Improved Activity Estimation using Combined Scatter and Attenuation Correction in SPECT

단일광자방출단층촬영 영상에서 산란 및 감쇠 보정에 위한 절대방사능 측정

Purpose: The purpose of this study was to evaluate the accuracy of radioactivity quantitation in Tc-99m SPECT by using combined scatter and attenuation correction. Materials and Methods: A cylindrical phantom which simulates tumors (T) and normal tissue (B) was filled with varying activity ratios of Tc-99m. We acquired emission scans of the phantom using a three-headed SPECT system (Trionix, Inc.) with two energy windows (photopeak window: $126{\sim}154keV$ and scatter window: $101{\sim}123keV$). We performed the scatter correction with dual-energy window subtraction method (k=0.4) and Chang attenuation correction. Three sets of SPECT images were reconstructed using combined scatter and attenuation correction (SC+AC), attenuation correction (AC) and without any correction (NONE). We compared T/B ratio, image contrast [(T-B)/(T+B)] and absolute radioactivity with true values. Results: SC+AC images had the highest mean values of T/B ratios. Image contrast was 0.92 in SC+AC, which was close to the true value of 1, and higher than AC (0.77) or NONE (0.80). Errors of true activity by SPECT images ranged from 1 to 11% for SC+AC, $22{\sim}47%$ for AC, and $2{\sim}16%$ for NONE in a phantom which was located 2.4cm from the phantom surface. In a phantom located 10.0cm from the surface, SC+AC underestimated by 24%, NONE 40%. However, AC overestimated by 10%. Conclusion: We conclude that accurate SPECT activity quantitation of Tc-99m distribution can be achieved by dual window scatter correction combind with attenuation correction.

목적 : 이 연구의 목적은 SPECT 영상의 감쇠와 산란 현상을 보정하고 실제 임상 환경에서 상용하는 영상과 비교하여 그 효과를 평가하는 것이다. 그리고, 정확도가 개선된 영상에서 방사능양을 도출하여 SPECT 영상의 절대적인 정량화를 검증하는 것이다. 대상 및 방법: 직경이 20.0 cm인 원통형 팬톰에 삽입물로써 체적 25 ml의 폴리에틸렌 병을 6개 배치하고 배후와 다양한 비율을 이루도록 Tc-99m을 주입하였다. SPECT 기기로는 Trionix Triad xlt 20을 사용하였고 광피크 윈도 $126{\sim}154keV$, 산란 윈도 $101{\sim}123keV$에서 데이터를 얻었다. 이중에너지윈도(DEW) 방법과 Chang 방법을 사용하여 산란 및 감쇠 효과를 보정한 영상(SC+AC), 임상적으로 통용되고 있는 Chang 방법만을 사용하여 감쇠 효과를 보정한 영상(AC), 보정을 거치지 않은 영상(NONE)을 얻었다. SPECT 영상을 정량적으로 분석하기 위해 삽입물 대 배후의 방사능비(T/B), 영상대비, 절대방사능을 구하여 참값과 비교하였다. 결과: 관심영역 분석을 통한 T/B는 참값에 대하여 SC+AC 영상은 $1{\sim}20%$의 차이를 보였고 AC의 $24{\sim}37%$와 NONE의 $12{\sim}32%$에 비하여 개선되었다. 또한 SC+AC에서 영상 대비는 참값 1에 대하여 0.92로써 AC의 0.77, NONE의 0,80에 비하여 향상되었다. SPECT 영상에서 얻은 절대방사능 값은 SC+AC 영상이 참값에 대하여 $1{\sim}11%$의 오차를 나타냈으나, AC의 $22{\sim}47%$, NONE의 $2{\sim}16%$에 비하여 정확하였다. 그리고 대상물이 10.0 cm의 심부에 있을 때 절대방사능 값은 SC+AC에서 24%의 감소, AC에서 10%의 증가, NONE에서 40%의 감소를 보였다. 결론: 이 연구에서 사용한 DEW와 Chang방법에 의한 산란 및 감쇠 보정은 임상에 쉽게 적용할 수 있으며, 삽입물 대 배후의 방사능비와 영상 대비를 개선하였고 절대방사능을 정확하게 산출할 수 있었다.