양전자방출단층촬영 영상에서 필터에 따라 신호대잡음비에 미치는 영향
연세의료원 세브란스병원 핵의학과
이동혁, 박훈희, 남궁혁, 오신현, 박민수, 임한상, 이창호
Fig 3. The Impulse noise is typically, two
kinds of extreme values, a or b with a
noise(a), Gaussian noise is statistical
noise that has its probability density
function equal to that of the normal
distribution(b).
Abstract
* Purpose
The projection data of the PET includes actual coincidental coefficient in addition to scattering,
coincidental coefficient and others and is shown as a type of noise in the restructure process of the image.
This type of noise may occur in several types during the process of acquiring the image. Signal to Noise
Ratio (SNR) is one of the factors to determine the image quality that the change of SNR is to be
found out depending on the restructure filter.
* Materials and Methods
Between September 2010 to December, it was undertaken with the subject of 100 patients (average age
63.48 ± 11.61 years of age) who had the PET-CT test administered in this hospital, and the equipment
used in the test was Biograph Truepoint 40 PET-CT (Siemens Medical System, CTI, Knoxville, TN, USA).
In the video, the Gaussian Filter and the Median Filter that may effectively reduce the two noises under the
assumption to have the Gaussian noise and the impulse noise are used to restructure the image. On the
same directional cross section phase of the restructured image, it sets the interested territories on the
same size and location on the tumor to measure the standardized uptake value (SUV) and SNR. The
statistical analysis is used with SPSS ver. 12 (SPSS Inc., USA), and it used the responsive sample T-test
to recognize the noticeable difference in the event that the p value is less than 0.05.
* Results
The restructured image for Gaussian filter has approximately 10% increase of SNR than by using the
Median filter, and SUVmax, SUVmean, and SUVmin has decrease of approximately 20%, 17%, and 15%,
respectively. The response sample T-test implemented by using the figure of each has shown
noticeable difference (p<0.05).
* Conclusion
This study is undertaken for indirect evaluation for the change of image quality through SNR under the
PET-CT image and has compared the change of SNR by modifying the pre-processing filter. Compared to
the Gaussian filter, the median filter has shown the noticeable level of increase for SNR while SUV has
reclined. The type of noise generated from the image is diverse that it is considered as important to use
appropriate noise removing technique for the noise model as modelling the applicable noise generated
from the post-studies.
Introduction
양전자방출단층촬영(Positron Emission Tomography ; PET)의 영상은 양전자 방출체에 각종
화합물을 표지하여 만든 방사성의약품의 체내분포를 영상화하는 기술이다. 대부분의 질환은
해부학적 변화 보다 생화학적 변화가 먼저 일어나므로 PET을 통해 조기진단이 가능하다. 또한
종양의 악성 여부 판정 및 병기의 결정, 효율적인 치료방향 및 방법의 결정과 치료 후 재발
여부 판정등에 우수한 검사이다. 현재는 PET-CT의 형태로 PET의 생화학적 정보와 CT의
해부학적 정보를 결합시켜 질환의 발생 유무와 병변의 형태 및 대사 이상 등을 파악 할 수
있기에 과거의 PET 보다 더 정확도가 높다(Fig. 1).
(a)
(b)
Results
가우시안 필터와 메디안 필터를 이용하여 재구성한 각각의 영상에서 측정된 SNR과 SUV를
비교해 보았고, 그 결과 일정 수준의 차이를 보였다. 가우시안 필터를 사용한 영상의 종양에서
측정한 SNR은 전체 평균 7.36, 메디안 필터를 사용한 경우에는 8.11의 값을 보였다(Fig. 5).
SUV에 대해서는 가우시안 필터에서 SUVmax, SUVmean, SUVmin이 각각 10.59, 8.08, 4.72였
고, 메디안 필터의 경우는 8.53, 6.76, 4.05의 값을 보였다(Table 1, 2).
(a)
(b)
Fig 4. Maximum intensity projection transverse images. Processed images using a
Gaussian filter (a), and median filter (b). SUVs were obtained from regions of
interest (ROIs) drawn around the tumor on the same-size ROIs transferred to the
second study, using the anatomic information from the CT scan and the metabolic
information from the PET scan to ensure proper placement.
가우시안 필터로 재구성된 영상이 메디안 필터를 이용한 영상보다 SNR이 약 10% 증가되었
으며, SUVmax, SUVmean, SUVmin은 각각 약 20%, 17%, 15% 감소하였다. 각각의 수치를 이용
하여 시행한 대응표본 T-검정에서 유의한 차이가 나타났다 (p<0.05).
SNR (Average)
SUVmax
SUVmean
SUVmin
Gaussian Filter
7.36 (SD:±4.73)
Gaussian Filter
10.59
8.08 (SD:±2.39)
4.72
Median Filter
8.11 (SD:±5.08)
Median Filter
8.53
6.76 (SD:±2.26)
4.05
Table 1. Comparison of the
Gaussian Filter and Median
Filter of each SNR.
Table 2. Comparison of the Gaussian filter and
median filter of each SUVs (SUVmax, SUVmean,
SUVmin).
70
60
50
(a)
(b)
(c)
Fig 1. PET-CT Fusion Image Process. PET-CT is a medical imaging device which combi
nes in a single gantry system both a PET and an Computed Tomography. From the first
image a - PET image; b - CT image; c – Fusion PET-CT image.
