• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권4호
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• pp.1342-1349
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• 2023

The planning accuracy of charged particle therapy (CPT) is subject to the accuracy of stopping power (SP) estimation. In this study, we propose a method of deriving a pseudo-triple-energy CT (pTECT) that can be achievable in the existing dual-energy CT (DECT) systems for better SP estimation. In order to remove the direct effect of errors in CT values, relative CT values according to three scanning voltage settings were used. CT values of each tissue substitute phantom were measured to show the non-linearity of the values thereby suggesting the absolute difference and ratio of CT values as parameters for SP estimation. Electron density, effective atomic number (EAN), mean excitation energy and SP were calculated based on these parameters. Two of conventional methods were implemented and compared to the proposed pTECT method in terms of residuals, absolute error and root-mean-square-error (RMSE). The proposed method outperformed the comparison methods in every evaluation metrics. Especially, the estimation error for EAN and mean excitation using pTECT were converging to zero. In this proof-of-concept study, we showed the feasibility of using three CT values for accurate SP estimation. Our suggested pTECT method indicates potential clinical utility of spectral CT imaging for CPT planning.

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.1017-1023
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• 2023

The purpose of this study was to improve the accuracy of effective atomic number (EAN) and relative electron density (RED) using a polynomial-based calibration method using dual-energy CT images. A phantom composed of 11 tissue-equivalent materials was acquired with dual-energy CT to obtain low- and high-energy images. Using the acquired dual-energy images, the ratio of attenuation of low- and high-energy images for EAN was calibrated based on Stoichiometric, Quadratic, Cubic, Quartic polynomials. EAN and RED were extracted using each calibration method. As a result of the experiment, the average error of EAN using Cubic polynomial-based calibration was minimum. Even in the RED image extracted using EAN, the error of the Cubic polynomial-based RED was minimum. Cubic polynomial-based calibration contributes to improving the accuracy of EAN and RED, and would like to contribute to accurate diagnosis of lesions in CT examinations or quantification of various materials in the human body.

• 전자공학회논문지SC
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• 제47권5호
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• pp.43-51
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• 2010

의료 초음파 신호의 인체내 감쇠지수는 검사대상 조직의 병리학적 특성을 반영할 뿐 아니라 다른 여러 의료 초음파 지수들의 정확한 예측을 위해 선행하여 측정해야 하는 중요한 정량적 정보 중 하나이다. 그러나 초음파 감쇠지수의 주파수 선택적 감쇠특성을 이용한 주파수 영역에서의 정량적 감쇠지수 예측 방법은 계산량이 많아 실시간 적용에 많은 어려움이 있고, 상대적으로 계산량이 적은 시간 영역의 감쇠지수 예측 방법은 전송 펄스의 회절효과를 잘 보상하지 못하는 단점이 있다. 표준 반향신호를 이용하여 전송 펄스의 회절효과를 보상하는 시간 영역의 예측 알고리듬인 VSA(Video Signal Analysis) 방법은 광대역 펄스를 이용하는 경우, 원거리에서 반향된 신호의 왜곡이 발생하여 예측 정확도가 저하되는 단점이 있다. 본 논문에서는 그 단점을 해결하기 위해 적응 대역필터를 이용한 초음파 감쇠지수 예측 알고리듬을 제안한다. 제안된 방식은 반향 경로를 따라 누적된 신호 감쇠를 고려하여 적응 대역필터의 중심 주파수를 이동시킴으로써, 기존의 고정 대역필터를 사용하는 방법보다 예측 정확도와 정밀도를 높인다. 인체 조직의 초음파 반향특성을 모방한 컴퓨터 모의실험과 실제 TM(tissue-mimicking) phantom을 이용한 실험에서, 광대역 전송 펄스를 사용하는 경우보다 반향 깊이에 따른 상대적 echogenicity의 왜곡이 크게 감소하여 평균적으로 예측 감쇠지수의 정확도가 5.1% 향상되었고, 예측 편차도 기존의 방법에 비해 46.9% 감소되었다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.81-86
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• 2019

