Changes in the Standardized Uptake Value According to the Type of Metal of Dental Prosthesis in PET-CT Fusion Image

1. 서론

PET-CT 융합 영상은 양전자 방출핵종을 사용하여

얻은 PET 영상과 X선을 이용한 CT 영상을 융합(fusion) 하여 만든 영상으로 암 환자의 조기진단과 전이유무 그 리고 치료의 효과 판정 등을 할 때 매우 유용하게 사용되

PET-CT 융합 영상에서 치과보철물의 금속 종류에 따른 표준섭취계수 값의 변화

한상현

한서대학교 방사선학과 교수

Changes in the Standardized Uptake Value According to the Type of Metal of Dental Prosthesis in PET-CT Fusion Image

Sang-Hyun Han

Department of Radiological Science, Hanseo University, Professor

요 약 본 연구는 PET-CT 검사를 시행할 때 치과보철물에 의해 발생되는 CT의 HU(Hounsfield Unit) 값을 금속의 종류에 따라 측정하고, PET 영상의 왜곡정도와 표준섭취계수(SUV)의 변화를 확인하여 영상 판독 시 오류의 감소방안을 제시하고 자 하였다. 실험방법은 실제 치아와 메탈 크라운, 골드크라운, 티타늄, 지르코니아의 치과보철물을 이용하여 PET-CT 검사 를 실시하였다. 일반 치아와 비교한 결과 HU 값이 증가함에 따라 SUV 값이 증가되는 것을 확인하였고, 메탈 크라운, 티타 늄, 지르코니아의 SUV 값은 37% 정도 증가되었고, 골드 크라운에서는 45.4%로 가장 많이 증가했다. 그리고 일반치아, 메탈 크라운, 티타늄, 지르코니아에서 영상 왜곡은 미미했지만, 골드 크라운에서는 선속경화현상이 심하게 발생하였고, 영상 왜곡 이 나타났다. 따라서 치과보철물의 금속종류는 SUV 값에 영향을 미치기 때문에 치과 보철물 중에서 골드 재질을 사용한 환자를 진단할 때에는 영상 판독 시 보정된 PET 영상보다는 NAC(무보정) PET 영상을 확인한다면 판독에 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다.

주제어 : 치과보철물, PET-CT, 융합영상, 영상왜곡, 표준섭취계수

Abstract

Therefore, since the metal type of the dental prosthesis affects the SUV value, the NAC(non attenuation correction) PET image of the dental prosthesis can be helpful in the diagnosis of the patient using the gold material.

Key Words :

*Corresponding Author : Sang-Hyun Han ([email protected]) Received June 25, 2018

Accepted September 20, 2018

Revised August 2, 2018 Published September 28, 2018

는 핵의학 의료영상기술이다[1]. 그리고 CT 영상을 획득 함으로써 PET 영상과 CT 영상의 동 위상 정보를 제공 하여 정확한 해부학적, 기능적 영상을 동시에 얻을 수 있 는 장점이 있다[2]. 하지만 CT를 사용함에 따라 발생되 는 인체의 인공물로 인한 선속경화현상(beam hardening artifact)으로 PET-CT 영상에 영향을 미칠 수 있기 때문 에 선속경화현상을 참고하여 진단하도록 권고하고 있다 [3]. 특히 두부나 안면부 촬영 시 치아 보철물에 의해 발 생되는 인공음영은 과소, 과대평가되어 왜곡된 영상으로 나타나 정확한 판독에 어려움이 있다[4,5]. 이런 치과 보 철물은 치아의 상태와 환자의 기호에 따라 다양하게 사 용되어지고 있다. 현재 인공 치과 보철물로 사용되고 있 는 재료의 종류들은 티타늄, 지르코니아, 메탈, 골드, PEM, 레진 등 다양한 재질들이 이용되고 있다[6,7]. 보통 치과 보철물들은 금속 재질로 만든 것으로 CT 촬영 시 선속경화현상이 발생한다[8,9,10]. 이런 인공음영 때문에 두 경부 질환이 의심되는 환자의 경우에는 매우 좋지 못 한 영상을 얻을 수 있고, 그로인해 오진이 일어날 가능성 이 높다고 밝히고 있다[11,12]. 이런 이유로 CT를 사용하 는 분야에서는 치과 보철물에 관한 많은 연구가 이뤄지 고 있다. 하지만 대부분의 선행연구들은 지금까지 일반 적으로 많이 사용하고 있는 메탈을 기본으로 하는 연구 들이다. 현재는 티타늄이나 지르코니아와 같은 신 소재 들을 이용한 치과 보철물들이 개발되고 사용되고 있지만 이런 새로운 소재들이 PET-CT 영상에 미치는 연구들은 미미하고, 특히 각 금속종류에 따른 표준섭취계수(SUV, standard uptake value)값 측정에 관한 연구는 전무한 실 정이다.

