Evaluation for Optimization of CT Dose Reduction Methods in PET/CT

PET/CT 검사 시 CT 피폭선량 감소 방법들의 최적화 평가

Purpose Various methods for reducing radiation exposure have been continuously being developed. The aim of this study is to evaluate effectiveness of dose reduction, image quality and PET SUV changes by applying combination of automatic exposure dose(AEC), automated dose-optimized selection of X-ray tube voltage(CAREkV) and sinogram affirmed iterative reconstruction(SAFIRE) which can be controled by user. Materials and Methods Torso, AAPM CT performance and IEC body phantom images were acquired using biograph mCT64, (Siemens, Germany) PET/CT scanner. Standard CT condition was 120 kV, 40 mAs. Radiation exposure and noise were evaluated by applying AEC, CAREkV(120 kV, 40 mAs) and SAFIRE(120 kV, 25 mAs) with torso phantom compare to standard CT condition. And torso, AAPM and IEC phantom images were acquired with combination of 3 methods in condition of 120 kV, 25 mAs to evaluate radiation exposure, noise, spatial resolution and SUV changes. Results When applying AEC, CTDIvol and DLP were decreased by 50.52% and 50.62% compare to images which is not applying AEC. mAs was increased by 61.5% to compensate image quality according to decreasing 20 kV when applying CAREkV. However, CTDIvol and DLP were decreased by 6.2% and 5.5%. When reference mAs was the lower and strength was the higher, reduction of radiation exposure rate was the bigger. Mean SD and DLP were decreased by 2.2% and 38% when applying SAFIRE even though mAs was decreased by 37.5%(from 40 mAs to 25 mAs). Combination of 3 methods test, SD decreased by 5.17% and there was no significant differences in spatial resolution. And mean SD and DLP were decreased by 6.7% and 36.9% compare to 120 kV, 40 mAs with AEC. For SUV test, there was no statistical differences(P>0.05). Conclusion Combination of 3 methods shows dose reduction effect without degrading image quality and SUV changes. To reduce radiation exposure in PET/CT study, continuous effort is needed by optimizing various dose reduction methods.

PET/CT 검사 시 피폭 선량 감소를 위한 방법들이 지속적으로 개발되고 있다. 본 논문에서는 사용자에 의해 parameter 변경이 가능한 3가지 방법인 automatic exposure control(AEC), automated dose-optimized selection of X-ray tube voltage(CAREkV), sinogram affirmed iterative reconstruction(SAFIRE) 적용 시 각 방법의 적용 시와 3가지 방법의 조합에 따른 피폭선량 감소효과와 영상의 질 그리고 SUV 변화 유무를 평가하였다. Bograph mCT64 (Siemens, Germany)장비를 사용하여 anthropomorphic head, chest, pelvis phantom을 torso 모형으로 접합하여 스캔하였다. 120 kV, 40 mAs 조건으로 AEC의 적용 유무와 120 kV, 40 mAs AEC 조건으로 CAREkV의 적용 유무에 따른 피폭 선량 감소 효과를 평가 하였다. 120 kV, 25 mAs SAFIRE 조건에서 영상을 획득하여 120 kV, 40 mAs SAFIRE 미적용 시 대비 노이즈와 피폭선량 감소효과가 평가되었다. 120 kV, 40 mAs AEC 적용, 120 kV, 25 mAs 3가지 방법의 조합 조건으로 AAPM perfomance, anthropomorphic, IEC body phantom을 스캔하여 노이즈, 공간 분해능, 피폭선량 감소효과 그리고 PET SUV의 변화 유무를 평가하였다. AEC 적용 시, 미적용 대비 CTDIvol 50.52%, DLP 50.62% 감소하였다. CAREkV 적용 시 100 kV가 적용됨에 따라 mAs가 61.5% 증가하였으나 CTDI 6.2%, DLP 5.5% 감소하였다. Reference mAs를 낮게 지정할수록, strength값을 높게 지정할수록 피폭선량 감소 효과는 증가하였다. SAFIRE의 경우 40 mAs에서 25 mAs로 tube current를 37.5% 감소시켰음에도 불구하고 mean SD 2.2%, DLP 38% 감소하였다. AAPM phantom에서는 3가지 방법의 조합 시 AEC 대비 SD는 5.17% 감소하였으며 공간 분해능의 경우 유의한 차이가 없었다. Torso phantom의 경우 3가지 조합에서 AEC 대비 mean SD 6.7% 증가, DLP 36.9% 감소하였으며 IEC phantom 실험에서 PET SUV는 통계적으로 유의한 차이가 없었다(P>0.05). 본 논문에서 CT선량 감소를 위한 각 방법들 모두 피폭 선량 감소 효과를 보였으며 3가지 방법의 조합을 통하여 화질 저하와 PET SUV 변화 없이 AEC만 적용 시 대비 36.9%의 선량감소 효과가 있는 것으로 나타났다. 선량 감소 방법들의 최적화를 통하여 환자 피폭선량 저감화를 위한 지속적인 노력이 필요하며 특히 방사선 감수성이 높은 소아 환자에 적극적으로 적용되어야 할 것으로 사료된다.