X-선 영상에서 필터를 통한 여과의 역할은 영상 형성에 유용한 광자를 이용해 환자의 피폭량을 낮춤과 동시에 영상의 대조도를 높이는 것이다. 영상을 형성하는 데 있어서 저에너지 X-선은 환자 조직의 최초 몇 cm 부위에서 흡수되고 고에너지 부분만을 통과하여 형성되므로, 방사선 여과는 여과물질을 삽입하여 저에너지 X-선을 여과물질로 하여금 흡수시켜 환자의 피폭량을 낮추고 영상의 질을 높인다. 본 연구의 목적은 시뮬레이션을 통해 이상적인 환경에서 부가 필터가 방사선 영상 촬영 시 영상의 화질에 미치는 영향을 확인하고, 실제 방사선 영상을 촬영할 경우와 비교하는 것이다. 이를 위해 시뮬레이션 프로그램인 Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE)를 이용해 Polymethylmethacrylate (PMMA) Phantom의 실제 크기, 모양과 재질을 모사하고 부가 필터의 사용유무 및 필터의 두께에 따른 촬영 조건을 설정하여 시뮬레이션 결과 영상을 얻어냈다. 또한, Digital Radiography (DR)장비로 실제 PMMA Phantom을 필터가 없는 경우와 필터가 있을 때 그 두께를 변화시키며 촬영했다. 시뮬레이션의 결과 영상과 실제 실험을 통해 얻은 영상을 각각 Image J 프로그램을 이용해 Contrast-to-noise ratio (CNR) 평가를 실행한 뒤, 시뮬레이션 결과 영상과 최종적으로 도출된 두 영상의 변화 추이를 비교 측정했다. 실험 결과 DR장비와 시뮬레이션 영상 모두 CNR이 감소하는 추세를 보였으며, 이는 결국 영상에서의 대조도 감소로 인해 나타난 결과였다. 이론적으로 관전압 (kVp)이 증가하면 대조도가 감소하고, 이를 통해보았을 때 필터는 저에너지부의 X-선을 흡수하면서 전체적인 선량을 감소시키지만, X-선의 평균에너지를 증가시키는 역할을 한다는 것을 알아볼 수 있었다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.129-132
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• 2002

The practical virtual compensator, which uses a dynamic multi-leaf collimator (dMLC) and three-dimensional radiation therapy planning (3D RTP) system, was designed. And the feasibility study of the virtual compensator was done to verify that the virtual compensator acts a role as the replacement of the physical compensator. Design procedure consists of three steps. The first step is to generate the isodose distributions from the 3D RTP system (Render Plan, Elekta). Then isodose line pattern was used as the compensator pattern. Pre-determined compensating ratio was applied to generate the fluence map for the compensator design. The second step is to generate the leaf sequence file with Ma's algorithm in the respect of optimum MU-efficiency. All the procedure was done with home-made software. The last step is the QA procedure which performs the comparison of the dose distributions which are produced from the irradiation with the virtual compensator and from the calculation by 3D RTP. In this study, a phantom was fabricated for the verification of properness of the designed compensator. It is consisted of the styrofoam part which mimics irregular shaped contour or the missing tissues and the mini water phantom. Inhomogeneous dose distribution due to the styrofoam missing tissue could be calculated with the RTP system. The film dosimetry in the phantom with and without the compensator showed significant improvement of the dose distributions. The virtual compensator designed in this study was proved to be a replacement of the physical compensator in the practical point of view.

• Investigative Magnetic Resonance Imaging
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• 제12권2호
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• pp.100-106
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• 2008