따라서 본 연구에서는 PET-CT 검사를 시행할 때 치 과보철물에 발생되는 CT의 HU(Hounsfield Unit) 값을 금속의 종류에 따라 측정하고, PET 영상의 왜곡정도와 표준섭취계수의 변화를 확인하여 영상 판독 시 오류의 감소방안을 제시하고자 하였다.

2. 실험대상 및 방법

2.1 실험대상

실제 환자에서 발치한 치아와 현재 치과에서 사용하 고 있는 치과보철물들의 종류와 금속재질을 파악한 후 선속경화현상을 발생할 수 있는 치과보철물들을 대상으

로 하였다. 실험재료의 종류로는 부분 틀니와 임플란트 프레임 재료로 사용하는 티타늄과 일반 치아와 유사한 투명도를 갖고 강성이 강한 지르코니아, 일반적 합금 물 질인 메탈크라운과 골드 크라운 금속들을 실험재료로 사 용하였다. Fig. 1 각 재료들은 일반치아의 크기와 비슷한 것을 사용하였고, 티타늄은 재료 특성상 크기와 무게를 동일하게 할 수는 없었기 때문에 일반 치아와 비슷한 크 기로 잘라 사용하였다.

Fig. 1. Type of dental prosthesis

2.2 실험방법 2.2.1 실험기기

PET-CT Scanner는 Gemini TF 16(Philips, USA)을 이용하여 영상을 획득하였다. Fig. 2 실험장비의 제원은 PET 부분에서 Crystal은 LYSO, 크기는 4×4×22mm², 공 간분해능은 4.3 mm 이었다. CT 부분에서 slice 수는 16, X-ray 초점은 0.5×1.0 mm²이었다.

2.2.2 실험방법

실험에 사용된 팬텀은 직경 200 mm, 길이 300 mm, 부피 9500 ml의 원통형으로된 Performance Phantom(Biodex, USA)을 이용하였다. Fig. 3

Fig. 2. PET-CT scanner Fig. 3. Performance Phantom

Fig. 4. Setup of region of interesting

각 금속 보철물들의 종류를 팬텀 안에 삽입하여 고정 하고, 팬텀 안에 물을 가득채운 다음¹⁸F-FDG 9.51 mCi 를 주입하였다. 주입할 때 되도록 공기가 들어가지 않도 록 하고 선원이 잘 섞이도록 몇 회에 걸쳐 흔들어 주었다.

그리고 팬텀이 PET-CT 중앙에 오도록 배치하였다. 촬 영순서는 먼저 CT scout촬영을 한 후 120 kVp, 90 mAs 의 조건과 slice 두께는 3 mm, pitch는 0.625로 설정하고 촬영하였다. CT 스캔을 마친 후 1min 45sec/bed PET 영 상을 획득하였다. 위와 같은 동일한 조건과 순서로 각 금 속들의 종류에 따라 팬텀을 스캔하고 획득한 데이터를 영상으로 나타낸 후 치과 보철 금속의 중앙에서 관심부 위(ROI, region of interesting)를 설정하고 CT의 HU 값

과 동일한 위치에서 PET의 SUV 값을 측정하였다. Fig. 4

2.2.3 영상분석방법

실험에 사용한 PET-CT는 CT 영상으로 보정하고 3D 모드에서 방출영상을 얻었다. 이때 재구성 프로토콜은 matrix size 144×144이었고, filter 4.00(FWHM), DFOV(display field of view) 700mm 이었다. 영상분석 은 EBW 3.5 workstation을 이용해 window with와 window level을 동일하게 고정한 후 PET viewer 영상에 서 ROI를 설정하고 SUVmean을 측정하였다. 영상분석 은 핵의학 전문의가 육안분석과 정량분석을 하였다. 측 정값은 10회 반복측정 후 평균 값을 취하였다.

