Coronary artery CT angiography를 이용한 coronary artery calcium scoring에 관한 연구 = A study on coronary artery calcium scoring using coronary artery CT angiography

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Coronary artery disease is the main cause of the death in worldwide. Outbreak of coronary artery disease represented by myocardial infarction, angina and so on is the trend of dramatically increase and the prevalence of coronary artery disease is strongly correlated with deposited calcification in coronary artery. For the calcification measurement of coronary artery, Electron Beam Tomography had been used, but the recent developments in Multi-detector Computed Tomography, now the risk assessment of cardiovascular disease is efficiently evaluated by using it.
CACs(Coronary Artery Calcium scoring) is performed without using contrast media ahead of CCTA(Coronary artery CT Angiography) and if the CCTA is performed successively in same region, it would lead radiation exposure. The effective dose occuring at this time is : CACs is 0.24~1.20mSv and CCTA is 5~15mSv. Therefore, this study is trying to decrease the radiation exposure of patient by measuring calcium score of coronary artery through CCTA and suggest the methods which can be used as data for confirming changes in coronary artery calcium scores.
From Feburary to May of 2017, CACs and CCTA were performed and the same calcification regions in both scannings were selected for 50 people who have calcification in coronary artery. Calcium score, gender, age, the blood vessels existing coronary artery calcification, Voxel, Calcium volume(mm3), Per voxel score, Mean CT number(HU) of calcium, Standard deviation, the highest CT number(HU) and mAs, CTDIvol, DLP used for scanning were measured at the region of selected calcification. In addition, CT number(HU) of ascending aorta were measured in order to judge the degree of contrast in CCTA. Also, the Mean CT number(HU) difference between ascending aorta and calcification was calculated in CCTA. Correlation analysis were performed with acquired data.
As the result of correlation analysis, Voxel, Calcuim volume(mm3) of pre·post-contrast image, Calcium score of post-contrast image, Per voxel score of pre·post-contrast image, Mean CT number(HU) of Calcium, Standard deviation, the highest CT number(HU), the Mean CT number(HU) differences between ascending aorta and calcium of post-contrast image are pronounced to be statistically significant. (p<0.05)
Out of the statistically significant variables, measurable articles in CCTA were Voxel, Calcium volume(mm3), Calcium score, Per voxel score, the Mean CT number(HU) of calcium, Standard deviation, the highest CT number(HU) of calcium, the Mean CT number(HU) differences between ascending aorta and calcium. Results of deriving and calculation of regression formula through regression analysis using above variables, the accuracy of actual coronary calcium score and calculated calcium score was 89.4%. In addition, Bland-Altman plot analysis was performed for homogeneity verification. As a result, there was a match between the two methods.
Therefore, if the coronary calcium score is measured only by using CCTA, Radiation exposure could be kept reasonably low as the guideline of ICRP and it might be used as a data to identify changes in coronary artery calcium score in the future as well. Also, hope it will become a cornerstone of developing relative program based on this study.

국문 초록 (Abstract)

