Vol. 1, No. 2 (2008) pp. 79 − 83
NEMA NU2-2001을 이용한 PET-CT 스캐너의 물리적 특성평가
이병일†
Evaluation of Physical Characteristics of Discovery ST scanner Using NEMA NU2-2001 Standard
Byeong-il Lee†
Abstract
As a new standard for performance measurement, NEMA NU2-2001 was presented recently. In this study, I investigated the spatial resolution, sensitivity, scatter fraction, and noise equivalent count ratio (NECR) in order to know the information of physical characteristics and system performance of GE discovery ST using this new standard. Bismuth germinate crystals (6×6 array, 6.3 mm×6.3 mm×30 mm) were used in discovery ST (energy window:375-650 keV, coincidence window:11.7 nsec). To measure the sensitivity, five aluminum sleeves (Data Spectrum Corp., Chapel Hill, NC., USA, thickness:1.25 mm)-NEMA sensitivity phantom- filled with F-18 solution were used. Successive measurements in 2D and 3D acquisition mode were made with a line source at the center of transaxial field of view and 10 cm off from the center until the count was over 500,000. Spatial resolution was estimated using a point source (F-18, 0.1 mCi) at different locations in the FOV. Scatter fraction and NECR was tested using a NEMA scatter phantom. Dynamic data were acquired for 7 half-lives using F-18 solution. And true to background ratio was averaged at last three frames when the random rate was as small as ignorable for the calculation of scatter fraction. We anticipate this overall evaluated results could be used for the quality assurance and optimized image acquisition for clinical research.
Key words :PET-CT, Quality assurance, Sensitivity, Scatter fraction, Noise equivalent count ratio, NEMA.s
1. 서 론
PET-CT (positron emission tomography-computed
tomography)의보급으로핵의학진단성능및검사시
간이단축되면서많은병원에서 PET-CT의사용이증
가되고있다. 여러회사에서 판매되고있는 PET 및
PET-CT는 2008년현재약 100대가국내대형병원에 서가동이되고있으며, 많은환자들에게고급의료서비
스를지원하고있다. 국내암환자검진을위한수요의
증가로지난 5년간많은공급이이루어지면서시스템 의성능평가에대한관심이높아졌으며, 핵의학영상기
기에대한유지보수에대한움직임도일고있다. 핵의
학영상기기의정도관리에대한표준화작업은핵의학 회및식약청연구과제를통하여진행되고있으며, 성
능에대한평가와유지보수의효율성이주요한논쟁의 대상이되고있다. 표준적인기기성능에대한평가로
가장널리알려져있는 NEMA NU2-2001 표준방법
은 PET-CT기기초기설치에서첫기종에대해시행하
고있으며, 국내인허가관련자료에포함이되어있다.
하지만지속적인관리는대부분병원의유지보수계약 을통해정기점검이이루어지고있으며, 이때회사별
자체프로그램을이용하여점검이이루어지고있다. 성
능비교를위한국제적인표준화방법으로 NEMA에서
제안한방법이자리를잡았고기기의성능평가뿐아 니라최적의영상을얻기위해알아야하는기본적인물
리적특성을평가하는중요한방법으로알려져있다.[1-3]
NEMA 1994 이후개발된영상기기의변한점들을반
영하여 NEMA 방법도발전해오고있다.
조선대학교병원및화순전남대병원에설치가되어
전남대학교병원핵의학과(Dept. of Nuclear Medicine, Chonnam National University Hospital)
†Corresponding author: dewpapa@hanmail.net
(Received : August 26, 2008, Revised : September 6, 2008 Accepted : September 12, 2008)
운영중인 PET-CT 기기는같은기종으로 GE사의기종 이다. Discovery ST는 8 슬라이스 CT를 장착하고 Bisthmuth germante (BGO)를사용한 PET-CT로영상
의품질및동적영상획득, 그리고 2차원이나 3차원모 드로영상을얻을수있는특징이있으며, 여러가지
소프트웨어를통하여뇌영상및심장영상, 그리고암환
자에대한분석을지원하고있다. 따라서이연구에서
는 PET-CT의정도관리에대한이해및방법적발전을
위해우선기본적인표준적측정방법으로자리를잡고
있는 NEMA NU2-2001 표준방법을통하여성능측정
을하여물리적특성을파악하고자하였다. 먼저 PET-
CT의 2차원모드와 3차원모드영상획득에따른성능
의변화와민감도, 해상도, scatter fraction, NECR 등
을 PET에대해물리적성능을평가하였다. NEMA NU2- 2001은 PET의성능에대한표준평가방법이므로영상에 대한품질평가를위해추가적인측정을시행하였다.
