Usefulness Evaluation of Artifacts by Bone Cement of Percutaneous Vertebroplasty Performed Patients and CT Correction Method in Spine SPECT/CT Examinations

척추 뼈 SPECT/CT검사에서 경피적 척추성형술 시행 환자의 골 시멘트로 인한 인공물과 CT보정방법의 유용성 평가

Purpose: With the aging of the population, the attack rate of osteoporotic vertebral compression fracture is in the increasing trend, and percutaneous vertebroplasty (PVP) is the most commonly performed standardized treatment. Although there is a research report of the excellence of usefulness of the SPECT/CT examination in terns of the exact diagnosis before and after the procedure, the bone cement material used in the procedure influences the image quality by forming an artifact in the CT image. Therefore, the objective of the research lies on evaluating the effect the bone cement gives to a SPECT/CT image. Materials and Methods: The images were acquired by inserting a model cement to each cylinder, after setting the background (3.6 kBq/mL), hot cylinder (29.6 kBq/mL) and cold cylinder (water) to the NEMA-1994 phantom. It was reconstructed with Astonish (Iterative: 4 Subset: 16), and non attenuation correction (NAC), attenuation correction (AC+SC-) and attenuation and scatter correction (AC+SC+) were used for the CT correction method. The mean count by each correction method and the count change ratio by the existence of the cement material were compared and the contrast recovery coefficient (CRC) was obtained. Additionally, the bone/soft tissue ratio (B/S ratio) was obtained after measuring the mean count of the 4 places including the soft tissue(spine erector muscle) after dividing the vertebral body into fracture region, normal region and cement by selecting the 20 patients those have performed PVP from the 107 patients diagnosed of compression fracture. Results: The mean count by the existence of a cement material showed the rate of increase of 12.4%, 6.5%, 1.5% at the hot cylinder of the phantom by NAC, AC+SC- and AC+SC+ when cement existed, 75.2%, 85.4%, 102.9% at the cold cylinder, 13.6%, 18.2%, 9.1% at the background, 33.1%, 41.4%, 63.5% at the fracture region of the clinical image, 53.1%, 61.6%, 67.7% at the normal region and 10.0%, 4.7%, 3.6% at the soft tissue. Meanwhile, a relative count reduction could be verified at the cement adjacent part at the inside of the cylinder, and the phantom image on the lesion and the count increase ratio of the clinical image showed a contrary phase. CRC implying the contrast ratio and B/S ratio was improved in the order of NAC, AC+SC-, AC+SC+, and was constant without a big change in the cold cylinder of the phantom. AC+SC- for the quantitative count, and AC+SC+ for the contrast ratio was analyzed to be the highest. Conclusion: It is considered to be useful in a clinical diagnosis if the application of AC+SC+ that improves the contrast ratio is combined, as it increases the noise count of the soft tissue and the scatter region as well along with the effect of the bone cement in contrast to the fact that the use of AC+SC- in the spine SPECT/CT examination of a PVP performed patient drastically increases the image count and enables a high density of image of the lesion(fracture).

인구의 고령화와 함께 골다공증성 척추압박골절 환자의 발병률은 매년 증가하는 추세이며 경피적 척추성형(percutaneous vertebroplasty, PVP)은 가장 많이 시행되는 표준화된 치료 방법이다. 시술 전 후의 정확한 진단평가에 있어 SPECT/CT 검사의 유용성이 우수하다는 연구 보고가 있으나 시술에 사용되는 골 시멘트(bone cement) 물질은 CT 영상에서 인공물(artifact)을 생성하여 영상품질에 영향을 미친다. 이에 본 연구에서는 골 시멘트가 SPECT/CT 영상에 미치는 영향을 평가하는 데 목적을 두었다. NEMA-1994 팬텀(phantom)에 배후방사능(3.6 kBq/ml), 열소(29.6 kBq/ml), 냉소(물)를 설정한 후 각 원통(cylinder)에 모형 시멘트를 삽입하여 영상 획득하였다. Astonish (Iterative: 4, Subset: 16)으로 재구성하였고, CT 보정 방법은 비감쇠보정(NAC), 감쇠보정(AC+SC-), 감쇠 및 산란보정(AC+SC+) 3가지 방법을 사용하였다. 각각의 보정방법에 따른 평균계수와 시멘트물질의 유 무에 따른 계수 변화율을 비교하고 대조도 회복 계수(contrast recovery coefficient, CRC)를 구했다. 또한, 압박골절 진단을 받은 환자 107명 중 PVP를 시행한 20명을 선별하여 추체를 골절, 정상, 시멘트로 나누고 연조직(척추기립근)을 포함 4곳의 평균 계수를 측정한 후, 뼈/연조직 간 계수 비(bone/soft tissue ratio, B/S ratio)을 구했다. NAC를 기준으로 AC+SC-, AC+SC+의 평균계수는 증가하였고, AC+SC-의 평균계수가 가장 높았으며, AC+SC+는 AC+SC-에 비해 상대적으로 낮았다. 시멘트 물질의 유 무에 따른 평균계수는 시멘트가 존재할 때 NAC, AC+SC-, AC+SC+에 따라 팬텀의 열소에서 12.4%, 6.5%, 1.5%, 냉소 75.2%, 85.4%, 102.9%, 배후방사능 13.6%, 18.2%, 9.1%, 임상영상의 골절부에서 33.1%, 41.4%, 63.5%, 정상부 53.1%, 61.6%, 67.7%, 연조직 10.0%, 4.7%, 3.6%의 증가율을 보였다. 반면 원통 내부의 시멘트 인접부에서 상대적 계수감소를 확인할 수 있었고, 병소에 대한 팬텀영상과 임상영상간의 계수 증가율은 상반된 양상을 보였다. 대조도 비를 나타내는 CRC와 B/S ratio는 NAC, AC+SC-, AC+SC+순으로 향상되었고, 팬텀의 냉소에서는 큰 변화 없이 일정하였다. 정량적 계수는 AC+SC-가, 대조도 비는 AC+SC+가 가장 높게 분석되었다. PVP 시행 환자의 척추 뼈 SPECT/CT 검사에서 AC+SC- 의 사용은 영상계수를 대폭 향상시켜 특히 병소의 농도가 높은 영상을 얻는 반면에 골 시멘트의 영향과 함께, 연부조직 및 산란영역의 영상잡음 계수까지 증가시키므로 대조도비를 향상시키는 AC+SC+의 적용을 병행한다면 임상진단에 유용할 것으로 사료된다.