Development of Automated Region of Interest for the Evaluation of Renal Scintigraphy : Study on the Inter-operator Variability

신장 핵의학 영상의 정량적 분석을 위한 관심영역 자동설정 기능 개발 및 사용자별 분석결과의 변화도 감소효과 분석

The quantification analysis of renal scintigraphy is strongly affected by the location, shape and size of region of interest(ROI). When ROIs are drawn manually, these ROIs are not reproducible due to the operators' subjective point of view, and may lead to inconsistent results even if the same data were analyzed. In this study, the effect of the ROI variation on the analysis of renal scintigraphy when the ROIs are drawn manually was investigated, and in order to obtain more consistent results, methods for automated ROI definition were developed and the results from the application of the developed methods were analyzed. Relative renal function, glomerular filtration rate and mean transit time were selected as clinical parameters for the analysis of the effect of ROI and the analysis tools were designed with the programming language of IDL5.2. To obtain renal scintigraphy, $^{99m}$Tc-DTPA was injected to the 11 adults of normal condition and to study the inter-operator variability, 9 researchers executed the analyses. The calculation of threshold using the gradient value of pixels and border tracing technique were used to define renal ROI and then the background ROI and aorta ROI were defined automatically considering anatomical information and pixel value. The automatic methods to define renal ROI were classified to 4 groups according to the exclusion of operator's subjectiveness. These automatic methods reduced the inter-operator variability remarkably in comparison with manual method and proved the effective tool to obtain reasonable and consistent results in analyzing the renal scintigraphy quantitatively.

신장 핵의학 영상의 정량적 분석시 설정하게 되는 관심영역은 그 설정 위치 및 모양과 크기에 따라 서로 다른 분석 결과를 도출하게 한다. 따라서, 관심영역을 사용자가 직접 육안으로 판별하여 수동으로 설정하는 경우, 사용자별 주관적 요소에 의해 위치 및 형태가 서로 상이한 관심영역을 설정하게 되어 동일한 자료를 분석하더라도 그 결과가 모두 상이한 값을 갖게 되는 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 관심영역 수동설정시 사용자별 관심영역 설정의 변화도가 실제 신장기능 분석결과에 어느 정도의 영향을 주는지를 조사하였으며, 수동설정시보다 일관성 있는 결과를 얻기 위해 여러방법의 자동설정 기능을 개발하여 그 적용 결과를 분석하였다. 관심영역의 설정에 따른 결과분석을 위한 지표값으로 좌ㆍ우 신장의 상대적 섭취도, 사구체여과율 및 평균통과시간을 선정하였고, IDL5.2로 프로그래밍하여 분석용 도구로서 적합한 소프트웨어를 개발하였으며, $^{99m}$ Tc-DTPA를 주입하여 얻은 총 11명의 정상인 신장 핵의학 영상을 대상으로 9명의 사용자들이 수행한 신장기능 평가 결과를 분석하였다. 신장 관심영역의 자동설정을 위해 영상내 화소들의 gradient값을 이용한 역치(threshold)의 계산과 border tracing기법을 적용하였으며, 배후 관심영역과 대동맥의 관심영역은 좌ㆍ우 신장의 관심영역이 설정 완료된 후, 영상내 기하학적 정보와 화소값을 참조로 하여 자동으로 설정되도록 하였다. 신장 관심영역의 자동설정 기능으로 사용자 주관적 요소의 배제 정도에 따라 4가지 방법을 개발하였으며, 각각의 적용결과를 비교, 분석하였다. 이 4가지 관심영역 자동설정 기능들은 그 구현 방법에 따라 조금씩의 차이는 있었지만, 수동설정시보다 정량적 분석 결과값의 사용자별 편차를 확연히 감소시켜, 신장 핵의학 영상의 정량적 분석시 객관적 기준을 통한 일관성 있는 결과를 도출함에 있어 그 기능의 상대적 우수성을 입증하였다.