본 연구는 in vivo 보다 더욱 정확하게 뇌 대사물질을 정량 분석하고자 고자장 NMR 장비 (500MHz; 11.74T)를 이용하여 동물의 뇌를 in vitro 환경에서 조사 및 분석하였다. 일반적으로 in vivo 실험은 생체 내부의 혈류나 조직의 비균질성으로 인한 자기공명분광법의 shimming에 악영향을 미치기 때문에 부정확한 결과를 산출할 수 있다. 그러나, in vitro 실험은 이에 비하여 균질한 샘플을 사용하고 보다 고자장에서 실험환경을 조성할 수 있기 때문에 더욱 정확한 대사물질의 정보를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 개 (canine)의 소뇌 (cerebellum)조직으로부터 대사물질을 추출하고 고자장 핵자기공명분광법으로 대사물질의 절대농도를 획득 하고자 하였다. 생체 대사물질의 절대농도를 획득하기 위하여 대표적인 대사물질(i.e., NAA, Cr, Cho, Ins, Lac, GABA, Glu, Gln, Tau Ala)의 팬톰을 제작하여 그 스펙트럼을 확보하였고, 개의 소뇌 부위를 적출하여 methanol-chloroform water extraction (M/C water extraction) 방법으로 대사물질만을 추출한 후 자기공명분광법을 수행하였다. 필터링 (filtering)의 효과를 평가하기 위하여 샘플 제작 시 추출물을 필터링한 그룹과 필터링하지 않은 그룹으로 분류하여 실험을 수행하였다. 팬텀 물질과 추출물은 90% D2O 수용액으로 만든 후 5mm NMR 튜브에 담아 실험하였다. 실험 결과 조직 추출물을 필터링하는 것이 신호대잡음비(signal to noise ratio: SNR, S/N)를 향상시키는 데 기여하는 것을 확인하였다. 또한 개의 소뇌 대사물질의 절대농도는 사람보다는 쥐 (rat)의 뇌 대사물질 절대농도와 더 비슷한 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과를 토대로 고자장 핵자기공명분광법을 이용한 in vitro 실험은 뇌조직 내 대사물질의 절대농도를 측정하고 기본적인 지표를 확보하는데 매우 정확하고 정량적인 방법이 될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제2권2호
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• pp.109-120
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• 1991

골수이식을 받게 될 환자의 이상 골수를 완전히 죽이기 위해 MV 정도의 선질의 광자선에 의한 전신방사선요법이 시행되고 있다. 국소방사선요법에 이용되고 있는 방사선치료장치에 의한 일상적인 방법으로 환자의 전선에 걸쳐 방사선을 조사하기에는 조사면의 크기가 훨씬 미치지 못한다. 그래서 환자의 전선에 걸쳐 방사선을 조사할 수 있는 방법이 개발되어야 한다. 방사선 전신조사를 위한 여건이 병원에 따라 다를 것이기 때문에 병원에 따라 독특한 방법이 개발될 수 있다. 서울대학교병원에서는 코발트치료기 만이 두부를 기울일 수 있어서 전신조사에 이용될 수 있다. 코발트치료기의 두부를 밖으로 90$^{\circ}$ 기울일 때 선축은 수평이고 또한 맞은편 벽과 직각이 된다. 이 때 선원에서 맞은편 벽가지 거리는 319cm 이였다. 벽에서 환자의 중앙시상면까지 간격을 40cm라고 가정할 때, 중앙시상면에서 명목상 최대 조사면 크기가 122cm$\times$122em 이였고, 조사선량 분포를 측정한 결과로는 130cm$\times$129cm 이였으며 상하방향에서는 대칭이 아니였다. 환자가 쭈그리고 앉은 자세를 취한다면 조사면의 크기는 전신조사를 시행할 수 있을 정도로 충분히 크다. 환자 좌우폭의 평균을 30cm 라고 가정하고, 중앙시상면에서 선원쪽 15cm 위치에 기준표면 (SSD는 264cm, 명목상 조사면 크기 115.5cm$\times$155.5cm)을 두고 단면의 크기가 25cm$\times$25cm이고 두께가 30cm 인 폴리스티렌 팬톰에서 평판형 전리함으로 PDD를 측정하였다. 최대선량점의 깊이는 0.3cm 이였고 표면선량율은 82%, 50% 깊이는 16.9cm였다. 대향조사시 선축상 선량분포는 중점의 선량에서 10%이내로 일치하였다. SCD를 279cm. 최대 조사면, 기준깊이 15cm 에 대한 TPR 을 폴리스티렌 팬톰에서 깊이 10cm 에서 20cm 에 걸쳐 측정하였다 . 측정범위에서 TPR 은 직선성을 보였다. 인체팬톰의 최대 전단면(coronal plane) 에 있는 각 구멍에 TLD 조각을 넣고, 코발트 선원에서 팬톰의 시상면까지 거리를 279cm 되게 하고 선축은 팬톰의 27번 절편과 28번 절편의 접변과 최대 전단면의 교차선과 일치시켜 양방향에서 15분씩 조사하여 전단면에서 선량을 측정하였다. 팬톰내 선축상 중앙점의 선량을 기준으로 다른 부위의 선량을 비교하였다. 두경부와 복부, 폐의 하반에서 선량의 차이는 $\pm$ 10% 이내였고, 폐의 상반과 어깨와 골반 부위에서 선량은 10%이상 저선량을 보였다. 특히 어깨부위에는 30%이상 저선량을 보였다. 이로부터 서울대병원과 유사한 조건에서 코발트로 전신조사하는 경우에는 폐나 두경부에 대응하는 조직보상체를 이용하기보다는 어깨부위에 선량을 추가하는 것이 바람직할 것이라고 생각한다.

