• Journal of the Korean Physical Society
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• 제73권9호
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• pp.1393-1398
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• 2018

In conventional single-photon emission computed tomography (SPECT), only the photoelectric events in the detectors are used for image reconstruction. However, if the $^{131}I$ isotope, which emits high-energy radiations (364, 637, and 723 keV), is used in nuclear medicine, both photoelectric and Compton scattering events can be used for image reconstruction. The purpose of our work is to perform simulations for Compton SPECT by using the Geant4 application for tomographic emission (GATE). The performance of Compton SPECT is evaluated and compared with that of conventional SPECT. The Compton SPECT unit has an area of $12cm{\times}12cm$ with four gantry heads. Each head is composed of a 2-cm tungsten collimator and a $40{\times}40$ array of CdZnTe (CZT) crystals with a $3{\times}3mm^2$ area and a 6-mm thickness. Compton SPECT can use not only the photoelectric effect but also the Compton scattering effect for image reconstruction. The correct sequential order of the interactions used for image reconstruction is determined using the angular resolution measurement (ARM) method and the energies deposited in each detector. In all the results of simulations using spherical volume sources of various diameters, the reconstructed images of Compton SPECT show higher signal-to-noise ratios (SNRs) without degradation of the image resolution when compared to those of conventional SPECT because the effective count for image reconstruction is higher. For a Derenzo-like phantom, the reconstructed images for different modalities are compared by visual inspection and by using their projected histograms in the X-direction of the reconstructed images.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권8호
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• pp.3006-3016
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• 2022

In this study, the images of specific prompt gamma (PG)-rays of 719 keV emitted from proton-boron reactions were analyzed using single-photon emission computed tomography (SPECT). Quantitative evaluation of the images verified the detection of anatomical changes in tumors, one of the important factors in daily adaptive proton therapy (DAPT) and verified the possibility of application of the PG-ray images to DAPT. Six scenarios were considered based on various sizes and locations compared to the reference virtual tumor to observe the anatomical alterations in the virtual tumor. Subsequently, PG-rays SPECT images were acquired using the modified ordered subset expectation-maximization algorithm, and these were evaluated using quantitative analysis methods. The results confirmed that the pixel range and location of the highest value of the normalized pixel in the PG-rays SPECT image profile changed according to the size and location of the virtual tumor. Moreover, the alterations in the virtual tumor size and location in the PG-rays SPECT images were similar to the true size and location alterations set in the phantom. Based on the above results, the tumor anatomical alterations in DAPT could be adequately detected and verified through SPECT imaging using the 719 keV PG-rays acquired during treatment.

• 대한방사성의약품학회지
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• 제6권2호
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• pp.102-115
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• 2020

In the state of Positronium (Ps), which is an unstable material created by the temporary combination of electrons and positrons, the imaging technology through photo-conversion methodology is emerging as a new research theme under resonance conditions through terahertz electromagnetic waves. Normally, Positronium can be observed in the positron emission computed tomography (PET) process when an unstable, separate state that remains after the pair annihilation of an electron and a positron remains. In this study, terahertz (THz) waves and Cherenkov radiation (CR) are generated using the principle of ponderomotive force in the plasma wake-field acceleration, and electrons and positrons are simultaneously generated by using a relativistic electron beam without using a PET device. We confirm the possibility of Positronium photoconversion technology in terahertz electromagnetic resonance conditions through experimental studies that generate an unstable state. Here, a relativistic electron beam (REB) energy of 0.5 MeV (γ=2) was used, and the terahertz wave frequencies is G-band. Meanwhile, a THz wave mode converting three-stepped axicon lens was used to apply the photoconversion technology. Through this, light emission in the form of a luminescence-converted Bessel beam can be verified. In the future, it can be used complementarily with PET in nuclear medicine in the field of medical imaging.

• 대한두경부종양학회지
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• 제19권2호
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• pp.142-147
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• 2003

