단 반감기 핵종을 이용한 PET 검사 시 영상 획득 시간에 따른 정량성 평가

The Evaluation of Difference according to Image Scan Duration in PET Scan using Short Half-Lived Radionuclide

단 반감기 핵종을 이용한 PET검사는 방사성동위원소의 빠른 물리적 붕괴로 인하여 영상 획득을 위한 계수검출이 제한적이다. 이러한 이유로 비교적 낮은 감도의 검사에서는 보다 정확한 정량적 평가를 위하여 긴 시간동안 영상 획득을 적용하기도 한다. 본 연구에서는 $^{11}C$와 $^{18}F$를 이용한 PET 검사 시 영상 획득 시간에 따른 차이를 평가하여 합리적인 영상 획득 시간에 관하여 알아보고자 한다. 1994 NEMA Phantom에 $^{11}C$은 $30.08{\pm}4.22MBq$, $^{18}F$은 $40.08{\pm}8.29MBq$을 증류수에 희석하여 채운 후 $^{11}C$은 동적영상 1분씩 20회, 정적 영상 20분, $^{18}F$은 동적영상 2분30초씩 20회, 정적영상 50분을 획득하였다. 모든 데이터는 동일한 재구성법을 적용하였으며, 시간의 경과에 따른 붕괴보정을 적용하였다. 방출영상에 관심영역을 설정하고 최대 방사능 농도값(kBq/mL)을 비교하였으며, 각각의 동적영상을 영상 획득 시간의 증가에 따라 1개씩 증가시켜 영상 합산(Image summation) 후 영상의 관심 영역 내에서의 최대 방사능 농도값(kBq/mL)을 평가하였다. $^{11}C$ 동적영상의 시간 경과에 따른 최대 방사능 농도값은 $3.85{\pm}0.45{\sim}5.15{\pm}0.50kBq/mL$, 정적영상은 $2.15{\pm}0.26kBq/mL$였다. $^{18}F$ 동적영상은 $9.09{\pm}0.42{\sim}9.48{\pm}0.31kBq/mL$, 정적영상은 $7.24{\pm}0.14kBq/mL$였다. $^{11}C$의 동적영상 합산에서 영상 획득 시간의 합이 5, 10, 15, 20분으로 증가할수록 $2.47{\pm}0.4$, $2.22{\pm}0.37$, $2.08{\pm}0.42$, $1.95{\pm}0.55kBq/mL$으로 감소하였으며, $^{18}F$의 경우 합산된 영상 획득 시간의 합이 12분 30초, 25분, 37분 30초, 50분으로 증가할수록 $7.89{\pm}0.27$, $7.61{\pm}0.23$, $7.36{\pm}0.21$, $7.31{\pm}0.23kBq/mL$으로 감소하였다. 영상의 질을 평가 하는 SNR에서는 $^{11}C$과 $^{18}F$ 모두 동적영상획득 방법에서는 주사 후 시간이 흐를수록 SNR가 저하 되었으나, 영상 합산획득 방법에서는 합산 횟수가 증가 할수록 SNR가 향상 되는 것을 알 수 있었다. 동적영상에서 시간 경과에 따른 최대 방사능 농도값은 $^{11}C$과 $^{18}F$에서 증가하였고, 동적영상 합산의 경우는 합산수가 증가함에 따라 최대 방사능 농도값은 $^{11}C$과 $^{18}F$ 감소함을 보였다. $^{18}F$을 이용할 경우에는 시간 경과에 따른 정량평가의 오차를 크게 고려하지 않아도 될 것으로 사료되고, $^{11}C$를 이용한 PET 검사는 시간경과에 따른 감쇠 보정의 오차를 감안하여 추가의 감쇠 보정법을 적용하거나 30%정도의 오차를 적용하여 정적영상 획득시간을 반감기의 25% 이내인 5분 내외로 설정해야 할 것이다.

Purpose : Because of the rapid physical decay of the short half-lived radionuclide, counting of event for image is very limited. In this reason, long scan duration is applied for more accurate quantitative analysis in the relatively low sensitive examination. The aim of this study was to evaluate the difference according to scan duration and investigate the resonable scan duration using the radionuclide of 11C and 18F in PET scan. Materials and Methods : 1994-NEMA Phantom was filled with 11C of $30.08{\pm}4.22MBq$ and 18F of $40.08{\pm}8.29MBq$ diluted with distilled water. Dynamic images were acquired 20frames/1minute and static image was acquired for 20minutes with 11C. And dynamic images were acquired 20frames/2.5minutes and static image was acquired for 50minutes with 18F. All of data were applied with same reconstruction method and time decay correction. Region of interest (ROI) was set on the image, maximum radioactivity concentration (maxRC, kBq/mL) was compared. We compared maxRC with acquired dynamic image which was summed one bye one to increase the total scan duration. Results : maxRC over time of 11C was $3.85{\pm}0.45{\sim}5.15{\pm}0.50kBq/mL$ in dynamic image, and static image was $2.15{\pm}0.26kBq/mL$. In case of 18F, the maxRC was $9.09{\pm}0.42{\sim}9.48{\pm}0.31kBq/mL$ in dynamic image and $7.24{\pm}0.14kBq/mL$ in static. In summed image of 11C, as total scan duration was increased to 5, 10, 15, 20minutes, the maxRC were $2.47{\pm}0.4$, $2.22{\pm}0.37$, $2.08{\pm}0.42$, $1.95{\pm}0.55kBq/mL$ respectively. In case of 18F, the total scan duration was increased to 12.5, 25, 37.5, and 50minutes, the maxRC were $7.89{\pm}0.27$, $7.61{\pm}0.23$, $7.36{\pm}0.21$, $7.31{\pm}0.23kBq/mL$. Conclusion : As elapsed time was increased after completion of injection, the maxRC was increased by 33% and 4% in dynamic study of 11C and 18F respectively. Also the total scan duration was increased, the maxRC was reduced by 50% and 20% in summed image of 11C and 18F respectively. The percentage difference of each result is more larger in study using relatively shorter half-lived radionuclide. It appears that the accuracy of decay correction declined not only increment of scan duration but also increment of elapsed time from a starting point of acquisition. In study using 18F, there was no big difference so it's not necessary to consider error of quantitative evaluation according to elapsed time. It's recommended to apply additional decay correction method considering decay correction the error concerning elapsed time or to set the scan duration of static image less than 5minutes corresponding 25% of half life in study using shorter half-lived radionuclide as 11C.