• 대한핵의학회지
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• 제32권4호
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• pp.382-390
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• 1998

목적 : 이 연구의 목적은 SPECT 영상의 감쇠와 산란 현상을 보정하고 실제 임상 환경에서 상용하는 영상과 비교하여 그 효과를 평가하는 것이다. 그리고, 정확도가 개선된 영상에서 방사능양을 도출하여 SPECT 영상의 절대적인 정량화를 검증하는 것이다. 대상 및 방법: 직경이 20.0 cm인 원통형 팬톰에 삽입물로써 체적 25 ml의 폴리에틸렌 병을 6개 배치하고 배후와 다양한 비율을 이루도록 Tc-99m을 주입하였다. SPECT 기기로는 Trionix Triad xlt 20을 사용하였고 광피크 윈도 $126{\sim}154keV$, 산란 윈도 $101{\sim}123keV$에서 데이터를 얻었다. 이중에너지윈도(DEW) 방법과 Chang 방법을 사용하여 산란 및 감쇠 효과를 보정한 영상(SC+AC), 임상적으로 통용되고 있는 Chang 방법만을 사용하여 감쇠 효과를 보정한 영상(AC), 보정을 거치지 않은 영상(NONE)을 얻었다. SPECT 영상을 정량적으로 분석하기 위해 삽입물 대 배후의 방사능비(T/B), 영상대비, 절대방사능을 구하여 참값과 비교하였다. 결과: 관심영역 분석을 통한 T/B는 참값에 대하여 SC+AC 영상은 $1{\sim}20%$의 차이를 보였고 AC의 $24{\sim}37%$와 NONE의 $12{\sim}32%$에 비하여 개선되었다. 또한 SC+AC에서 영상 대비는 참값 1에 대하여 0.92로써 AC의 0.77, NONE의 0,80에 비하여 향상되었다. SPECT 영상에서 얻은 절대방사능 값은 SC+AC 영상이 참값에 대하여 $1{\sim}11%$의 오차를 나타냈으나, AC의 $22{\sim}47%$, NONE의 $2{\sim}16%$에 비하여 정확하였다. 그리고 대상물이 10.0 cm의 심부에 있을 때 절대방사능 값은 SC+AC에서 24%의 감소, AC에서 10%의 증가, NONE에서 40%의 감소를 보였다. 결론: 이 연구에서 사용한 DEW와 Chang방법에 의한 산란 및 감쇠 보정은 임상에 쉽게 적용할 수 있으며, 삽입물 대 배후의 방사능비와 영상 대비를 개선하였고 절대방사능을 정확하게 산출할 수 있었다.

