• Progress in Medical Physics
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• v.21 no.3
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• pp.239-245
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• 2010

The purpose of this study is to comprehensively compare and evaluate the characteristics of image quality for digital mammography systems which use a direct and indirect conversion detector. Three key metrics of image quality were evaluated for the direct and indirect conversion detector, the modulation transfer function (MTF), normalized noise power spectrum (NNPS), and detective quantum efficiency (DQE), which describe the resolution, noise, and signal to noise performance, respectively. DQE was calculated by using a edge phantom for MTF determination according to IEC 62220-1-2 regulation. The contrast to noise ratio (CNR) was evaluated according to guidelines offered by the Korean Institute for Accreditation of Medical Image (KIAMI). As a result, the higher MTF and DQE was measured with direct conversion detector compared to indirect conversion detector all over spatial frequency. When the average glandular dose (AGD) was the same, direct conversion detector showed higher CNR value. The direct conversion detector which has higher DQE value all over spatial frequency would provide the potential benefits for both improved image quality and lower patient dose in digital mammography system.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.210.2-210.2
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• 2013

현재 국내의 상용화된 디지털 방식 X-선 영상장치에서 간접변환방식은 대부분 CsI를 사용하고 있으며, X-선 흡수에 의해 전기적 신호를 발생시키는 직접변환방식은 Amorphous Selenium(a-Se)을 사용한다. a-Se은 진공 중에 녹는점이 낮아 증착시 substrate의 온도에 따라 민감한 변화를 보인다. 본 연구에서는 간접변환방식에 비해 높은 영상의 질을 획득할 수 있는 직접변환방식의 a-Se기반 X-선 검출기 제작 시 substrate에 인가된 온도에 따른 특성을 연구하여 최적화 된 substrate의 온도를 알고자 한다. 본 실험에서는 glass에 투명한 전극물질인 Indium Tin Oxide (ITO)가 electrode로 형성된 substrate를 사용하였으며 그 상단에 a-Se을 Physical Vapor Deposition (PVD)방식을 거쳐 X-선 검출기 샘플을 제작하였다. PVD 공정 시 네 개의 보트에 a-Se 시료를 각각 100g씩 총 400g을 넣고, $5{\times}10-5Torr$까지 진공도를 낮추었다. 보트의 온도는 $270^{\circ}C$에서 40분 $290^{\circ}C$에서 90분으로 온도를 인가하여 a-Se을 기화시켜 증착하였다. 증착 시 substrate 온도를 각각 $20^{\circ}C$, $40^{\circ}C$, $60^{\circ}C$, $70^{\circ}C$ 네 종류로 나누어 실험을 진행하였다. 끝으로 증착된 a-Se 상단에 Au를 PVD방식으로 electrode를 형성시켜 a-Se기반의 X-선 검출기 샘플 제작을 완료하였다. 제작된 a-Se기반의 X-선 검출기 샘플의 두께는 80에서 $85{\mu}m$로 온도에 따른 차이가 없었다. 이후에 전기적 특성을 평가하기위해 electrometer와 oscilloscope를 이용하여 Dark current와 Sensitivity를 측정하여 Signal to Noise Ratio(SNR)로 도출하였으며 Scanning Electron Microscope(SEM) 표면 uniformity를 관찰하였다. 또한 제작된 a-Se기반 X-선 검출기 샘플의 hole collection 성능을 확인하고자 mobility를 측정하였다. 측정결과 a-Se의 work function을 고려한 $10V/{\mu}m$기준에서 70kV, 100mA, 0.03sec의 조건의 X-선을 조사 하였을 때 Sensitivity는 세 종류의 검출기 샘플이 15nC/mR-cm2에서 18nC/mR-cm2으로 비슷한 양상을 나타내었지만, substrate온도가 $70^{\circ}C$때의 샘플은 10nC/mR-cm2이하로 저감됨을 알 수 있었다. 그리고 substrate온도 $60^{\circ}C$에서 제작된 검출기 샘플의 전기적 특성이 SNR로 환산 시, 15.812로 가장 우수한 전기적 특성을 나타내어 최적화 된 온도임을 알 수 있었다. SEM촬영 시 온도상승에 따라 표면 uniformity가 우수하였으며, Mobility lifetime에서는 $60^{\circ}C$에서 제작된 검출기 샘플이 deep trap 수치가 높아 hole이 $0.04584cm2/V{\cdot}sec$로 $0.00174cm2/V{\cdot}sec$의 electron보다 26.34배가량 빠른 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 a-Se증착 시, substrate에 인가된 온도는 균일한 박막의 형성 및 표면구조에 영향을 미치며 온도가 증가할수록 안정적인 전기적 특성을 나타내지만 $70^{\circ}C$이상일 시, a-Se층의 결정화가 생겨 deep trap을 발생시켜 전기적 특성이 저하됨을 확인 할 수 있었다. 따라서 증착 시의 substrate의 온도 최적화는 a-Se기반 X-선 검출기의 안전성 및 성능향상을 위해 불가피한 요소가 된다고 사료된다.