2. 대상 및 방법
1. 스캐너 사양
Discovery ST PET-CT 스캐너는 70개의블록이 4개 의링에각각있으며, 하나의블록에 6×6개의 BGO 섬
광결정을사용하고있다. 섬광결정의길이는 6.3 mm
×6.3 mm×30 mm 이며, 링의지름은 88.6 cm, 축방향의 유효시야는 157 mm 이다. 따라서교차단면까지모두 47개의단면영상이얻어진다. 2차원모드로영상을얻 을때는텅스텐으로만들어진길이 54mm, 두께 0.8mm
의격벽(septa)이움직이게되며, 이동시간은약 1분이
다. 2차원모드로영상을얻을때±5개의섬광결정링, 3차원모드에서는 24개의섬광결정링에서신호를받
는다. 에너지창은 375-650 keV 이며, 동시계수창은 11.7 nsec 이다.
2. 네마표준평가 2-1. 공간분해능
공간분해능의측정을위해 1 mm 내경의튜브에점
선원을만들고 100,000카운트에서얻어진영상으로부
터 radial, tangential, axial 방향의공간분해능을측정
한다음 NEMA에서권고한방법으로결과를작성하였
다. 영상은 2D, 3D 방법으로 (0,1) (0,10) (10,0) 의세 부분에서 74 MBq/mL의 F-18을이용해각각획득하였
으며, FOV의 1/4 되는지점으로이동하여같은방식으
로 측정하였다. 영상재구성은 2D로 얻은 영상은
Filtered Back Projection을이용하여 256 X 256 영상
을 ramp filter로 6.3 mm cutoff frequency로 얻었다. 3D로얻은영상은 OSEM(iteration 2, subset 30)을이 용하여재구성하였다. 한픽셀의크기는 0.9735 였다.
각방향으로획득한영상으로부터프로파일데이터를
얻고 FWHM을각각계산하였다.
2-2. 민감도
민감도는스캐너가양전자를검출하는능력을측정 하는것으로민감도팬텀(Data Spectrum Corp., Chapel
Hill, NC., USA)을이용하여측정하게되면감쇠되지
않은상태에서의민감도를측정할수있다. 민감도측
정용팬텀은 70 cm 길이의알루미늄관이튜브를바깥
표 1.대표적인 PET-CT 기종별특징
GE Philips Siemens
Model Discovery ST GEMINI 16 Power Biograph 16
Acquisition modes 2D or 3D 3D 3D
Transmission source CT AC Cs-137 and CT AC CT AC
Number of crystals 10,080 17,864 24,336
Crystal size 6.2×6.2×30 mm 4×6×20 mm 4.0×4.0×20 mm
Detector materials BGO GSO LSO
Plane spacing 3.27 mm 2 mm 2 mm
# of slices per FOV 47 90 81
Transvers resolution @1cm 6.2 mm (2D / 3D) 5.5 mm 4.2 HIREZ
System sensitivity 9.3 cps/kBq 4.9 4.5 cps/kBq
Peak NECR (3D) 63 kcps@12kBq/cc 30.5 93 kcps@29kBq/cc
Scatter fraction 19%(2D), 44%(3D) 28% <36%(@425 keV)
Special features 2D, 3D, dynamic, gating
acquisition Good energy resolution Finest coincident timing window(4.5nsec)
으로하나씩덮게되어있으며관의두께는 1.25 mm이 다. 알루미늄관은모두 5개로내경이3.9 mm, 7.0 mm, 10.2 mm, 13.4 mm, 그리고 16.6 mm 이다. 영상은 0.5
분에서 3분사이에서얻었으며, 500,000카운트이상을
얻어불응시간을 5%미만이되게하여랜덤이벤트로부
터의영향을최소화하였다.
2-3. 산란분획과 NECR
산란분획측정을위하여비중이 0.95 g/cm3 인폴리
에틸렌으로만들어진실린더형태의산란팬텀을제작하 였다. 길이는백서의경우에대해측정하기위하여길
이 150 mm, 지름 60 mm의크기를만들었고, 중심에서
13 mm 떨어진 위치에 실린더 종축과 평행하게 약
3 mm 지름의구멍을뚫고내경 1.7 mm의선선원을삽
입하였다. 2.57 GBq의 F-18을선선원에넣고불응시간 이 1%이하가될때까지 20분간격으로 14시간동안
영상을획득하였다.
산란분획은전체계수중산란계수에대한비율을 측정하는것으로총계수가충분히작을때의총계수 에대한랜덤계수와산란계수의합의비율이다. 즉, 총 계수가충분히작으면랜덤계수는무시할만하므로 이비율은산란분획이된다. 시간이충분히지나야불
응시간이 1%이하로떨어지는데, 불응시간이약 50%
정도의높은때시작하므로 7 반감기이상영상을획
득해야하며, 각프레임의길이는반감기의 4분의 1시
간이하가되어야하므로 20분으로하였다. 산란계수 는불응시간 1% 미만의프레임만으로측정할수있으
나, NECR의측정을동시에하기위하여불응시간을높여
서낮아질때까지전체시간에대해측정하였다. 전체데
이터중에서마지막 3개의프레임을이용하여산란분획을
계산하고전체데이터를이용하여 NECR을계산하였다.