Purpose: Accurate evaluation of metastatic cervical lymph nodes plays a decisive role in the treatment and prognosis of patients with squamous cell carcinoma of the head and neck. The purpose of this study is to investigate the usefulness of FDG-PET for diagnosis of cervical metastasis in the head and neck cancer by comparing with the conventional imaging study. Materials and Methods: The subjects on this study were 30 patients (24 males and 6 females, aged 39 to 76, mean 57.1) diagnosed as pathologic-proven squamous cell carcinomas of the head and neck. All patients underwent preoperative FDG-PET, CT(n=27) or MRI (n=3). Their medical records were reviewed retrospectively. Using pathologic reports as a golden standard, the results of FDG-PET were compared with conventional imaging study (CT/MRI) in the evaluation of cervical metastasis. Results: Thirty patients had five different primary sites which were tongue (11), supraglottis (10), glottis (6), hypopharynx (2) and tonsil (1). A total of 40 neck dissections were performed unilaterally in 20 patients and bilaterally in 10 patients. Of these, 16 showed pathologically positive for lymph node metastasis. The sensitivity and specificity of FDG-PET for the diagnosis of cervical metastasis was 75% and 100% respectively, compared with conventional imaging of 56.3% and 95.8%, respectively. The difference of sensitivity was not statistically significant (p=0.453). Of 5 cases with small metastatic node (<1cm), 3 were detected on PET detected correctly but none were detected by CT. Conclusion: FDG-PET was more accurate than conventional imaging study in the diagnosis of metastatic lymph nodes in squamous cell carcinomas of the head and neck, especially detection of small metastatic node. FDG-PET might be useful adjunct to conventional image in the preoperative evaluation of head and neck squamous cell carcinoma.

• Journal of Oral Medicine and Pain
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• 제32권2호
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• pp.227-239
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• 2007

1994년부터 2006년까지 부산대학교병원 구강내과에 내원하여 측두하악골관절염으로 진단받고 보존적 치료를 받은 환자 101명과 저작근장애로 진단받고 보존적 치료를 받은 환자 74명의 진료기록부를 통해 초진 시와 치료 종결 시의 증상, 시행된 치료방법, 치료기간, 치료횟수에 따른 치료 결과를 조사하였다. 그리고, 측두하악골관절염 환자의 초진 시 방사선 사진, 전산화 단층사진 및 단광자 방출 전산화 단층사진의 양성도, 관절잡음의 치료 전후 변화를 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 골관절염군은 보존적 치료에 의해서 치료 결과가 좋았으나, 치료 종결 시 근육장애군에 비해서 증상의 개선이 미흡하였다. 2. 골관절염군의 파노라마 방사선 사진과 경두개 촬영사진의 양성도는 60%정도였으나, 전산화 단층사진과 단광자 방출 전산화 단층사진의 양성도는 90%이상이었다. 3. 치료 종결 시의 골관절염군의 관절잡음은 초진 시에 비해 유의하게 감소하였다. 4. 골관절염군은 대부분 물리치료, 투약, 교합안정장치로, 근육장애군은 대부분 물리치료, 투약으로 증상이 현저히 개선되었다. 5. 골관절염군은 6개월에서 2년의, 근육장애군은 6개월 미만의 치료가 필요하였다. 6. 골관절염군은 10회 이상으로, 근육장애군은 10회 미만의 치료로도 예후가 좋았다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권5호
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• pp.441-448
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• 2000

방출단층영상 재구성을 위한 최대우도 기대값최대화(maximum likelihood expectation maximization, MLEM) 방법은 영상 획득과정을 통계학적으로 모델링하여 영상을 재구성한다. MLEM은 일반적으로 사용하여 여과후역투사(filtered backprojection)방법에 비해 많은 장점을 가지고 있으나 반복횟수 증가에 따른 발산과 재구성 시간이 오래 걸리는 단점을 가지고 있다. 이 논문에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 계산시간을 현저히 단축시킨 배열된부분집합 기대값최대화(ordered subsets expectation maximization. OSEM)에 Gibbs 선행치인 membrance (MM) 또는 thin plate(TP)을 첨가한 OSEM-MAP (maximum a posteriori)을 구현함으로써 알고리즘의 안정성 및 재구성된 영상의 질을 향상시키고자 g나다. 실험에서 알고리즘의 수렴시간을 가속화하기 위해 투사 데이터를 16개의 부분집합으로 분할하여 반복연산을 수행하였으며, 알고리즘의 성능을 비교하기 위해 소프트웨어 모형(원숭이 뇌 자가방사선, 수학적심장흉부)을 사용한 영상재구성 결과를 제곱오차로 비교하였다. 또한 알고리즘의 사용 가능성을 평가하기 위해 물리모형을 사용하여 PET 기기로부터 획득한 실제 투사 데이터를 사용하였다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제32권4호
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• pp.231-237
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• 2014