• Journal of the Korean Society of Radiology
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• v.3 no.1
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• pp.5-9
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• 2009

The trend of Digital x-ray Detector research is to improve resolution of image and to embody large area imaging as well as dynamic moving imaging, etc. This research is divided with indirect conversion method and direct conversion method by radiation conversion process. Each conversion method has problems such as decrease of resolution from light scattering in indirect method case and not only low system stability but also difficult in dynamic moving imaging in direct method case. X-ray detector using liquid crystal has been researching to solve these problems, but it is difficulty in uniform injection of liquid crystal because of its structural properties. Therefore, this study suggests the structure which solves present problem. Also the possibility of suggested structure was investigated using simulation.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.51 no.12
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• pp.189-194
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• 2014

In this study, from a new x-ray detector that combines a columnar CsI:Na scintillation layer with a photosensitive mercuric iodide layer was investigated. In this structure, X-rays are converted into visible light on a thick CsI:Na layer, which is then converted to electric charges in a thin $HgI_2$ bottom layer. The thin coplanar mercuric iodide films as a photosensitive converter requiring only a few tens of volts of bias, associated with a thick columnar coating of phosphor layer, were simulated and designed. The results of this research suggest that the new coplanar x-ray detector with a hybrid-type structure can resolve the following problems: high voltage from the a-Se, and low conversion efficiency from the indirect conversion method. The results of this research suggest that the new CsI:Na/$HgI_2$ x-ray detector with a double-layer type structure can resolve the following problems: high voltage from the direct conversion method, and low conversion efficiency from the indirect conversion method.

• Journal of the Korean Society of Radiology
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• v.15 no.3
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• pp.345-353
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• 2021

Digital radiography imaging systems can also help diagnose lesions in patients, but if x-rays that enter the human body cause scatter x-ray due to interaction with substances, they affect the signal and noise characteristics of digital x-ray images. To regard the human body as polymethyl methacrylate (PMMA) and observe the properties of scattered x-ray generated from PMMA on x-ray images, we analyze signal and noise in the spatial domain as well as noise-power spectrum (NPS), and detective quantum efficiency (DQE) at zero frequency. As PMMA thickness increased, signals decreased, the noise increased, and NPS degradation was identified in overall spatial frequencies. Based on these characteristics, zero-frequency performance was also shown to be degraded. Comparative analysis with Monte-carlo simulations will need to be made to analyze the zero-frequency performance by scattered x-ray of indirect conversion-type x-ray detectors more quantitatively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.265-266
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• 2012