3. 결 과

3.1 치과보철물들의 HU와 SUV 값

치과보철물들의 종류에 따른 HU와 SUV 값의 변화를 확인하기 위해 실험한 데이터에서 일반치아와 메탈 크라 운, 골드 크라운, 티타늄 프레임, 지르코니아의 HU와 SUVmean 값을 정량 분석하였다. Table 1

Table 1. Measures of HU and SUV

CT HU SUV

Type Min Max Mean SD Min Max Mean SD

General teeth 912 1441 1259 ±202.1 0.49 0.52 0.51 ±0.06

Metal Crown 1171 2976 2812 ±163.3 0.68 0.77 0.74 ±0.11

Gold Crown 1453 2976 2976 ±174.7 0.74 0.96 0.89 ±0.14

Titanium Frame 1298 2812 2674 ±167.4 0.66 0.74 0.71 ±0.08

Zirconia 1247 2976 2783 ±182.6 0.72 0.75 0.73 ±0.09

일반치아 영상에서 HU의 평균값과 SUV의 평균 값은 1259±202.1, 0.51±0.06로 측정되었고, 메탈 크라운의 HU 는 2812±163.3, SUV 값은 0.74±0.11로 나타났다. 골드 크 라운에서 HU는 2976±174.7로 나타났고, SUV 값은 0.89±0.14로 측정되었으며, 티타늄 프레임에서 HU 평균 값은 2674±167.4, SUV의 평균 값은 0.71±0.08로 측정되 었다.

지르코니아에서 HU는 2783±182.6로 나타났고, SUV 값은 0.73±0.09로 측정되었다. 수치상 측정된 HU와 SUV 값을 볼 때 HU 값이 증가함에 따라 SUV 값이 증가되는 것을 확인하였고, 일반치아의 SUV 값 0.51±0.06을 기준

으로 비교한 결과 메탈 크라운은 37.7%(0.74±0.11) 증가 하였다.

그리고 티타늄 프레임과 지르코니아의 SUV 변화는 각 각 36.2%(0.71±0.08), 37.2%(0.73±0.09)로 메탈 크라운 과 비슷한 증강을 나타냈고, 골드 크라운에서는 SUV 값 이 0.89±0.14, 45.4%로 가장 많이 증가했다.

3.2 영상분석

치아 보철물들의 금속 종류에 따라 육안으로 영상을 분석한 결과 일반치아에서는 영상의 왜곡이 나타나지 않 았다. Fig. 5 그리고 메탈 크라운과 티타늄 프레임, 지르