• 핵의학기술
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• 제19권1호
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• pp.30-36
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• 2015

전신 뼈검사는 골수염과 골절 및 원발성 암의 조기 발견 등골 병변에 대해 높은 민감도와 해상도를 가진 검사이며, 핵의학 검사 중 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 그러나 최저 계수치를 제외한 평가 기준이 마련되어 있지 않다. 따라서, 본 연구에서 전신 뼈검사에서 정량적인 평가 지표를 나타낼 수 있는 방법을 분석해보고자 하였다. 본 연구는 2014년 4월부터 2014년 9월까지 본원을 내원한 특이 골병변소견이 없는 환자 30명을 대상으로 GE INFINIA 장비에서 진행하였다. 환자의 전신계수와 허리뼈를 관심영역으로 하여, 계수치를 측정하였으며, 허리뼈 각각의 신호평균 값과 표준편차를 구하여, 대조도 대 잡음비(Contrast to Noise Ratio, CNR), 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 산출하였고, 팬텀 실험을 통해 검사 속도 변화에 따른 각각의 수치와 조직등가물질을 이용하여 복부 두께에 따른 수치를 비교 하였다. 그리고, 판독의 2명과 5년 이상의 경력을 가진 숙련된 방사선사 5명이 각각 10점 척도로 하여, Blind test로 육안적인 분석치와 정량적인 산출치 간의 상관관계를 분석하였다. 환자의 전신 계수치와 관심영역의 계수치는 Blind test를 통한 육안적인 분석치와 유의한 상관관계를 보이지 않았다(P>0.05). 대조도 대 잡음비와 신호 대 잡음비는 육안적인 분석치와 유의한 상관관계를 보였다(P<0.05). 팬텀 실험에서는 검사 속도가 느릴수록, 조직등가물질의 두께가 얇을수록 각 수치는 향상되는 것을 보였으며, 지연검사에서 영상의 질이 향상됨을 확인하였다. 현재 전신 뼈검사에서 최저 계수치를 제외한 평가 기준이 마련되어있지 않다. 이에 본 연구에서는 대조도 대 잡음비 및 신호 대 잡음비를 이용하여 Blind test와의 유의한 상관관계를 확인 할 수 있었으며, 검사 속도가 영상의 질을 좌우하는 인자라는 것을 수치를 통해 확인하였다. 본 연구에서는 동일한 주입량, 동일한 검사 속도 등 동등한 조건에서의 평가를 진행하였지만, 환자의 생리적 기능과 수분 섭취량 등에 따라 모든 특성을 고려하는 것에 한계가 존재한다. 그러나 객관적으로 정량적 수치를 제시하여, 유의한 평가 지표를 입증하였다는 데에 학술적 의미가 있을 것으로 사료된다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제18권1호
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• pp.63-70
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• 1995

In this pauper, the back, forward, side and $45^{\circ}$ oblique scatter dose were measured the X-ray exposure conditions 60, 80, 100, 120kV, FFD 100cm, FS $20\times20cm$, toward the $25\times25cm\times10\sim20cm$ of solid water, paraffin and MiX-DP phantom, and Pb, Cu, Al, and styrofoam meterials, by the electrometer and 5.3 cc ionization chamber. The obtained results are summarized as following. 1. The percentage depth dose(PDD) at the range of the diagnostic x-ray energy were appeared 50 % depth dose at the 2 cm depth with 60 kV, and 5 cm depth with 120 kV X-ray, 10 % depth dose at the 10 cm depth with 60 kV and 14 cm depth with 120 kV X-ray, 5 % below depth dose at the 20 cm depth. 2. The back scatter dose which were generated the surface of Pb, Cu and Al metal plates were 10 % below, and than the back scatter dose at the Pb plate were a most amount of these which were about 10 %, and were appeared the order of Cu and Al. 3. The percentage forward scatter were appeared from 50 % to 65 %, and the more phantom thicknees become, the more forward scatter were increased with the ratio of 5 % per 5 cm thickness. 4. The percentage back scatter which were generated the tissue equivalence meterials solid water, paraffin and MiX-DP were from 20 % to 40 %, and than the back scatter dose at the solid water were a mest amount of those, and paraffin and MiX-DP were appeared with the next values. 5. The percentage $90^{\circ}$ lateral and $45^{\circ}$ oblique side scatter dose were measured from 4 % to 12 %. a most amount of scatter dose which were generated from the patient in radiography were the forward scatter, the next values were the back scatter, the third values were the $90^{\circ}$ lateral scatter.