의료용 X-ray의 발전에 따라, 영상의 Digital화가 필요하게 되었다. Digital 영상 구현을 위해 다양한 형태의 영상 검출기가 개발되었다. 진단 영상의 조건으로는 구현 시간이 빠르고 해상도가 높아야 한다. 조건에 부합하는 Flat panel 형태의 직접방식과 간접방식 검출기의 개발이 주로 이루어졌으며, X-ray 검출 효율이 높고 공간 분해능이 높은 직접 방식의 검출기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 직접방식의 X-ray 검출물질로는 A-Se이 이용되었다. 하지만 A-Se의 경우 낮은 원자번호로 인해 X-ray에 대한효율이 낮으며, 제조 공정과 수율의 문제로 인해 대체 물질의 개발과 공정의 개선이 필요하다. 선행 연구를 통해 X-ray 검출물질의 전기적 특성을 파악을 통해 대체 물질로서 가능성을 알아보았다. 본 연구에서는 기존에 제작된 X-ray 검출물질의 상부전극 증착 물질과 증착법 선정에 대한 연구이다. 선행 연구를 통해 선정된 X-ray 검출물질은 HgI2이다. 상, 하부 전극 선택에 있어 HgI2의 일함수 값(4.15eV)을 고려하여 그와 비슷한 일함수 값을 가진 물질로 전기적 장벽을 제거하여야 한다. 따라서, ITO (일함수 4.45eV)와 Au (일함수 5.1eV)을 선택하였다. ITO의 증착으로 이용된 방법으로는 on-axis 형태의 magnetron plasma sputtering을 이용하였으며, Au의 증착으로 이용된 방법은 Thermal evaporation deposition을 이용하였다. plasma sputtering에 이용된 타겟은 In2O3;SnO2 (조성비:90:10wt%)를 사용하였으며, Chamber의 크기는 넓이 456 ${\phi}cm^2$ 높이 25 cm이며, 로 target과 기판과의 거리는 15cm이다. plasma발생에 필요한 가스로는 Ar과 O2를 이용하였다. 고 진공 환경 조성에 이용된 장비로는 Rotary pump와 Turbo molecular pump이다. plasma 발생 전 진공도는 $3.2{\times}10^{-5}$ Torr, 발생 후 진공도는 $5.1{\times}10^{-5}$ Torr이다. plasma 환경이 조성된 후 증착 시간은 1분 30초이다. Au는 순도 99.999%를 이용하였으며, 이용된 금은 1회 증착에 0.3 g을 이용하였다. Chamber의 넓이 1,444 ${\phi}cm^2$이며, 높이 40 cm, boat와 기판과의 거리는 25 cm이다. 고 진공 환경 조성에 이용된 장비로는 Rotary pump와 diffusion pump를 이용하였다. Au의 승화 전 진공도는 $2.4{\times}10^{-5}$ Torr 증착 시 진공도는 $4.2{\times}10^{-5}$ Torr이며, Boat에 가해준 전압, 전류는 0.97 V, 47 A이며, 증착 시간은 1분 30초이다. 광도전체 층에 각각 증착된 전극의 저항을 통해 증착상태를 판단하였다. DMM (Digital Multimeter)로 1 cm 간격으로 측정된 표면의 저항은 ITO 약 $8{\Omega}$, Au 약 $3{\Omega}$으로 전극으로서 이용이 가능한 상태이다. Au와 ITO가 증착된 HgI2 시편의 전기적 특성은 기존에 이용된 X-ray 변환물질의 성능보다 우수하였다. 하지만 Au와 ITO가 각각 증착된 시편의 전기적 특성은 큰 차이를 보이지 않았다. ITO의 경우 진공 상태에서 이용되는 Gas가 이용되며, Plasma 환경 조성 유지가 어려운 점이 있다. Au전극은 증착 환경 조성이 쉽지만, 전극 물질 이용효율이 떨어지는 단점이 있다. 본 연구를 통해 X-ray 변환물질인 HgI2의 전극물질로 Au와 ITO의 이용가능성을 알아보았다. 두 전극으로 제작된 검출기의 성능은 큰 차이 없이 우수하였고, 전기적 장벽 상태가 낮아 높은 검출 효율을 보였다. 상대적으로 Au 전극의 공정이 간단하고 수율이 높다. 하지만 Au Source의 이용 효율이 떨어지는 단점이 있다. 본 연구의 결과를 통해 공정상의 유리함과 Source의 이용효율을 고려한 분석에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Society of Radiology
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• v.11 no.1
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• pp.27-35
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• 2017

