Quantitative Evaluation of Metal Artifact Reduction in CBCT: Effects of Exposure Dose and Metal Direction

Abstract

콘빔 시티의 금속 아티팩트 감소 기능에 대한 정량적 평가: 방사선량과 금속 방향에 따른 평가 목적 최근 콘빔CT를 위한 다양한 금속 아티팩트 감소 (MAR) 기법이 도입되었지만, 그 효과를 정량적으로 평가하는 방법에 대한 근거나 실험 방법이 부족하다. 본 연구는 정도 관리 팬텀을 사용하여 표준화된 실험 방법을 확립하고 촬영된 콘빔CT 이미지에 대한 아티팩트의 면적 측정값을 금속 아티팩트 감소 기능의 사용 전과 후를 비교하여 효과를 평가하는 것을 목표로 한다. 방법 수평 및 수직 방향으로 3개의 원통형 티타늄 막대가 삽입된 sedentex-CT 정도 관리 팬텀을 콘빔CT 장비로 스캔 하였다. 콘빔CT 스캔은 금속 아티팩트 감소 기능 사용 전과 후를 세 가지의 노출 조건(standard, low does, ultra-low does)에서 각각 8회 반복 촬영 및 재구성하여 480 단면을 평가하였다. 모든 이미지의 금속 아티팩트 면적은 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 측정하였으며, 각 노출 조건과 금속 막대 방향에 따른 금속 아티팩트 감소 기능의 사용 전과 후의 아티팩트 면적 값 및 감소율의 차이를 통계적으로 분석했다. 결과 금속 아티팩트 감소 기능을 사용한 콘빔CT 이미지의 아티팩트 면적은 모든 노출 모드와 금속 막대 방향에서 금속 아티팩트 감소 기능을 사용하지 않은 면적에 비해 크게 감소하였다. (p<0.05). 아티팩트 영역은 ultra-low does (80.3%, 262.30mm²에서 51.72mm²) 에서 가장 큰 감소를 보였고 low dose (73.6%, 331.59mm²에서 87.66mm²)와 standard(61.5%, 358.28mm²에서 137.83mm²) 순서대로 감소 효과를 보였다. 수직 막대 방향(80.7%, 276.96mm²에서 53.36mm²)이 수평 방향(63.3%, 357.82mm²에서 131.45mm²) 보다 효과가 높았다. 결론 본 연구는 다양한 방사선량 조건과 금속 방향에 따른 금속 아티팩트를 감소시키는 알고리즘의 성능을 정량적으로 입증한다. 특히, 촬영된

Quantitative Evaluation of Metal Artifact Reduction in CBCT : Effects of Exposure Dose and Metal Direction Purpose: Various metal artifact reduction (MAR) methods for cone-beam computed tomography (CBCT) have been recently introduced, but there is a lack of information on how to quantitatively evaluate their effectiveness. This study aims to establish a standardized experimental method utilizing a quality-assured CBCT phantom, and to evaluate the MAR effectiveness by measuring the area of metal artifacts compared to MAR on/off for scanned CBCT images. Methods: A sedentex-CT phantom with multiple titanium metal rods inserted in both horizontal and vertical direction was scanned using a CBCT device. CBCT scans were repeated in three exposure protocol (standard dose, low dose, ultra-low dose) with the MAR function on and off. The area of metal artifacts on all acquired images was measured using ImageJ software to evaluate the effect of MAR. The differences in artifact area values between MAR on and off were s