Purpose: To evaluate the predictive value of the early response of $^{18}F$-flurodeoxyglucose positron emission tomography (FDG PET) during concurrent chemoradiotherapy (CCRT) for locally advanced non-small cell lung cancer (NSCLC). Materials and Methods: FDG PET was performed before and during CCRT for 13 NSCLC patients. Maximum standardized uptake value ($SUV_{max}$), mean standardized uptake value ($SUV_{mean}$), metabolic tumor volume (MTV), and total lesion glycolysis (TLG) were measured and the changes were calculated. These early metabolic changes were compared with the standard tumor response by computed tomograms (CT) one month after CCRT. Results: One month after the completion of CCRT, 9 patients had partial response (PR) of tumor and 4 patients had stable disease. The percent changes of $SUV_{max}$ ($%{\Delta}SUV_{max}$) were larger in responder group than in non-responder group ($55.7%{\pm}15.6%$ vs. $23.1%{\pm}19.0%$, p = 0.01). The percent changes of $SUV_{mean}$ ($%{\Delta}SUV_{mean}$) were also larger in responder group than in non-responder group ($54.4%{\pm}15.9%$ vs. $22.3%{\pm}23.0%$, p = 0.01). The percent changes of MTV ($%{\Delta}MTV$) or TLG ($%{\Delta}TLG$) had no correlation with the tumor response after treatment. All the 7 patients (100%) with $%{\Delta}SUV_{max}{\geq}50%$ had PR, but only 2 out of 6 patients (33%) with $%{\Delta}SUV_{max}$ < 50% had PR after CCRT (p = 0.009). Likewise, all the 6 patients (100%) with $%{\Delta}SUV_{mean}{\geq}50%$ had PR, but only 3 out of 7 patients (43%) with $%{\Delta}SUV_{mean}$ < 50% had PR after CCRT (p = 0.026). Conclusion: The degree of metabolic changes measured by PET-CT during CCRT was predictive for NSCLC tumor response after CCRT.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제35권4호
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• pp.353-360
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• 2012

핵의학 영상 기기 중 SPECT시스템은 촬영목적에 따라 다양한 콜리메이터를 사용하며 영상 재구성을 위해서는 각 콜리메이터의 기하학적 특성을 반영하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 이 중 핀홀 콜리메이터를 사용한 핵의학 영상기기의 영상 재구성에 관한 연구를 수행하였으며 특히 핀홀 콜리메이터 영상 재구성시 발생하는 샘플링 문제를 제거하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 순환적 영상 재구성 방법의 투사(projection)와 역투사(back-projection)시 각기 다른 방식으로 구축된 시스템 모델을 반영한 비동일 시스템 모델 방식을 개발하여 최대우도 기댓값최대화(maximum likelihood expectation maximization, ML-EM) 알고리듬에 적용하였다. 설계한 재구성 알고리듬을 성능을 검증하기 위해 geant4 application for tomographic emission(GATE) 시뮬레이션 툴을 이용하여 핀홀 콜리메이터의 디지털 팬텀 시뮬레이션을 수행하고 이를 이용하여 기존방식과 제안한 방식의 재구성 알고리듬에 대한 비교평가 연구를 수행하였다. 그 결과 본 연구에서 제안한 비동일 시스템 모델 사용 영상 재구성 방법은 동일 시스템 모델을 사용한 순환적 재구성 알고리듬에 비해 효과적으로 샘플링 문제를 제거할 수 있는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 영상 재구성 방법은 다양한 콜리메이터에 확대적용 되어 사용 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 핵의학기술
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• 제17권2호
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• pp.84-89
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• 2013