PET의 투영데이터에는 실제 동시계수 이외에 산란, 우연동시계수 등이 포함되어 있고, 영상의
재구성 과정에서 잡음의 형태로 나타난다. 이러한 계수 N은 ±n의 오차를 가지게 되며,
여기에서 ±n은 통계오차라 한다. 재구성 영상에 통계오차가 반영된 경우 영상 평가에 있어서
신호대잡음비는 통계잡음이라고 한다. 이러한 잡음은 영상을 획득하는 과정에서 여러가지의
형태로 발생할 수 있다. 잡음은 영상의 내부와 외부로부터 입력 영상 신호 성분 이외의 신호로
영상에서 화소값이 불규칙하게 보이는 것을 가리킨다. 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio ;
SNR)는 영상의 화질을 좌우하는 인자들 중 하나로 본 연구에서는 재구성 필터에
따라 SNR의 변화에 대하여 알아보고자 하였다.
Materials & Methods
* 환자정보
2010년 9월부터 12월 사이에 본원에서 PET-CT
검사를 시행한 환자 중 현재 암을 갖고 있는
100명(평균나이 63.48 ± 11.61세)을 대상으로
후향적인 조사를 하였다.
* 영상획득방법
검사 전 최소 8시간 이상 금식을 하였고, 혈당은 7
mmol / L (126 mg / dL)이하 였다. 그리고 약 5001000cc 정도의 충분한 수분을 섭취하게 한 후 각
환자들에게는 약 370 MBq의 18F-FDG가 투여
되었으며, 검사에 사용된 장비는 Biograph 40
Truepoint PET/CT(Siemens Medical System, CTI, Fig 2. Biograph 40 Truepoint PET/
Konxville, TN, USA)를 사용하였다(Fig. 2). 주사 후 CT(Siemens Medical System, CTI,
대 기 실 에 서 약 6 0 분 간 안 정 을 취 한 후 검 사 를 Konxville, TN, USA)
시행하였으며, 저선량 CT를 이용하여 투과스캔(transmission scan)을 하고, 방출스캔(emission
scan)을 Bed 당 2분 30초씩 획득하였다.
* 영상분석방법
가우시안 잡음과 임펄스 잡음만이 존재한다는 가정하에 두 잡음을 효과적으로 감소시킬 수
있는 가우시안필터(Gaussian Filter)와 메디안필터(Median Filter)를 각각 이용하여 영상을
재구성하였다(Fig. 3). 재구성 후 처리 필터의 FWHM은 4mm의 고정된 값을 사용하였다.
재구성 영상의 동일한 축 방향 단면상에서 종양에 동일한 크기 및 위치에 관심영역을 설정하여
표준화섭취계 및 SNR(SNR in clinical PET image = SUVmean / standard deviation)을
측정하였다(Fig. 4). 통계분석은 SPSS ver. 12 (SPSS Inc., USA)를 이용하였고, 대응표본 T-검정을
사용하여 p value가 0.05 미만인 경우 유의한 차이가 있는 것으로 인정하였다.
S
N
R
Gaussian Filter
40
30
20
Median Filter
10
0
1
11
21
31
41
51
61
71
81
91
Patients
Fig 5. Comparison of the Gaussian Filter and Median Filter of each SNR
두 가지의 필터를 사용하여 얻은 결과들은 모두 통계적으로 유의성 있게 증가 또는
감소하였다. SNR은 전체 평균에 대해서 10% 이상 상승하였으나 각 SUV는 큰 폭으로 감소한
결과를 보였다. 그 이외에 두 영상에서 육안적인 큰 차이는 발견 할 수 없었다.
Consideration
영상을 다루는 각종 분야에서 최상의 영상을 얻기 위한 노력은 계속되고 있다. 발생하는
잡음에는 여러 가지 종류가 있을 수 있으나 일반적인 경우에는 가우시안 잡음을 가정하는
경우가 많다. 본 연구에서 사용한 필터는 모두 컨볼루션 마스크(Convolution Mask)를 이용한
일반 필터로 더 다양한 필터와 기존의 필터 반치폭을 변화시켰던 방법들과 병행한다면 보다
나은 연구가 될 것이다.
Conclusion
본 연구는 PET-CT 영상에서의 SNR를 통한 영상의 질 변화를 간접적으로 평가해보고자
하였으며, 후 처리 필터를 변경하면서 SNR의 변화를 비교하였다. 가우시안 필터에 비해
메디안 필터에서는 SNR이 통계적으로 유의한 수준의 증가를 보였지만, SUV는 감소하는
것으로 나타났다. 영상에서 발생하는 잡음의 종류는 다양하기 때문에 후향 연구를 위해서
발생하는 해당 잡음을 모델링하고, 잡음 모델에 적합한 잡음 제거 기법을 사용하는 것이
중요할 것이라 사료된다.
Reference
1. Kitamura, K.; Iida, H.; Shidahara, M. Noise reduction in PET attenuation correction using non-linear
Gaussian filters. Nuclear Science, IEEE Transactions on. 2000;47:994-999
2. Celso D. Ramos, Yusuf E. Erdi, Mithat Gonen. FDG-PET standardized uptake values in normal
anatomical structures using iterative reconstruction segmented attenuation correction and filtered
back-projection. European Journal of Nuclear Med. 2001;28:155-164
3. Aaron Paiva, Abigail Grancorvitz, Carlyn Johnson. Comparison of PET/CT post-reconstruction
algorithms. J Nucl Med. 2010;51:2135