• 비파괴검사학회지
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• 제29권4호
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• pp.368-373
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• 2009

초음파 의료용 탄성 영상 시스템의 성능을 평가하기 위한 인체 조직 모사 팬텀을 제작하였다. 인체에서 종양이나 암 조직은 주위의 정상조직보다 단단한 특성을 가진다. 이러한 조직의 단단함을 영상화하는 기법이 탄성 영상 기법이다. 인체의 병변 조직의 기계적인 특성을 모사하기 위하여 플라스틱 경화제와 연화제를 이용하여 탄성도가 다른 균일 탄성 팬텀을 제작하였다. 제작된 균일 탄성 팬텀은 시료의 비율에 따라 $11.1{\sim}79.6$ kPa 범위의 탄성계수 값을 얻었다. 이를 바탕으로 외부 매질과 내부 매질의 탄성계수 차이가 5배와 7배 정도인 초음파 병변 모사 팬텀을 제작하여 탄성 영상을 획득하였다. 본 논문에서는 제작된 플라스틱 기반의 탄성 팬텀이 인체의 탄성 특성을 모사하는 탄성 팬텀으로서 유용함을 확인하였다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.453-458
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• 2019

본 연구에서는 Geant4 application for tomographic emission (GATE) 시뮬레이션 프로그램을 통해 설계 된 male adult mesh (MASH) 팬텀의 영상을 획득한 후 다양한 필터링 인자가 설정된 FNLM 노이즈 제거 알고리즘을 적용함으로써 그에 따른 영상 특성의 경향성을 알아보고자 한다. 이를 위해 GATE 시뮬레이션 프로그램을 통해 인체를 모사할 수 있는 MASH 팬텀을 설계하였다. 또한, 설계된 MASH 팬텀을 기반으로 MATLAB 프로그램을 통해 복부영상을 획득한 후 0.005의 $\sigma$ 값을 갖는 Gaussian noise를 추가하여 열화영상을 모델링하였다. 모델링 된 열화영상으로부터 제안하는 FNLM 노이즈 제거 알고리즘의 필터링 인자를 각각 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0 으로 설정하여 적용하였으며, 정량적 평가를 위해 FNLM 노이즈 제거 알고리즘이 적용된 영상들로부터 각각의 coefficient of variation (COV), signal to noise ratio (SNR) 그리고 contrast to noise ratio (CNR)을 측정하였다. 결과적으로, 0.05의 필터링 인자가 적용된 영상에서 가장 개선된 COV, SNR 그리고 CNR 값을 보였다. 특히, COV는 설정된 필터링 인자가 증가함에 따라 감소하였으며, 0.05 값 이후부터 거의 일정한 값을 나타내었다. 또한, SNR 및 CNR의 경우 필터링 인자가 증가함에 따라 증가하였으며, 0.05 값 이후부터 감소하는 경향을 보였다. 결론적으로, 열화 영상으로부터 FNLM 노이즈 제거 알고리즘 적용 시 적합한 필터링 인자를 설정해야 함이 증명되었다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제43권6호
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• pp.443-451
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• 2020

This study is to evaluate absorbed dose from right lung for brachytherapy and to estimate the effects of tissue heterogeneities on dose distribution for Iridium-192 source using Monte Carlo simulation. The study employed Geant4 code as Monte Carlo simulation to calculate the dosimetry parameters. The dose distribution of Iridium-192 source in solid water equivalent phantom including aluminium plate or steel plate inserted was calculated and compared with the measured dose by the ion chamber at various distances. And the simulation was used to evaluate the dose of gamma radiation absorbed in the lung organ and other organs around it. The dose distribution embedded in right lung was calculated due to the presence of heart, thymus, spine, stomach as well as left lung. The geometry of the human body was made up of adult male MIRD type of the computational human phantom. The dosimetric characteristics obtained for aluminium plate inserted were in good agreement with experimental results within 4%. The simulation results of steel plate inserted agreed well with a maximum difference 2.75%. Target organ considered to receive a dose of 100%, the surrounding organs were left the left lung of 3.93%, heart of 10.04%, thymus of 11.19%, spine of 12.64% and stomach of 0.95%. When the statistical error is performed for the computational human phantom, the statistical error of value is under 1%.

