Measurement repeatability of nonsolid nodule in low-dose lung cancer screening with monoenergetic images

Abstract

Purpose: To investigate whether monoenergetic images captured with dual-layer spectral CT can improve the repeatability of subsolid nodule measurement, and whether this approach can further reduce the radiation dose of computed tomography (CT) while maintaining its measurement repeatability.

Materials and Methods: An anthropomorphic phantom with simulated subsolid nodules at three different levels was repeatedly scanned with both conventional single-energy CT and dual-layer spectral CT. A proxy for the measurement repeatability in the National Lung Screening Trial (proxy for NLST) was calculated with the typical CT protocol used in NLST. Using the dual-layer spectral CT, monoenergetic images of 40 to 110 keV, with an interval of 10 keV, were generated. The average diameter and volume of a total of 15,660 nodules in 870 CT images were measured by using a commercially-available computer-aided detection system. The repeatability coefficient (RC), %RC, and 95% confidence intervals of each image set were calculated and compared.

Results: At the same tube voltage and tube current-time product, monoenergetic images resulted in significantly lower RC than the proxy for NLST, indicating that measurement repeatability was enhanced. When the radiation dose was lowered by 30% or 55%, monoenergetic images showed significantly lower RC at high-energy keV than the proxy for NLST. The estimated measurement repeatability from monoenergetic images with 30% or 55% lower radiation dose was comparable to the repeatability from conventional single-energy CT images with standard radiation dose and iterative reconstruction.

Conclusion: Monoenergetic images captured by using dual-layer spectral CT can improve the repeatability of subsolid nodule measurement. The use of monoenergetic images would allow lung cancer screening with a lower radiation dose, while maintaining comparable measurement repeatability.

목적: 이중층 스펙트럼 CT(computed tomography)로 촬영된 단일에너지 영상이 비고형성 결절 측정의 반복성을 향상시킬 수 있는지, 그리고 이 영상 기법이 측정 반복성을 유지하면서 CT의 방사선량을 추가로 감소시킬 수 있는지 여부를 조사하고자 함.

방법: 세 가지 다른 위치에 가상 비고형성 결절들을 포함하고 있는 인체 모형 팬텀을 기존의 단일에너지 CT와 이중층 스펙트럼 CT를 이용하여 반복적으로 촬영하였다. National Lung Screening Trial (NLST) 에서의 측정 반복성에 대한 대리 표지자는 NLST에서 일반적으로 사용된 조건들을 사용하여 단일 에너지 CT로 촬영하여 계산하였다. 이중층 스펙트럼 CT를 사용하여 10 keV의 간격으로 40 keV에서 110 keV의 다양한 단일에너지 영상이 생성되었다. 이렇게 생성된 870개의 CT 영상에서 총 15,660 개의 결절의 평균 직경과 부피를 시판되는 컴퓨터 보조 검출 시스템을 사용하여 측정하였다. 각각의 영상에 대한 반복계수와 백분율로 표시된 반복계수, 그리고 95 % 신뢰구간을 계산하고 비교했습니다.

결과: 동일한 관전압 및 관전류에서 촬영했을 때 단일 에너지 이미지는 NLST의 대리 표지자보다 훨씬 낮은 반복계수를 나타내어 측정 반복성이 향상되었음을 나타냈다. 방사선량이 30 % 또는 55 % 감소되었을 때에도 고에너지 keV하에서의 단일 에너지 영상은 NLST의 대리 표지자보다 낮은 반복계수를 보였다. 30 % 또는 55 % 더 낮은 방사선량을 보인 단일 에너지 영상으로부터 계산된 측정 반복성은, 표준 방사선 량으로 촬영하여 반복영상재구성 기법으로 재구성한 기존의 단일 에너지 CT 이미지의 반복성에 필적했다.

결론: 이중층 스펙트럼 CT에서 촬영하고 재구성된 단일에너지 영상은 비고형성 결절 측정의 반복성을 향상시킨다. 또한 단일에너지 영상을 사용하면 측정 반복성을 유지하면서 방사선량을 낮추어 폐암 선별 검사를 시행할 수 있게 된다.