This review introduces advances in clinical and pre-clinical single photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET) providing noninvasive functional images of biological processes. Development of new collimation techniques such as multi-pinhole and slit-slat collimators permits the improvement of system spatial resolution and sensitivity of SPECT. Application specific SPECT systems using smaller and compact solid-state detector have been customized for myocardial perfusion imaging with higher performance. Combined SPECT/CT providing improved diagnostic and functional capabilities has been introduced. Advances in PET and CT instrumentation have been incorporated in the PET/CT design that provide the metabolic information from PET superimposed on the anatomic information from CT. Improvements in the sensitivity of PET have achieved by the fully 3D acquisition with no septa and the extension of axial field-of-view. With the development of faster scintillation crystals and electronics, time-of-flight (TOF) PET is now commercially available allowing the increase in the signal-to-noise ratio by incorporation of TOF information into the PET reconstruction process. Hybrid PET/SPECT/CT systems has become commercially available for molecular imaging in small animal models. The pre-clinical systems have improved spatial resolution using depth-of-interaction measurement and new collimators. The recent works on solid state detector and dual modality nuclear medicine instrumentations incorporating MRI and optical imagers will also be discussed.
Purpose: Muons are characterized by a strong penetrating ability and can travel through thousands of meters of rock, making them ideal to image large volumes and substances typically impenetrable to, for example, electrons and photons. The feasibility of 3D image reconstruction and material identification based on a cosmic ray muons tomography (MT) system with triangular bar plastic scintillator detectors has been verified in this paper. Our prototype shows potential application value and the authors wish to apply this prototype system to 3D imaging. In addition, an MT experiment with the same detector system is also in progress. Methods: A simulation based on GEANT4 was developed to study cosmic ray muons' physical processes and motion trails. The yield and transportation of optical photons scintillated in each triangular bar of the detector system were reproduced. An image reconstruction algorithm and correction method based on muon scattering, which differs from the conventional PoCA algorithm, has been developed based on simulation data and verified by experimental data. Results: According to the simulation result, the detector system's position resolution is below 1 ~ mm in simulation and 2 mm in the experiment. A relatively legible 3D image of lead bricks in size of 20 cm × 5 cm × 10 cm used our inversion algorithm can be presented below 1× 104 effective events, which takes 16 h of acquisition time experimentally. Conclusion: The proposed method is a potential candidate to monitor the cosmic ray MT accurately. Monte Carlo simulations have been performed to discuss the application of the detector and the simulation results have indicated that the detector can be used in cosmic ray MT. The cosmic ray MT experiment is currently underway. Furthermore, the proposal also has the potential to scan the earth, buildings, and other structures of interest including for instance computerized imaging in an archaeological framework.
Air-water flow measurements are of importance for the coastal and ocean engineering fields. Although kinematic investigations of the multi-phase flows have been conducted for long time, velocity measurements still are concerned with many researchers and engineers in coastal and ocean areas. In the present study, an imaging technique using shadowgraphy and fiber optic probe for velocity measurements of air bubbles is introduced. The shadow graphy image technique is modified from the typical image velocimetry methods, and optical fibers are used for the well-known intrusive coupled phase-detection probe system. Since the imaging technique is a non-intrusive optical method from the air, it is usually applied for 2D flows. On the other hand, the double fiber optic probes touch flows regardless of flow patterns. The results of the flow measurements by both methods are compared and discussed. The methods are also applied to the measurements of overtopping flows by a breaking wave over the structure fixed on the free surface.
In this paper, vibration reduction techniques of a voice coil motor (VCM) actuator are presented for AFM imaging system. The damping coefficient of the actuator driven by VCM with a flexure hinge is quite low and it cause the about 30dB peak amplitude response at the resonance frequency. To decrease this peak response, we design and apply elliptical band-stop filters to xy and z axis VCM actuator. Frequency response of each actuator with filter is measured to verify the effect of the filters. As a sensor, capacitive sensor is used. Vibration reduction rate of the xy actuator with the filter is also measured while real AFM scanning condition. As another method, closed loop control with the capacitive sensor is applied to the xy axis actuator to add an electrical damping effect and vibration reduction rate measured. These vibration reduction rates with each method are compared. In the case of z axis actuator, the frequency response of force (gap) control loop is measured. For comparison, the frequency response using a conventional PID controller is also obtained. Finally, the AFM image of a standard grid sample is measured with the designed controller to analyze the effect in the AFM imaging.
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.21
no.2
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pp.83-88
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2009
Purpose: Cone beam computed tomography (CBCT) using an on board imager (OBI) can check the movement and setup error in patient position and target volume by comparing with the image of computer simulation treatment in real.time during patient treatment. Thus, this study purposed to check the change and movement of patient position and target volume using CBCT in IMRT and calculate difference from the treatment plan, and then to correct the position using an automated match system and to test the accuracy of position correction using an electronic portal imaging device (EPID) and examine the usefulness of CBCT in IMRT and the accuracy of the automatic match system. Materials and Methods: The subjects of this study were 3 head and neck patients and 1 pelvis patient sampled from IMRT patients treated in our hospital. In order to investigate the movement of treatment position and resultant displacement of irradiated volume, we took CBCT using OBI mounted on the linear accelerator. Before each IMRT treatment, we took CBCT and checked difference from the treatment plan by coordinate by comparing it with the image of CT simulation. Then, we made correction through the automatic match system of 3D/3D match to match the treatment plan, and verified and evaluated using electronic portal imaging device. Results: When CBCT was compared with the image of CT simulation before treatment, the average difference by coordinate in the head and neck was 0.99 mm vertically, 1.14 mm longitudinally, 4.91 mm laterally, and 1.07o in the rotational direction, showing somewhat insignificant differences by part. In testing after correction, when the image from the electronic portal imaging device was compared with DRR image, it was found that correction had been made accurately with error less than 0.5 mm. Conclusion: By comparing a CBCT image before treatment with a 3D image reconstructed into a volume instead of a 2D image for the patient's setup error and change in the position of the organs and the target, we could measure and correct the change of position and target volume and treat more accurately, and could calculate and compare the errors. The results of this study show that CBCT was useful to deliver accurate treatment according to the treatment plan and to increase the reproducibility of repeated treatment, and satisfactory results were obtained. Accuracy enhanced through CBCT is highly required in IMRT, in which the shape of the target volume is complex and the change of dose distribution is radical. In addition, further research is required on the criteria for match focus by treatment site and treatment purpose.