3. 추가적인 성능 평가 3-1. 영상품질평가
영상의질을평가하기위해 IEC 팬텀과 scatter 팬텀
그림 1.공간분해능측정그림
표 2.공간해상도측정결과
1 cm radiys
2D 3D
Transverse Axial Transverse Axial
6.15 5.77 6.16 5.93
10 cm radius
FBP OSEM
2D (10 cm) 3D (10 cm) 2D (10 cm) 3D (10 cm)
4.71 (6.42) 5.43 (5.66) 6.17 (7.16) 6.66 (6.59) 그림 2. 2D (A), 3D (B) 영상획득모드에서절대민감도측 정결과
을이용하여실험을하였다. IEC 팬텀내부에있는지 름 1 cm, 1.3 cm, 1.7 cm, 2.2 cm, 2.8 cm, 3.7 cm의 sphere 에백그라운드와 4배, 8배가각각차이가나도
록 F-18 수용액을채운다음, 2D와 3D 모드에서각각
3번씩촬영을하였다. 이때사용한 activity는 sphere:
0.77 mCi/L, Background: 1.94 mCi/10L, Line source:
4.52 mCi/10 ml 이었으며, 사용된선선원은스캐터팬 텀의내부에들어갔고, 이것은스캔부위주변의외부
백그라운드를만들기위한것이다. 2D와 3D모드로 8
분 20초와 7분 19초씩각각영상을획득하였으며, 3번 측정한값을평균을정리하였다. 제일큰 sphere 두개
는 hot source를주지않았고, cold region을만들어대 조도를측정하였다.
3. 실험결과
1. 네마표준평가 1-1. 공간분해능
FBP로재구성한영상의공간분해능은횡단면중심
및 10 cm 떨어진곳에서 5-6 mm 정도로측정되었다.
영상재구성방법에따라조금씩차이가있었다.
1-2. 민감도
알루미늄관이포함된팬텀을이용하여측정한절대 민감도는축방향중심에서 1.79 counts/sec/MBq , 축방 향에서 10 cm 떨어진곳에서 1.78 counts/sec/MBq 이
었다. 3D 모드에서측정한절대민감도는중심에서
9.84 counts/sec/MBq, 10 cm 떨어진곳에서 9.62 counts/
sec/MBq 이었다.
1-3. 산란분획과 NECR
산란분획은 45%이었고, NECR의최고치는 59.3 kcps
였고, 이때방사선농도는 13.7 kBq/mL 였다. 참계수 최고치는 325.1 kcps 에서방사선농도가 30.1 kBq/ml
이었다.
2. 추가적인 성능평가 2-1. 영상품질평가
영상품질평가를위하여팬텀을이용한측정에서영 상대조도는각각의 hot sphere에서 45%, 80%, 105 %,
그림 3.산란분획과 NECR 측정결과리포트
그림 4.영상품질평가결과리포트
130% 였으며, 이때 background variability는각각 9%, 8%, 7%, 6% 였다. 평균 lung error는 24%였다.
4. 결 론
핵의학영상기기의성능평가는소동물영상기기에서 많이연구되었으며, 이는새로운임상기기의개발로이
어지고있다.[4-6]임상기기에대한평가도국제적으로인
지도높은연구기관및병원을통해결과를발표해왔 다. 이연구에서는최근국내에널리보급되어사용되
고있는 PET-CT 스캐너의물리적특성에대한평가
및시스템의성능에대한확인을위해초기에사용되
는방법인 NEMA NU2-2001 방법을이용한측정을
하였다. 성능평가와정도관리의측면에서생각하는시
스템의평가는개념이조금다르지만, 많은임상가들의 성능에대한궁금증에대한한가지방법으로널리
NEMA에서제안한방법이사용되고있다. 이연구에
서는기본적인표준화방법인 NEMA 방법과영상의
품질및 PET-CT 성능에대한평가를위한추가적인
방법으로영상품질평가를수행하였다. 수행을위한방
법의복잡성으로인해전문적인지식을가진연구자가 있어야수행이될수있는어려움이있다. 또한총소
요시간이길어서지속적인검사에활용하는것은많은 연구를필요로한다. 하지만이연구에서수행한내용 을정도관리의측면을고려한다면시스템을이해하는 데도움이될것으로생각된다. 최근국내에서도정도
관리의효율성있는시행을위해 NEMA가제안한표
준적인방법과실제수행중인시스템의성능측정방법 을현실적으로접목하기위한노력이있다. 국제적으로
도 AAPM, ACR, ICANL 등의학회에서여러가지방
법들의제안이이루어지고있음을볼때, 핵의학영상 기기의물리적인특성을더욱자세히이해한후성능 유지및평가에올바르게활용하는것이중요하다.
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