Influence of CT Parameters and Measurement Methods on the Measurement Accuracy of Groundglass Nodules

Abstract

The purpose of this phantom study was to assess the effect of various CT parameters on the measurement accuracy of ground-glass opacity nodule in both manual diameter and semiautomatic volume measurements. Six nodules (size: 5, 8 and 10 mm; attenuation: -630 and -800 HU) were randomly placed inside a chest phantom. CT images were obtained on various tube voltages and currents (120 kVp/10, 20, 30, 40 and 50 mAs; 100 kVp/20 mAs; and 80 kVp/30 mAs). Each CT was reconstructed using filtered back projection (FBP) and iterative reconstruction (IR); bone and soft tissue kernels; and 1, 2, 3, 4 and 5 mm slice thicknesses. Two independent readers measured the nodule size using the longest diameter on axial plane. Also, the nodule volumes were calculated using semiautomatic software. Measurement errors were calculated and the comparison of measurement accuracy among nodules and CT image sets were performed. In manual diameter measurement, relative percentage error (RPE) and absolute percentage error (APE) were higher in smaller size and lower attenuation of nodules (all P <.001). Bone kernel and thinner slice thickness were significantly associated with RPE and APE improvement (all P <.001). Radiation dose and use of IR did not affect the measurement accuracy (P >.05). In semiautomatic volume measurement, RPE and APE were lower in 10 mm-sized nodule, compared with 5 and 8 mm-sized nodules (both P <.001). Nodule attenuation, and CT parameters including radiation dose, use of IR, and kernel did not affect the measurement accuracy (P >.05). Comparing the measurement errors between two methods after converting the volume estimates to uni-dimensional scale, both RPE and APE were higher in manual measurements of 5 mm-sized nodules of all attenuations (all P <.001). In larger nodules, only APE in 8 mm-sized -630 HU and 10 mm-sized -800HU nodules were higher in manual measurement (P =.013 and P <.001, respectively). In manual diameter measurement, the use of bone kernel and thin (1 or 2 mm) slice thickness is recommended to improve the measurement accuracy. In semiautomatic volume measurement, the errors were not significantly affected by CT parameters. In 5 mm-sized nodules, the semiautomatic volume measurement was more accurate than manual diameter measurement. In larger nodules, the manual diameter measurement may be a reliable method.;본 연구의 목적은 흉부 전산화 단층 촬영 [computed tomography (CT)]에서 간유리 음영 결절 크기의 측정시 수동 직경 측정 방법과 반자동 부피 측정 방법에서 측정 정확도에 영향을 미치는 파라미터를 알아보고자 하였다. 본 연구는 흉부 인체모형 팬텀(Chest phantom N1; Kyoto Kagaku, Kyoto, Japan)을 이용한 연구로 2가지의 감쇠 [-630, -800 Hounsfield Units (HU)]와 3가지의 장경 (5, 8, 10 mm)을 가지는 총 6개의 구형 인공 폐 결절을 무작위로 배열하였다. 다양한 관전압, 관전류 (120 kVp/10, 20, 30, 40 and 50 mAs; 100 kVp/20 mAs; and 80 kVp/30 mAs)를 변경하여 촬영하고, 각각의 이미지는 여과 후 역투영법 [filtered back projection (FBP)] 또는 반복 재구성법[iterative reconstruction (IR)], 골격 또는 연부조직 재구성법 (bone or soft tissue kernels), 각각 1, 2, 3, 4, 5 mm 단면 두께로 재구성 되었다. 두 명의 관측자가 수동 직경 측정을 시행하였고, 반자동 소프트웨어를 이용하여 결절 부피를 측정하였다. 각각 측정 방법에서 측정 오차 [relative percentage error (RPE) and absolute percentage error (APE)] 를 평가하고, 두 방법간의 측정 정확도를 비교하였다. 수동 직경 측정시, 결절의 크기가 작고 HU가 낮을수록 RPE, APE 가 모두 높았다. Bone kernel과 얇은 단면 두께로 이미지를 얻었을 때 RPE, APE 가 유의하게 낮았다. 선량과 IR은 측정 정확도에 유의한 영향을 미치지 않았다. 반자동 부피 측정시, 10 mm 크기 결절에서 5, 8 mm 결절보다 RPE, APE 가 모두 높았다. 결절의 HU, 선량, IR, bone kernel은 측정 정확도에 영향을 미치지 않았다. 두 측정 방법 간의 측정 오차를 비교했을 때, 5 mm 크기 결절에서 수동 측정시 RPE, APE 가 모두 유의하게 높았다. 8 mm 이상 크기 결절에서는 8 mm -630 HU, 10 mm -800 HU 결절에서만 수동 측정의 APE값이 높은 반면, RPE는 유의한 차이가 없었다. 수동 직경 측정시, 측정 정확도를 높이기 위해 bone kernel과 얇은 단면 두께 (1 또는 2 mm) 사용이 권장된다. 반자동 부피 측정시 CT 파라미터는 측정 정확도에 유의한 영향을 미치지 않았다. 5 mm 크기의 작은 결절에서는 반자동 측정이 수동 측정보다 우수하게 나타난 반면, 8 mm 이상 크기 결절에서는 수동 측정도 믿을만한 결과를 보였다.