관상동맥 질환은 전세계적으로 주요한 사망 원인 중 하나이다. 심근경색, 협심증 등으로 대표되는 관상동맥 질환의 발생은 급격히 증가하는 추세로 관상동맥 질환의 유병률은 관상동맥에 침착된 석회화와 강한 상관 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 관상동맥의 석회화 수치 측정을 위해 과거 전자선 단층 촬영기(Electron Beam Tomography)를 이용하였으나 최근 다중절편 컴퓨터 단층 촬영(Multi-detector Computed Tomography)의 발달로 현재 이를 이용한 심혈관 질환의 위험도 평가가 유효하게 이루어지고 있다.
관상동맥 석회화 점수 CT 검사(Coronary Artery Calcium scoring; CACs)는 현재 관상동맥 CT 혈관 조영술(Coronary artery CT Angiography; CCTA) 검사 전 조영제를 사용하지 않고 시행되는데, 연이어 같은 부위에 관상동맥 CT 혈관 조영술을 시행할 경우 반복된 방사선 피폭으로 이어진다. 이 때 발생되는 유효 선량은 관상동맥 석회화 점수 CT 검사 0.24~1.20mSv, 관상동맥 CT 혈관 조영술 5~15mSv에 달한다. 따라서 본 연구는 관상동맥 CT 혈관 조영술을 통해 관상동맥의 석회화 점수를 측정하여 환자의 방사선 피폭을 감소시키며 추후 관상동맥 석회화 점수 변화 확인을 위한 자료로 사용될 수 있도록 하는 방법을 제안하고자 한다.
2017년 2월부터 5월까지 관상동맥 석회화 점수 CT 검사와 관상동맥 CT 혈관 조영술을 시행하고 관상동맥에 석회화가 존재한 50명을 대상으로 관상동맥 석회화 점수 CT 검사와 관상동맥 CT 혈관 조영술에서 동일한 석회화 부위를 선택하였다. 선택된 석회화 부위에서 Calcium score 및 성별, 나이, 관상동맥 석회화가 존재하는 혈관의 종류, Voxel, Calcium volume(mm3), Per voxel score 및 Calcium의 평균 CT Number(HU), 표준 편차, 최고 CT Number(HU), 스캔에 이용된 mAs, CTDIvol, DLP를 측정하고, 조영의 정도를 판단하기 위하여 관상동맥 CT 혈관 조영술에서 상행 대동맥의 CT Number(HU)를 추가로 측정하였다. 또한 관상동맥 CT 혈관 조영술에서 상행 대동맥과 석회화의 평균 CT Number 차이(HU)를 계산했다. 획득한 데이터로 상관 분석을 시행하였다.
상관 분석 결과, 조영 전·후 영상에서의 Voxel, Calcium volume(mm3), 조영 후 영상에서의 Calcium score, 조영 전·후 영상의 Per voxel score, Calcium의 평균 CT Number(HU), 표준 편차, 최고 CT Number(HU), 조영 후 영상에서의 상행 대동맥과 Calcium의 평균 CT Number 차이(HU)는 관상동맥 석회화 점수와 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.(p<0.05) 통계적으로 유의한 변수 중 관상동맥 CT 혈관 조영술에서 측정할 수 있는 항목으로는 Voxel, Calcium volume(mm3), Calcium score, Per voxel score, Calcium의 평균 CT Number(HU), 표준 편차, Calcium의 최고 CT Number(HU), 상행 대동맥과 Calcium의 평균 CT Number 차이(HU)가 있었다. 상기 변수들을 이용하여 회귀 분석을 통해 회귀식을 도출하고 계산한 결과 실제 관상동맥 석회화 점수와 계산된 석회화 점수는 89.4%의 정확도를 나타냈다. 또한 동질성 검증을 위해 Bland-Altman plot 분석을 시행하였고, 두 방법 간의 일치가 나타났다.
따라서 관상동맥 CT 혈관 조영술만을 이용하여 관상동맥 석회화 점수를 측정한다면, 국제 방사선 방호 위원회(ICRP)의 권고에 따라 방사선 피폭을 합리적으로 낮게 유지할 수 있을 것이며 추후 관상동맥 석회화 점수의 변화 확인을 위한 자료로도 유용히 사용될 수 있을 것이다. 또한 이를 토대로 관련 프로그램이 개발되는 초석이 되길 바란다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• II. 이론적 배경 4
• 1. 심장과 관상동맥 4
• 2. 심장의 전도 7
• 1) 심전도(Electrocardiogram) 7
• 2) 심전도 동기화(ECG gating) 9
• 3. 고식적 스캔(Conventional Scan)과 나선형 스캔(Spiral Scan) 10
• 1) 360°선형 보간법(Wide linear interpolation) 12
• 2) 180°선형 보간법(Narrow linear interpolation) 13
• 4. CT 선량 지표 14
• 1) CTDI(Computed Tomography Dose Index) 14
• 2) CTDI100 15
• 3) CTDIw(Weighted CTDI) 16
• 4) CTDIvolume(CTDIvol) 16
• 5) DLP(Dose Length Product) 17
• 5. Coronary artery calcium score 18
• 6. 관상동맥 석회화 점수 CT검사(Coronary Artery Calcium scoring; CACs) 19
• 1) 목적 19
• 2) 검사 방법 19
• 7. 관상동맥 CT 혈관 조영술(Coronary artery CT Angiography; CCTA) 21
• 1) 목적 21
• 2) 조영제 주입 21
• 3) 검사 방법 21
• III. 실험 장비 및 실험 방법 23
• 1. 실험 장비 23
• 1) CT scanner 23
• 2) Calcium score software 25
• 3) 통계 분석 26
• 2. 실험 방법 26
• 1) 대상 26
• 2) 실험 방법 26
• IV. 결 과 32
• 1. 관상동맥 석회화 점수와 세부 항목들 간의 상관 분석 32
• 1) Calcium score와 Post enhancement calcium voxel의 상관 분석 36
• 2) Calcium score와 Post enhancement calcium volume의 상관 분석 37
• 3) Calcium score와 Post enhancement calcium score의 상관 분석 38
• 4) Calcium score와 Post enhancement per voxel score의 상관 분석 39
• 5) Calcium score와 Post enhancement calcium 평균 CT Number의 상관 분석 40
• 6) Calcium score와 Post enhancement calcium 표준 편차의 상관 분석 41
• 7) Calcium score와 Post enhancement calcium 최고 CT Number의 상관 분석 42
• 8) Calcium score와 Post enhancement 상행 대동맥과 Calcium의 평균 CT Number 차이의 상관 분석 43
• 2. DLP와 weighting factor를 이용한 유효 선량 산출 44
• 3. 관상동맥 CT 혈관 조영술을 이용한 관상동맥 석회화 점수 산출 46
• 1) 회귀식 검증 47
• 2) Bland-Altman plot 분석 51
• V. 결 론 53
• VI. 참고 문헌 56
• ABSTRACT 61