Park, Ok Kyu;Kwak, Jina;Jung, Yoo Jung;Kim, Young Ho;Hong, Hyun-Seok;Hwang, Byung Joon;Kwon, Seung-Hae;Kee, Yun
Molecules and Cells
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v.38
no.11
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pp.975-981
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2015
Precise 3D spatial mapping of cells and their connections within living tissues is required to fully understand developmental processes and neural activities. Zebrafish embryos are relatively small and optically transparent, making them the vertebrate model of choice for live in vivo imaging. However, embryonic brains cannot be imaged in their entirety by confocal or two-photon microscopy due to limitations in optical range and scanning speed. Here, we use light-sheet fluorescence microscopy to overcome these limitations and image the entire head of live transgenic zebrafish embryos. We simultaneously imaged cranial neurons and blood vessels during embryogenesis, generating comprehensive 3D maps that provide insight into the coordinated morphogenesis of the nervous system and vasculature during early development. In addition, blood cells circulating through the entire head, vagal and cardiac vasculature were also visualized at high resolution in a 3D movie. These data provide the foundation for the construction of a complete 4D atlas of zebrafish embryogenesis and neural activity.
Han, Wonkook;Moon, Ju-Young;Park, Sunghun;Chang, Jin Ho
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.41
no.5
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pp.507-517
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2022
The PhotoAcoustic Microscopy (PAM) has been proved to be a useful tool for biological and medical applications due to its high spatial and contrast resolution. PAM is based on transmission of laser pulses and reception of PA signals. Since the strength of PA signals is generally low, not only are high-performance optical and acoustic modules required, but high-performance electronics for imaging are also particularly needed for high-quality PAM imaging. Most PAM systems are implemented with a combination of several pieces of equipment commercially available to receive, amplify, enhance, and digitize PA signals. To this end, PAM systems are inevitably bulky and not optimal because general purpose equipment is used. This paper reports a PA signal receiving system recently developed to attain the capability of improved Signal to Noise Ratio (SNR) and Contrast to Noise Ratio (CNR) of PAM images; the main module of this system is a low noise, wideband signal receiver that consists of two low-noise amplifiers, two variable gain amplifiers, analog filters, an Analog to Digital Converter (ADC), and control logic. From phantom imaging experiments, it was found that the developed system can improve SNR by 6.7 dB and CNR by 3 dB, compared to a combination of several pieces of commercially available equipment.
The method of simultaneous data acquisition of arteries and veins(SAAV) was suggested to obtain MR angiography of arteries and veins at 0.3T low filed MRI system (Magfinder, AlLab. Korea). Two separated artery- and vein-images were put together using AVCM(Artery-Vein Color Mapping) algorithm and presented in the same image. In this study, artery- and vein-separated angiograms of volunteer's neck were obtained. Two dimensioal blood-enhanced images wre sequentially obtained using SAAV pulse sequence based on time-of-flight(TOF) method with flow compensation. Imaging parameters were TR/TE=70/12msec. FOV=230mm, slice thickness = 3mm, flip angle=90$^{\circ}$, matrix size=256${\times}$256${\times}$64mm. TSat TH/SPA=15/20mm, Ts_v=10msec and Ts_a=40ms. 3D MRA images were reconstructed using the maximum intensity projection(MIP) and the artery-vein color mapping(AVCM) algorithm. This study showed good possibility of clinical applications of MRA in 0.3T which provides valuable diagnostic information of clinical vascular diseases.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.17
no.3
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pp.427-433
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2005
The study of Web GUI(Graphic User Information) system for Virtual Reality System is mainly performed on effective methodology which transform real world data to computing world data. MGIS(Marine Geographic Information System) has its own target on reliable data service by acquisition of geometric information using accurate measurement and graphical visualization. This type of raw data visualization can be built without software tools, yet is incredibly useful for interpreting and communicating data. Even simple visualizations can aid in the interpretation of complex 3D relationships that are frequently encountered in the geosciences. The Virtual Reality Modeling Language provides an easy way for geoscientists to construct complex visualizations that can be viewed with free software. This study propose a three dimensional Web GUI system using MGIS-based three dimensional data models and virtual imaging system. Finally, we design a Web GUI system integrating above data models.
Ultrasonic Doppler systems for the purpose of estimating blood flow velocity, blood flow volume, and flow imaging are commonly used due to advantages of non-invasive and real time observation. Specially, the technical developments of color flow mapping (2-D Doppler) systems have made a relatively rapid progress. However, the 2-D Doppler systems have several problems, such as the range ambiguity, low signal to noise ratio, and slow frame rate. The slow frame rate problem is resolved by using the spatial average which is a method to acquire more data samples for mean frequency estimation. In this paper, spatial average method using the 2nd order sampling instead of quadrature sampling is proposed. The experimental results show that the proposed methods have good performance and easy application to the color flow mapping system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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