코니아에서 미미한 왜곡된 영상을 보였고 금속 종류에 따라 특별한 영상의 차이는 없었다. Fig. 6-8 하지만 골

드 크라운에서는 육안으로 식별이 가능할 정도로 선속경 화현상이 심하게 발생하였고, 영상 왜곡이 나타났다. Fig. 9

Fig. 5. CT(a) and PET(b), Fusion(c) image of General Teeth

Fig. 6. CT(a) and PET(b), Fusion(c) image of Metal Crown

Fig. 7. CT(a) and PET(b), Fusion(c) image of Gold Crown

Fig. 8. CT(a) and PET(b), Fusion(c) image of Titanium Frame

Fig. 9. CT(a) and PET(b), Fusion(c) image of Zirconia

4. 고 찰

PET-CT 영상검사는 PET과 CT 검사를 한번에 시행 할 수 있어 환자의 불편함 감소와 질 좋은 해부학적 영상 을 얻기 위해 CT 촬영으로 감쇄보정(attenuation correction)하여 사용되고 있다[13]. CT의 융합적인 결합 으로 인해 PET-CT는 정확한 병변의 위치와 수술의 결 정, 방사선 치료부위 등을 결정할 때 유용하고 악성종양 과 간질, 치매, 알츠하이머 등의 질환 등에 활용되고 있다 [14]. 하지만 두 경부 PET-CT를 검사해야 할 경우, 치아 보철물을 제거할 수 없는 환자에게서는 CT 영상에서 인 공음영으로 인해 영상의 질이 저하되어 왜곡된 영상이 나타난다. 선행연구[2,15]에 의하면 PET-CT 검사를 시 행할 경우 치과 보철물에 의해 CT의 HU 값의 상승으로 인하여 PET 영상에서 왜곡의 발생과 SUV 값의 상승을 일으킨다고 하였다. 이런 이유로 PET-CT 영상 검사 시 제거 가능한 치과보철물을 삽입한 환자는 검사 전에 제 거하도록 하여 선속경화현상을 줄일 수 있도록 하고 있 다. 하지만 제거가 불가능한 환자의 경우에는 어쩔 수 없 이 검사를 시행하고 있다. 따라서 본 연구에서는 제거 불 가능한 치과보철물들의 금속종류에 따라 나타나는 CT의 HU와 PET의 SUV 값을 측정하고 영상의 왜곡정도를 확 인하고자 하였다. 실험 결과 치과보철물들의 금속 종류 에 따라 CT의 HU 값이 상승하면 SUV 값이 증가하는 것을 확인하였다. 영상분석 결과 치과보철물들에 의해 왜곡된 영상과 SUV 값의 변화가 있음을 확인하였다. 특 히, 다른 금속보다 골드 크라운을 측정했을 때 영상왜곡 과 SUV 값이 가장 높게 나타났고, 다른 금속들은 비슷한 변화만 있었다. 이는 원자번호가 높은 치과보철물의 재 료 특성 때문인 것으로 보여지고 실제 검사 시 보철물의 금속종류에 따른 판독이 필요할 것으로 생각된다.

본 실험에 사용된 치과보철물들은 실제 환자가 사용 한 것을 이용하여 크기가 작아 일반적인 선속경화현상이 두드러지게 나타나지 않았다. 또한 치과보철물의 금속 종류에 관한 선행연구들이 없었기 때문에 비교할 수가 없어 실제 환자에게 적용하기에는 다소 무리가 있어 보 인다. 하지만 신소재들을 이용한 치과보철물의 금속종류 에 따른 HU 값과 SUV 값의 변화를 확인한 의미있는 부 분이라 생각되고, 실제 환자들의 영상에서는 치과보철물 의 크기와 두께들은 더욱 커질 수 있고 치과보철물간의 상호작용으로 인하여 영상왜곡은 더욱 심해질 것으로 생

각된다. 따라서 치과보철물을 삽입한 환자의 두 경부 및 인 후두 부위에 의심이 되는 질환을 판독할 경우에 치과 보철물의 금속종류는 SUV 값에 영향을 미치기 때문에 영상 판독 시 보정된 PET 영상보다는 NAC(non attenuation correction) PET 영상을 확인하여 왜곡을 고 려한 판독이 필요할 것으로 생각된다.

5. 결 론

본 연구는 치과보철물들의 금속 종류에 따라 CT의 HU 값과 PET의 SUV 값을 측정하였다. 그 결과 치과보 철물의 CT HU 값이 상승함에 따라 PET의 SUV 값이 증가하였고, 치과보철물들에 의해 왜곡된 영상과 SUV 값의 변화가 있음을 확인하였다. 특히 치과보철물의 금 속 종류 중에서 골드 크라운에 의해 왜곡된 영상으로 나 타났기 때문에 치과 보철물 중에서 골드 재질을 사용한 환자를 진단할 때에는 왜곡된 영상을 고려한다면 정확한 판독에 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다.

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한 상 현(Han, Sang Hyun) [정회원]

․2008년 2월 : 건양대학교 보건학 과(보건학석사)

․2017년 2월 : 충북대학교 의용생 체공학과(공학박사)

․2011년 3월 ～ 2018년 2월 : 서남 대학교 방사선학과 교수

․관심분야 : 핵의학, 의용생체공학

․E-Mail : [email protected]