The purpose of this study was to investigate the features of CsI:Tl and $Gd_2O_2S$ detectors with an indirect conversion method using phantom in the DR (digital radiography) system by obtaining images of thick chest phantom, medium thickness thigh phantom, and thin hand phantom and by analyzing the SNR and CNR. As a result of measuring the SNR and CNR according to the thickness change of the subject, the SNR and CNR were higher in CsI:Tl detector than in $Gd_2O_2S$ detector when the medium thickness thigh phantom and thin hand phantom were scanned. However, when the thick chest phantom was used, for the SNR at 80~125 kVp and the CNR at 80~110 kVp in the $Gd_2O_2S$ detector, the values were higher than those of CsI:Tl detector. The SNR and CNR both increased as the tube voltage increased. The SNR and CNR of CsI:Tl detector in the medium thickness thigh phantom increased at 40~50 kVp and decreased as the tube voltage increased. The SNR and CNR of $Gd_2O_2S$ detector increased at 40~60 kVp and decreased as the tube voltage increased. The SNR and CNR of CsI:Tl detctor in the thin hand phantom decreased at the low tube voltage and increased as the tube voltage increased, but they decreased again at 100~110 kVp, while the SNR and CNR of $Gd_2O_2S$ detector were found to decrease as the tube voltage increased. The MTF of CsI:Tl detector was 6.02~90.90% higher than that of $Gd_2O_2S$ detector at 0.5~3 lp/mm. The DQE of CsI:Tl detector was 66.67~233.33% higher than that of $Gd_2O_2S$ detector. In conclusion, although the values of CsI:Tl detector were higher than those of $Gd_2O_2S$ detector in the comparison of MTF and DQE, the cheaper $Gd_2O_2S$ detector had higher SNR and CNR than the expensive CsI:Tl detector at a certain tube voltage range in the thick check phantom. At chest X-ray, if the $Gd_2O_2S$ detector is used rather than the CsI:Tl detector, chest images with excellent quality can be obtained, which will be useful for examination. Moreover, price/performance should be considered when determining the detector type from the viewpoint of the user.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.321-322
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• 2012

의료용 방사선 장비는 초기의 아날로그 방식의 필름 및 카세트에서 진보되어 현재는 디지털 방식의 DR (Digital Radiography)이 널리 사용되며 그에 관한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. DR은 크게 간접방식과 직접방식의 두 분류로 나눌 수 있는데, 간접방식은 X선을 흡수하면 가시광선으로 전환하는 형광체(Scintillator)를 사용하여 X선을 가시광선으로 전환하고, 이를 Photodiode와 같은 광소자로 전기적 신호로 변환하여 방사선을 검출하는 방식을 말하며, 직접 방식은 X선을 흡수하면 전기적 신호를 발생 시키는 광도전체(Photoconductor)를 사용하여 광도전체 양단 전극에 고전압을 인가한 형태를 취하고 있는 가운데, X선이 조사되면 일차적으로 광도전체 내부에서 전자-전공쌍(Electron-hole pair)이 생성된다. 이들은 광도전체 양단의 인가되어 있는 전기장에 의해 전자는 +극으로, 전공은 -극으로 이동하여 아래에 위치한 Active matrix array을 통해 방사선을 검출하는 방식이다. 본 연구에서는 직접방식 X-ray 검출기에서 활용되는 a-Se을 ITO (Indium Thin oxide) glass 상단에 Thermal evaporation증착을 이용하여 두께 $50{\mu}m$, 33 넓이로 증착 시킨 다음, a-Se상단에 Sputtering증착을 이용하여 ITO를 11 cm, 22 cm, $2.7{\times}2.7cm$ 넓이로 증착시켜 상하부의 ITO를 Electrode로 이용하여 직접방식의 X-ray검출기 샘플을 제작하였다. 제작 과정 중 a-Se의 Thermal evaporation증착 시, 저진공 $310^{-3}_{Torr}$, 고진공 $2.210^{-5}_{Torr}$에서 보트의 가열 온도를 두 번의 스텝으로 나누어 증착 시켰다. 첫 번째 스텝 $250^{\circ}C$, 두 번째 스텝은 $260^{\circ}C$의 조건으로 증착하여 보트 내의 a-Se을 남기지 않고 전량을 소모할 수 있었으며, 스텝간의 온도차를 $10^{\circ}C$로 제어하여 균일한 박막을 형성 할 수 있었다. Sputtering증착 시, 저진공 $2.510^{-3}$, 고진공 $310^{-5}$에서 Ar, $O_2$를 사용하여 100 Sec간 플라즈마를 생성시켜 ITO를 증착하였다. 제작된 방사선 각각의 검출기 샘플 양단의 ITO에 500V의 전압을 인가하고, 진단 방사선 범위의 70 kVp, 100 mA, 0.03 sec 조건으로 X-ray를 조사시켜 ITO넓이에 따른 민감도(Sensitivity)와 암전류(Dark current)를 측정하였다. 측정결과 민감도(Sensitivity)는 X-ray샘플의 두께에 따른 $1V/{\mu}m$ 기준 시, 증착된 ITO의 넓이가 11 cm부터 22 cm, $2.7{\times}2.7cm$까지 각각 $7.610nC/cm^2$, $8.169nC/cm^2$, $6.769nC/cm^2$로 22 cm 넓이의 샘플이 가장 높은 민감도를 나타내었으나, 암전류(Dark current)는 $1.68nA/cm^2$, $3.132nA/cm^2$, $5.117nA/cm^2$로 11 cm 넓이의 샘플이 가장 낮은 값을 나타내었다. 이러한 데이터를 SNR (Signal to Noise Ratio)로 합산 하였을 시 104.359 ($1{\times}1$), 60.376($2{\times}2$), 30.621 ($2.7{\times}2.7$)로 11 cm 샘플이 신호 대 별 가장 우수한 효율을 나타냄을 알 수 있었다. 따라서 ITO박막의 면적이 클수록 민감도는 우수하나 그에 따른 암전류의 증가로 효율이 떨어짐을 검증 할 수 있었으며, 이는 ITO면적이 넓어짐에 따른 저항의 증가로 암전류에 영향을 끼침을 할 수 있었다. 본 연구를 통해 a-Se의 ITO 박막 면적에 따른 전기적 특성을 검증할 수 있었다.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.50 no.12
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• pp.277-284
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• 2013

