 한다. 이 때 정량적인 평가할시 픽셀들의 피 크치만 가지고 평가하기에는 무리가 있다. 평가의 신뢰성을 확보하기 위해서는 일정영역의 ROI를 설정해서 분석하는 것이 좋을 것으로 생각을 한다. 이 때 픽셀사이즈가 크다는 점을 착안해서 ROI설정에 신중해야 하며, 왜곡에 대한 생각 을 하는 것이 좋을 것으로 생각을 한다. 따라서 픽셀을 설정 하였으며, 측정의 신뢰도를 더 높이기 위해서 유방암 환자 100명을 대상으로 하였으며, PET-CT서 나온 영상을 핵의 학에서 주로 사용하는 기능별로 6가지 재구성 기법중에서 4 가지의 재구성 기법을 이용하였다는데 있다7). 또한, 이을규 등12)은 MRI영상에서의 질환별 환자를 대상으로 시퀀스별 SNR을 측정하는 정량적인 방법에 있어서 측정이 용이한 방 법이라고 보고하였으나. PET-CT영상의 핵의학 영상의 재 구성 기법별로 CNR을 추가적으로 평가하였다는데 차이점 을 볼 수 있다. 그리고 민정환 등11)은 정량적인 평가방법에 의한 방법론만 제시하였고, 통계적인 유의성에 대해서 언급 하지 못한 점을 차이점으로 들 수 있다.
본 연구에서 연령은 평균 40대였고, 연구의 결과는 다음 과 같은 측정값으로 요약할 수 있다. 영상재구성 기법별 CNR과 SNR은 TrueX_TOF, Iterative, Iterative-TOF, FBP-TOF 순으로 높은 값을 나타냈다(p<0.05). 재구성 기 법별로 차이가 있다는 것을 볼 수 있었으며, 본 연구에서 질 환의 재구성 기법별 CNR과 SNR값에서 사후분석 결과 평균 차이가 유의한 재구성 방법들은 95% 신뢰구간에서도 겹치 는 부분이 존재하였다. 따라서 FBP-TOF는 전체적으로 가 장 낮은 값으로 비교대상이 될 수 없으며, Iterative, Iterative-TOF 시퀀스에서는 다소 통계적으로 평균값은 유 의하지만, 95%신뢰구간에서는 정량적인 지표로 평가하기에 는 조심스럽게 접근을 해야 한다고 사료된다. 하지만 현재 임상에서 사용되는 PET-CT 영상 재구성 기법의 CNR과 SNR의 정량적인 평가에 있어서 기존의 핵의학에서 사용하 는 방법과는 다른 방식으로 접근하였고 관심 영역의 초점을 환자 병변에 맞추어 재구성 기법별로 비교 평가를 하였다는 데 학술적 의의를 둘 수 있다.
본 연구의 제한점으로, 연구를 위한 적정 대상 수는 충족 하였으나 대상자들의 영상에 대한 평가의 한계로 인하여 충 분한 표본 수에는 미치지 못하였고, 연구에서 측정된 CNR 과 SNR의 수치가 질환을 완벽하게 감별할 수 있다고 말할 수는 없다.본 연구의 제한점으로, 연구를 위한 적정 대상 수는 충족 하였으나 대상자들의 영상에 대한 평가의 한계로 인하여 충 분한 표본 수에는 미치지 못하였고, 연구에서 측정된 CNR 과 SNR의 수치가 질환을 완벽하게 감별할 수 있다고 말할 수는 없다.
이와 같은 제한점을 보완하여 유방 영상뿐만 아니라 다른 부위 영상의 후속 연구진행으로 보다 정확하고 객관적인 정 량적 수치를 확보한다면 향후 PET-CT 검사와 판독의 정확 성 및 편의성 향상에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