• 한국방사선학회논문지
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• 제12권3호
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• pp.427-433
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• 2018

비침습적 치료 효과에 대한 기대로 집속 초음파를 이용한 하지정맥류 치료에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 초음파 정맥류 정맥 치료 효과 평가에 적용할 수 있는 생체 조직 팬텀과 조직 등가 팬텀을 제시 하였다. 제작된 팬텀은 음향학적 특징과 초음파 조사에 따른 수축률을 평가함으로써 유용성을 평가하였다. 하지정맥류가 발생하는 조직의 구조를 고려하여 피부, 지방, 근육의 세 층으로 된 다층 구조 팬텀을 제작하였으며, 각 층을 구성하는 물질은 인체와 유사한 특성을 갖도록 제작하였다. 또한 혈관 유사물질을 매식한 다층 구조 팬텀과 동물 혈관을 이용한 다층 구조 팬텀, 동물 조직을 이용한 다층 구조 팬텀을 제작하였으며, 초음파 조사에 따른 혈관 유사 물질 및 혈관 조직의 수축 정도를 B-mode 영상을 이용하여 평가하였다. 본 연구의 결과를 통하여 제시된 팬텀이 초음파 하지정맥류 치료 평가에 유효하게 활용될 수 있을 것으로 판단되었다. 또한, 집속 초음파를 이용한 하지정맥류 치료 장비 개발 및 치료 효과 검증에 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제39권1호
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• pp.30-37
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• 2014

최근 표준한국인 성인남녀 복셀 팬텀 한 쌍인 High-Definition Reference Korean-Man (HDRK-Man)과 High-Definition Reference Korean-Woman (HDRK-Woman)을 개발한 바 있다. HDRK-Man과 HDRK-Woman은 각각 한국인 성인 남성과 여성을 대표하므로 이들을 이용하면 한국인 고유의 유효선량을 계산할 수 있다. 이러한 한국인 고유의 유효선량을 계산하기 위해서는 표준한국인 팬텀을 이용한 몬테칼로 선량계산을 수행하여야 한다. 하지만 이러한 몬테칼로 선량계산은 전산인체모델에 대한 이해와 고도의 몬테칼로 전산모사 기술이 요구되기 때문에 몬테칼로 전산모사 경험이 적은 연구자들에게는 접근성이 용이하지 않다. 최근 UFPE (Federal University of Pernambuco) 연구팀에서는 몬테칼로 선량계산 온라인 시스템인 CALDOSE_X를 운영하고 있다. CALDOSE_X는 사용자가 온라인상에서 직접 입력한 선원조건에 따라 곧바로 몬테칼로 선량계산을 수행하고 계산된 결과를 제공해주는 온라인 서비스이다. 따라서 CALDOSE_X를 이용하면 몬테칼로 전산모사 경험 없이도 누구나 쉽게 원하는 선원조건에 대한 선량계산을 수행할 수 있다. 하지만 CALDOSE_X에서 제공하는 선량값은 서양인 전산팬텀을 이용하기 때문에, 이를 한국인 종사자에 대한 방사선 방호목적으로 사용하기에는 여전히 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 온라인상에서 사용자가 입력한 선원조건에 따라 실시간으로 표준 한국인에 대한 유효선량을 계산할 수 있는 웹 기반 표준한국인 선량평가 시스템을 구축하였다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제40권1호
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• pp.13-18
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• 2017