The analysis of phase synchronization characteristics from EEG signals is important for the understanding of information processing functionality in the brain network. In this paper, wavelet transformation(WT), Hilbert tansformation (HT), complex demodulation (CD) methods having time localization characteristics were applied to real evoked potential data and noise added simulation data with center frequencies corresponding to EEG bands for the estimation performance analysis of phase offset, phase changing point, and interband crosstalk. The WT is the best both in ${\delta}$, ${\theta}$, and ${\alpha}$ band signal decomposition, and in analyzing phase synchronization performance. The CD can be efficiently used in changing point detection under tolerant noise condition because of its abrupt performance degradation over noise endurance level. From experimental observations, the WT is the most suitable in phase synchronization application of EEG signal, and the CD can be affordable in restricted application such as changing point detection for higher bands than ${\delta}$. Particularly, WT and CD can be used to detect the changing instant of brain function by indirectly estimating the phase changing point.

• Journal of the Korean Society of Radiology
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• v.4 no.1
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• pp.5-9
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• 2010

In recent, a digital x-ray detector attracted worldwide attention and there are many studies to commercialize. There are two methods in digital x-ray detector. This method is an Indirect method and Direct method. This study is to see the differences between the digital x-ray detector based on a-Se used in the existing indirect conversion method and an x-ray conversion material that has better SNR(Signal-to-noise ratio) and property than the a-Se. To solve the problem that is difficult to make a large area film using Screen-Print method, we used a Screen-Print method. In this study, we used a polyclystal $HgI_2$ as x-ray conversion material and a sample thickness is $150{\mu}m$ and an area is $3cm{\times}3cm$. ITO(Indium-Tin-Oxide) electrode was used as top electrode using a Magnetron Sputtering System and each area is $3cm{\times}3cm$, $2cm{\times}2cm$ and $1cm{\times}1cm$ and then we evaluated darkcurrent, sensitivity and SNR of the $HgI_2$ film are measured, then we evaluated the electrical properties. And we used a current integration mode when I-V test. This experiment shows that the sensitivity increases in accordance with the area of the electrode but the SNR is decreased because of the high darkcurrent. Through fabricating of various thicknesses and optimal electrodes, we will optimize SNR in the future work.