재구성 알고리즘과 Butterworth 필터 차단 주파수가 핵의학 영상 화질에 미치는 영향: Prominence Processor 기반 시뮬레이션 연구

• 영문명: Impact of Reconstruction Algorithms and Butterworth Filter Cutoff Frequencies on Image Quality in Nuclear Medicine: A Simulation Study with the Prominence Processor
• 발행기관: 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회)
• 저자명: 홍승연(Seungyeon Hong) 박찬록(Chanrok Park)
• 간행물 정보: 『방사선기술과학』제48권 제5호, 497~504쪽, 전체 8쪽
• 주제분류: 의약학 > 방사선과학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.10.30

국문 초록

Prominence Processor(PP) 소프트웨어는 핵의학 분야에서 다양한 재구성 및 전처리 조건에 따른 영상 화질을 평가할 수 있 는 사용자 친화적인 그래픽 인터페이스를 제공하는 시뮬레이션 도구이다. 본 연구의 목적은 재구성 알고리즘과 전처리 필터 파라미터가 핵의학 영상 화질에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 수정된 NEMA IEC 몸통 팬텀(직경 11 mm, 22 mm, 28 mm, 37 mm의 구형 삽입물 6개 포함)과 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm 두께의 바 패턴을 갖는 사분할 바 팬텀을 PP 소프트웨어를 이용해 시뮬레이션하였다. 영상 재구성에는 여과 후 역투사(filtered back projection, FBP)과 배열된 부분집합 기대값 최대화 (ordered subset expectation maximization, OSEM) 두 가지 알고리즘과, 차단 주파수 0.5, 0.7, 1.0 cycles/cm의 Butterworth 필터를 적용하였다. 각 재구성 영상은 관심영역(region of interest, ROI)에서 산출한 대조도대잡음비(contrast-to-noise ratio, CNR)와 변동계수(coefficient of variation, COV)를 이용하여 정량적으로 평가하였다. 그 결과, OSEM 재구성은 FBP에 비해 평 균 CNR이 16.9% 더 높았으며, OSEM 조건에서 차단 주파수 0.5 cycles/cm에서 가장 높은 평균 CNR이 관찰되었다. 평균 COV 역시 OSEM 재구성의 차단 주파수 0.5 cycles/cm 조건에서 가장 낮았다. 이러한 결과는 적절한 차단 주파수와 결합된 OSEM 재구성이 핵의학 영상에서 병변 검출력과 진단 신뢰도를 향상시킬 수 있는 우수한 영상 화질을 제공할 수 있다. 또한, PP 소프트웨어는 다양한 조건에서 영상 화질을 손쉽게 평가할 수 있어 간단한 시뮬레이션 연구와 교육용으로도 높은 활용 가 치를 가질 수 있을 것으로 사료된다.

영문 초록

The Prominence Processor (PP) software, a simulation tool in nuclear medicine, provides a user-friendly graphical interface for evaluating image quality under various reconstruction and pre-processing conditions. This study aimed to assess the impact of reconstruction algorithms and pre-processing filter parameters on nuclear medicine image quality. Modified NEMA IEC body phantoms containing six spheres (11 mm, 22 mm, 28 mm, and 37 mm) and quadrant bar phantoms with four bar thicknesses (4 mm, 5 mm, 6 mm, and 7 mm) were simulated using the PP software. Reconstructed images were generated using two algorithms-filtered back projection (FBP) and ordered subset expectation maximization (OSEM)-and three Butterworth filter cutoff frequencies (0.5, 0.7, and 1.0 cycles/cm). Each reconstructed image was quantitatively evaluated using the contrast-to-noise ratio (CNR) and the coefficient of variation (COV) obtained from regions of interest (ROIs). Results showed that OSEM reconstruction achieved, on average, 16.9% higher CNR compared with FBP, with the highest mean CNR observed at a cutoff frequency of 0.5 cycles/cm in the OSEM condition. The lowest mean COV was also obtained under the OSEM reconstruction with a cutoff frequency of 0.5 cycles/cm. These findings indicate that OSEM, combined with an appropriately selected cutoff frequency, provides superior image quality, potentially enhancing lesion detectability and diagnostic confidence in nuclear medicine imaging. Furthermore, the PP software allows researchers and educators to evaluate image quality under various conditions with ease, offering significant value for simple simulation studies and educational applications.

목차

Ⅰ. 서 론

Ⅱ. 대상 및 방법

Ⅲ. 결 과

Ⅳ. 고 찰

Ⅴ. 결 론

REFERENCES

키워드

핵의학 영상 재구성 알고리즘 Butterworth 필터 정량적 분석 Prominence Processor 시뮬레이션 Nuclear Medicine Reconstruction Algorithms Butterworth Filter Quantitative Analysis Prominence Processor Simulation