본 논문은 GATE (geant4 application for tomographic emission) 시뮬레이션을 이용하여 다양한 모양과 재질의 팬텀에서 CTDI (computed tomography dose index)를 평가하였다. GATE 시뮬레이션은 실린더 기둥, 타원 기둥과 육각 기둥 형태와 물, PMMA (polymethyl methacrylate), polyethylene 그리고 polyoxymethylene 재질의 다양한 지름(1 ~ 50 cm)의 팬텀을 모사하여 $CTD_{I100center}$ 값을 비교하였다. 120 kV, 200 mAs에서 실린더 기둥, 타원 기둥과 육각 기둥의 $CTDI_{100center}$ 값은 각각 11.1, 13.4 그리고 12.2 mGy이었다. 이 결과는 동일 볼륨이지만 팬텀의 형태에 따라 $CTDI_{100center}$ 값의 차이가 있음을 알 수 있다. 그리고 물, PMMA 그리고 polyoxymethylene 팬텀의 $CTDI_{100center}$ 값을 비교했을 때 물질의 밀도가 높을수록 상대적으로 $CTDI_{100center}$ 값이 낮게 측정되었다. 하지만 polyethylene의 경우 지름이 15 cm ($CTDI_{100center}$ : 35.0 mGy) 이 상에서는 PMMA 보다 $CTDI_{100center}$ 값이 증가하였다. 그리고 30 cm ($CTDI_{100center}$ : 17.7 mGy) 이 상의 지름에서는 물 보다 더 높은 $CTDI_{100center}$ 값을 보였다. 본 실험을 통해 팬텀의 재질 및 모양에 따른 $CTDI_{100center}$ 값을 GATE 시뮬레이션을 이용하여 평가하였다. CT 선량 평가시 다양한 재질 및 인체에 가까운 모양의 팬텀을 사용함으로써 좀 더 정확한 환자선량을 평가할 수 있을 것이다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제27권1호
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• pp.53-60
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• 2015

목 적 : 본 연구는 3D 프린터를 이용하여 전립샘부위 팬텀을 제작하고 생체내선량측정(In-vivo dosimetry)을 통해 그 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 전립샘암 환자의 3차원 치료체적을 바탕으로 3D 프린터(3D EDISON+, Lokit, KOREA)를 이용하여 전립샘과 직장의 체적을 동일하게 모사한 팬텀을 제작하고, 컴퓨터단층촬영(Lightspeed CT, GE, USA)을 통해 팬텀영상을 획득하였다. 전립샘암 환자의 체적과 팬텀의 체적을 비교 한 후, 전산화치료계획시스템(Eclipse version 10.0, Varian, USA)을 이용하여 치료계획을 설계하였다. 팬텀 내 측정지점인 방광(Bladder), 전립샘(Prostate), 직장 위벽(Rectal anterior wall), 직장 아래벽(Rectal posterior wall)의 임의의 지점에 모스펫검출기(Metal OXIDE Silicon Field Effect Transistor, MOSFET)를 위치시켜 선량 측정값과 치료계획을 비교분석 하였다. 결 과 : 전립샘과 직장풍선의 환자체적은 각각 30.61 cc, 52.19 cc 이고, 팬텀체적은 31.12 cc, 53.52 cc로 각 체적의 차이는 3% 미만으로 확인되었다. 모스펫검출기의 정밀도는 3%이내로 측정되었고 선량의 변화에 따라 상관계수 R2 = 0.99 ~ 1.00 의 선형성을 보였다. 네 곳의 측정 지점을 치료계획된 선량과 비교한 결과 방광 1.4%, 전립샘 2.6%, 직장 위벽 3.7%, 직장 아래벽 1.5%로 나타났고 모스펫검출기의 정밀도를 고려한 선량측정의 정확성은 5% 이내로 평가되었다. 결 론 : 본 실험을 통해 3D 프린터를 이용하여 제작한 전립샘 부위 팬텀은 체적의 차이 3% 미만으로, 인체를 모사하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다. 제작된 팬텀을 이용한 생체내선량측정은 모스펫검출기의 정밀도를 고려하더라도 방광, 전립샘, 직장 위벽, 직장 아래벽의 모든 측정점에서 5% 이내의 정확도로 수행 할 수 있었다. 따라서 3D 프린트를 이용해 제작된 전립샘 부위 팬텀은 생체선량측정을 하는데 있어 매우 유용하였으며 향후 환자에게 직접 적용하기 어려운 부위를 팬텀으로 대체 제작하여 생체내선량측정이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.401-408
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• 2021

