듀얼 에너지 CT의 가상 단색 영상을 이용한 영상 교정 팬텀과 금속 인공음영에 관한 연구 = Study on the calibration phantom and metal artifacts using virtual monochromatic images from dual energy CT

국문 초록 (Abstract)

목 적: 이중선원 듀얼에너지 CT(DS-DECT)의 가상 단색 영상을 이용해서 영상의 질 향상과 선량학적 영향에 대한 방사선치료계획 이용의 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: DS-DECT를 이용하여 듀얼에너지(80/Sn 140 kVp)와 싱글에너지(120 kVp) 영상을 획득하였다. 영상 교정 팬텀 실험을 위해서 40-140 keV 범위로 단색 영상을 재구성했다. 선량 측정용 고체물등가팬텀 연구에서는 64, 69, 88, 105 keV 단색 영상을 선택했다. 스테인리스 스틸을 포함한 고체물등가팬텀에 $10{\times}10cm^2$ 조사야, SSD 100 cm, 10 MV 광자선, 100 MU 조사선량, 단일빔으로 치료계획을 수립하였다. 방사선량측면도 자료는 중심축에 위치한 4개의 지점에서 구했다. 싱글에너지 CT에서 획득한 다색 영상을 기준영상으로 하고, 가상 단색 영상의 선량학적 결과를 분석하였다. 결 과: 낮은 단색 에너지 수치에서 평균 감약이 증가했다. 7개의 물질 중에서 Teflon이 에너지 의존성이 가장 컸고, 10 keV 수치 상승으로 CT number가 평균 2.48 % 감소했다. 저밀도 공기에서는 단색 에너지에 대한 에너지 의존성이 없었다. Polystyrene, Acrylic은 70 keV 이상에서 안정한 CT number를 나타내었다. CT-ED 변환 곡선은 80 keV 단색 영상과 120 kVp 다색 영상이 비슷하였다. 단색 영상의 에너지가 증가할수록 금속의 식별 능력이 향상되었다. 줄무늬 인공음영은 105 keV 단색 영상에서 높은 감소를 보였지만, 여전히 남아 있었다. 다색 영상과 비교하여 각 영상에 따른 방사선치료계획의 선량학적 차이는 ${\pm}0.7%$ 미만이었다. 결 론: 듀얼에너지 영상의 획득은 싱글에너지에 비해 피폭선량을 감소시킬 수 있고, 가상 단색 영상은 CT number 보정에 유용하였다. 향상된 영상의 질은 인체의 기하구조 묘사와 전자 밀도 분포 형성에 도움이 될 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose: To evaluate the image quality improvement and dosimetric effects on virtual monochromatic images of a Dual Source-Dual Energy CT(DS-DECT) for radiotherapy planning. Materials and Methods: Dual energy(80/Sn 140 kVp) and single energy(120 kVp) scans were obtained with dual source CT scanner. Virtual monochromatic images were reconstructed at 40-140 keV for the catphan phantom study. The solid water-equivalent phantom for dosimetry performs an analytical calculation, which is implemented in TPS, of a 10 MV, $10{\times}10cm^2$ photon beam incident into the solid phantom with the existence of stainless steel. The dose profiles along the central axis at depths were discussed. The dosimetric consequences in computed treatment plans were evaluated based on polychromatic images at 120 kVp. Results: The magnitude of differences was large at lower monochromatic energy levels. The measurements at over 70 keV shows stable HU for polystyrene, acrylic. For CT to ED conversion curve, the shape of the curve at 120 kVp was close to that at 80 keV. 105 keV virtual monochromatic images were more successful than other energies at reducing streak artifacts, which some residual artifacts remained in the corrected image. The dose-calculation variations in radiotherapy treatment planning do not exceed ${\pm}0.7%$. Conclusion: Radiation doses with dual energy CT imaging can be lower than those with single energy CT imaging. The virtual monochromatic images were useful for the revision of CT number, which can be improved for target coverage and electron densities distribution.