핵의학

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  • [Clin Nucl Med .] GAN-based Denoising for Scan Time Reduction and Motion Correction of 18 F FP-CIT PET/CT: A Multicenter External Validation Study

    2025년 12월호
    [Clin Nucl Med .] GAN-based Denoising for Scan Time Reduction and Motion Correction of 18 F FP-CIT PET/CT: A Multicenter External Validation StudyGAN 기반 디노이징을 이용한 18F FP-CIT PET/CT 검사 시간 단축 및 움직임 보정: 다기관 외부 검증 연구

    한림의대, 국민건강보험공단 일산병원, 연세의대 / 한현경, 이석현*, 김선정* 윤미진*

  • 출처
    Clin Nucl Med .
  • 등재일
    2025 Oct 1
  • 저널이슈번호
    50(10):e580-e588.
  • 내용

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    Abstract
    Purpose: AI-driven scan time reduction is rapidly transforming medical imaging with benefits such as improved patient comfort and enhanced efficiency. A Dual Contrastive Learning Generative Adversarial Network (DCLGAN) was developed to predict full-time PET scans from shorter, noisier scans, improving challenges in imaging patients with movement disorders.

    Patients and methods: 18 F FP-CIT PET/CT data from 391 patients with suspected Parkinsonism were used [250 training/validation, 141 testing (hospital A)]. Ground truth (GT) images were reconstructed from 15-minute scans, while denoised images (DIs) were generated from 1-, 3-, 5-, and 10-minute scans. Image quality was assessed using normalized root mean square error (NRMSE), peak signal-to-noise ratio (PSNR), structural similarity index measure (SSIM), visual analysis, and clinical metrics like BP ND and ISR for diagnosis of non-neurodegenerative Parkinson disease (NPD), idiopathic PD (IPD), and atypical PD (APD). External validation used data from 2 hospitals with different scanners (hospital B: 1-, 3-, 5-, and 10-min; hospital C: 1-, 3-, and 5-min). In addition, motion artifact reduction was evaluated using the Dice similarity coefficient (DSC).

    Results: In hospital A, NRMSE, PSNR, and SSIM values improved with scan duration, with the 5-minute DIs achieving optimal quality (NRMSE 0.008, PSNR 42.13, SSIM 0.98). Visual analysis rated DIs from scans ≥3 minutes as adequate or higher. The mean BP ND differences (95% CI) for each DIs were 0.19 (-0.01, 0.40), 0.11 (-0.02, 0.24), 0.08 (-0.03, 0.18), and 0.01 (-0.06, 0.07), with the CIs significantly decreasing. ISRs with the highest effect sizes for differentiating NPD, IPD, and APD (PP/AP, PP/VS, PC/VP) remained stable post-denoising. External validation showed 10-minute DIs (hospital B) and 1-minute DIs (hospital C) reached benchmarks of hospital A's image quality metrics, with similar trends in visual analysis and BP ND CIs. Furthermore, motion artifact correction in 9 patients yielded DSC improvements from 0.89 to 0.95 in striatal regions.

    Conclusions: The DL-model is capable of generating high-quality 18 F FP-CIT PET images from shorter scans to enhance patient comfort, minimize motion artifacts, and maintain diagnostic precision. Furthermore, our study plays an important role in providing insights into how imaging quality assessment metrics can be used to determine the appropriate scan duration for different scanners with varying sensitivities.

     

    ▶ 그림 1. 딥러닝 모델을 통해 복원된 파킨슨 증상 환자들의 PET/CT 영상 비교. 원본(Raw) 영상은 촬영 시간이 짧을수록 노이즈가 심해지지만, 노이즈 제거(Denoised) 영상은 5분 촬영 데이터만으로도 15분 원본 영상과 거의 유사한 고해상도 화질을 보여주며, 진단에 필요한 선조체(Striatum) 섭취 패턴이 명확히 유지되고 있다.

     

    ▶ 그림 2. 촬영 도중 움직임이 발생한 환자의 예. 3분 촬영한 영상을 딥러닝 모델로 노이즈를 제거한 결과(왼쪽) 15분 촬영한 영상(오른쪽)에 비해 움직임이 없는 선명한 영상을 보여주고 있다.

     

     

    Affiliations

    Hyunkyung Han 1, Kyobin Choo 2, Tae Joo Jeon 3 4, Sangwon Lee 3, Seungbeom Seo 5, Dongwoo Kim 6, Sun Jung Kim 7, Suk Hyun Lee 8, Mijin Yun 3
    1Departments of Artificial Intelligence.
    2Computer Science, Yonsei University.
    3Department of Nuclear Medicine, Yonsei University College of Medicine.
    4Department of Nuclear Medicine, Gangnam Severance Hospital.
    5Yonsei University College of Medicine.
    6Department of Nuclear Medicine, Hallym University Sacred Heart Hospital, College of Medicine, Hallym University, Seoul.
    7Department of Nuclear Medicine, National Health Insurance Service Hospital, Gyeonggi-do.
    8Department of Radiology, Division of Nuclear Medicine, Hallym University Kangnam Sacred Heart Hospital, Hallym University College of Medicine, Seoul, Republic of Korea.

  • 키워드
    DCL-GAN; deep learning; denoising; position emission tomography; scan-time reduction.
  • 연구소개
    이번 연구는 파킨슨병 진단에 이용하는 18F FP-CIT PET/CT 검사의 촬영 시간을 단축하고, 환자의 움직임으로 인한 영상 저하를 극복하기 위해 수행되었습니다. 파킨슨 증상 환자들은 떨림(tremor)이나 불편함으로 인해 통상적인 15분의 촬영 시간을 견디기 힘들어하며, 촬영 도중 움직임으로 인한 영상 왜곡(motion artifact)을 유발하여 진단 정확도를 떨어뜨릴 수 있습니다. 우리 연구팀은 이중 대조 학습 생성적 적대 신경망(DCL-GAN) 기반의 딥러닝 모델을 개발하여, 5분 이하 촬영 영상으로 15분 촬영 영상과 동등한 고품질 영상을 생성하였습니다. 특히 총 3개 병원(세브란스, 강남성심, 일산병원)의 500명 이상의 데이터를 이용한 다기관 외부 검증을 통해, 서로 다른 장비 환경에서도 우리 모델이 안정적으로 작동함을 입증했습니다. 결과적으로 5분 촬영만으로도 정량적 분석과 시각적 판독 모두에서 임상적으로 유의한 영상 품질을 확보할 수 있었습니다.
  • 편집위원

    핵의학 영상은 영상획득에 얼마간의 시간이 필요한 경우가 많고, PET촬영에서도 영상획득 시간을 감소시킬 수 있으면 환자의 불편감을 줄이고, 영상획득 횟수를 높일 수 있다는 장점이 발생함. 해당 연구는 AI 기법을 적용하여 FP-CIT PET 영상 획득 시간을 줄이면서도 진단성능을 유지할 수 있는 영상의 질을 보존하는 방식을 보여줌.. 해당 연구는 핵의학 영상의 AI 기술 접목을 통한 영상 개선에 관심이 있는 다양한 영역의 연구자에게 흥미를 끌 연구로 생각됨.

    덧글달기2025-12-04 15:08:33

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