양성자 치료는 방사선치료 중 하나로 브래그 피크로 알려진 물리적 특성을 활용한 방법이다. 양성자 치료계획 수립 시 주로 전산화단층촬영(CT)의 인체 횡단면 영상이 사용되고 있다. CT는 사용되는 관전압에 따라 HU가 변하게 되며 이는 구조물의 경계, 두께 변화로 이어진다. 본 연구는 Geant4를 이용하여 복합 물질로 구성된 두개골 팬텀에서 두께 변화에 따른 뇌 영역의 브래그 곡선의 변화를 살펴보았다. 먼저, 단일 물질로 구성된 팬텀에서 매질의 종류와 양성자의 입사에너지에 따른 브래그 곡선을 측정하여 Geant4 계산결과의 신뢰성을 확보하였다. 두개골 팬텀의 각 두께를 변동하였을 때 뇌 영역에서 발생하는 피크의 위치변화를 측정하였다. 연부조직의 두께를 변화하였을 때 피크의 위치 변화는 나타나지 않았으며, 피부의 두께를 변화하였을 때 피크의 변화는 적었으며, 주로 뼈의 두께를 변화할 때 피크의 위치 변화가 나타났다. 또한 뼈를 단독으로 변화하였을 때와 뼈를 다른 조직과 함께 변화하였을 때 피크의 위치 변화량은 동일하였다. 뼈의 정확한 두께 측정이 방사선치료계획의 선량-깊이 분포 예측에 주요 인자 중 하나임을 확인하였다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제39권4호
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• pp.159-167
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• 2014

국내에서는 2012년 천연방사성핵종이 포함된 가공제품의 규제를 위해 생활주변방사선 안전관리법이 시행되었지만, 해당 가공제품 사용에 대한 인체 피폭선량을 평가할 수 있는 기초자료나 피폭선량 평가기술이 미비하다. 따라서 본 연구는 사용자 피폭선량을 정량적으로 평가하기 위한 방법을 제안하고, 방사선의 종류 및 에너지에 따른 피폭선량 특성의 확인을 목적으로 한다. 피폭선량 평가를 위해서 몬테칼로 방법을 사용한 Monte Carlo N-Particle Extended (MCNPX) 코드를 통해 International Commission on Radiological Protection (ICRP)의 기준팬텀이 전산모사 되었으며, 대표적 천연방사성핵종인 우라늄 계열에서 발생되는 알파선, 베타선, 감마선의 최소, 중간, 최대 에너지가 선원항으로 사용되었다. 연간 유효선량은 가공제품 사용시간 및 사용위치를 고려한 피폭시나리오를 기반으로 평가되었다. 짧은 비정의 알파선 및 베타선은 대부분의 선량을 피부에 전달한 반면, 감마선은 대부분의 장기에 유사한 선량을 전달하였다. 방사능이 $1Bq{\cdot}g^{-1}$ 인 돌침대에 포함된 천연방사성핵종의 함유율이 10%라고 가정하고 한국인 평균 수면시간인 7시간 50분간 돌침대를 사용하였을 때 최대 연간 유효선량은 알파선, 베타선, 감마선에 대해서 각각 0.0222, 0.0836, $0.0101mSv{\cdot}y^{-1}$로 평가되었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권3호
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• pp.199-208
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• 2012

전신에 대해 방사선에 민감한 주요장기가 미리 정의된 인체 전산팬텀(compuational human phantom)은 의료분야에서 방사선 치료에 의한 이차암 위험도 평가 및 진단방사선에 의한 유효선량 평가 등에 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 한국인 여성사체에 대한 고해상도 연속절단면 컬러해부영상을 이용하여 장기 및 조직을 전신에 걸쳐 약 2 mm 간격으로 정밀하게 분할하였고, 이를 이용하여 몬테칼로 전산모사에 사용될 수 있는 VHK-Woman 복셀팬텀을 개발하였다. VKH-Woman 복셀팬텀은 키 160 cm, 몸무게 52.72 kg으로 한국인 여성의 표준체형에 가까우며, 유효선량을 계산할 수 있도록 ICRP 103에 제시된 27개 장기 및 기타 관심장기 12개를 포함한다. VKH-Woman의 복셀 해상도는 $1.976{\times}1.976{\times}2.0619mm^3$이며 복셀행렬의 크기는 $261{\times}109{\times}825$이고, 몬테칼로 코드에 입력하여 사용될 수 있도록 이진파일과 ASCII 파일 형식으로 데이터화되었다.