PET-CT (Positron Emission Tomography-Computed Tomography)의 융합영상(Fusion image)에서 긴 영상 획득 시간에 의한 환자의 움직임은 융합영상에서 부적합한 결과로 나타나 영상의 질과 진단에 큰 영향을 준다. 의료장비 회사에서 제공하는 팔 지지대는 환자 자세에서의 편의성과 안전성을 고려하지 않아 PET/CT를 검사하는 동안 팔과 머리의 움직임 때문에 뇌기저부의 영상 결손이 생기고 머리의 좌우, 상하 움직임으로 인하여 재촬영이 빈번하다. 이에 우리는 두경부와 팔의 움직임을 최소화할 수 있는 환자보정기구를 개발하여 PET/CT 촬영 시 환자에게 편의성과 안전성을 제공하고 환자의 움직임으로 인한 재촬영을 줄이고자 한다. 2012년 6월부터 7월까지 PET Torso 검사를 위해 핵의학과에 내원하는 환자들 중 움직임에 불편함이 전혀 없는 환자 20명과 어깨 통증으로 팔을 올리기가 불편한 환자 20명을 대상으로 Patient Holding System (PHS)와 팔의 경사도($25^{\circ}$, $27^{\circ}$, $29^{\circ}$, $31^{\circ}$, $33^{\circ}$, $35^{\circ}$)를 변화시켜 가장 편안한 자세와 경사도를 선정 하였다. 또한 지지대 재질의 투과성에 대하여 유관업체의 검증을 하였고, 환자의 머리와 팔을 밴드(벨크로 형태)로 고정하여 이에 대한 편의성을 질의하였다. 그리고 움직임에 의한 재촬영 빈도를 알아보기 위해 2012년 1월부터 12월까지 PET Torso를 시행한 환자들 중 환자보정기구 사용 전/후 재촬영 여부를 분석하였다. 움직임에 불편이 전혀 없는 환자에서는 18명이 PHS와 팔의 각도가 $29^{\circ}$에서 가장 편안함을 느낀다고 답하였으며, 2명은 각각 $27^{\circ}$, $31^{\circ}$이라고 답하였다. 어깨 통증을 느끼는 환자에서는 15명이 $31^{\circ}$에서 가장 편안함을 느낀다고 답하였고, $33^{\circ}$에서 2명, $35^{\circ}$에서 3명이었다. 이를 위해 손잡이 부분이 상, 하 움직임이 가능하도록 제작하였다. 환자보정기구 재질의 투과성은 검증된 상태이며, 환자보정기구 자체의 움직임을 방지하기 위하여 PHS와 보정기구를 밴드(벨크로 형태)로 고정시켰다. 두경부의 움직임을 최소화할 수 있는 홈을 만들고 머리를 고정할 수 있게 고정밴드를 부착 하였고, 손목 및 전완과 상완의 움직임을 제한할 수 있는 고정밴드를 부착하여 팔의 흔들림으로 인한 움직임을 최소화 하였다. PET Torso 촬영 시 움직임에 의한 재촬영 빈도는 환자고정기구 사용 전 10.56% (191건/1,808명), 사용 후 2.77% (48 건/1,732명)로 7.79%의 발생 빈도를 줄일 수 있었다. 최근 의료 환경의 변화와 혁신으로 고가의 영상검사가 늘어남에 따라 고객이 요구하는 차별화된 서비스 제공은 필수적이다. 따라서 PET/CT를 검사하는 동안 환자의 편안함과 안전성을 확보하기 위해 인체공학적인 환자보정기구를 제공하여야 한다. 따라서 본 연구를 통해 PET Torso 검사 시 환자의 체형과 상황에 따라 인체공학적 경사도를 상, 하 조절할 수 있는 환자보정기구를 제작하였으며, 팔의 움직임에 의한 뇌기저부의 영상결손을 줄이고 머리의 움직임으로 인한 재촬영을 줄일 수 있었다.

• 핵의학기술
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• 제13권1호
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• pp.77-81
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• 2009

PET/CT (Positron Emission Tomography/ Computed Tomography)의 PET은 생체의 생리, 화학적인 정보를 정량적으로 영상화할 수 있지만 해부학적인 구조를 명확히 나타내는 데에는 한계를 가지고 있어 PET에 CT를 접목시켜 해상력을 높임은 물론, CT 데이터를 감쇠보정에 이용하여 촬영시간도 단축시키고 잡음제거 측면에서도 우수함을 나타내고 있다. 또한 CT 검사 시 조영제를 사용함으로써 병변의 정확한 범위를 확인하고 정상 구조물을 구별하는데 용이하여 조영제의 사용이 증가하고 있는 추세이다. 하지만 조영제를 사용한 경우 CT 영상의 보정에 따라 PET/CT 영상에서 표준화섭취계수(Standardized Uptake Value: SUV)에 영향을 미치기 때문에 본 연구에서는 조영제 보정에 따라 표준화섭취계수(SUV)에 미치는 정도를 평가하였다. 2008년 4월에서 7월 사이에 본원에서 PET/CT검사를 시행한 환자 중 요오드 조영제에 대한 부작용이 없고 당뇨병이 없는 환자 30명을 대상으로 (남: 20, 여: 10, 연령범위: 연령범위 27세~72세, 평균나이 49.6세) 후향적 조사를 하였다. 장비는 DSTe (General Electric Healthcare, Milwaukee, MI, USA)를 사용하였다. 검사자에게 $^{18}F$-FDG 370~555 MBq를 몸무게에 따라 주사하였으며, 1시간 정도의 안정된 자세를 취한 후 검사를 시행하였다. CT촬영은 140 kV, 210 mA로 설정하였으며 CT 검사에 사용되는 조영제의 양은 환자 몸무게 1 kg당 2 cc를 주입하였다. 검사 후 최초 획득 데이터(raw data)를 이용하여 조영제 영향을 보정한 CT데이터와 보정을 하지 않은 CT데이터로 감쇠보정을 하여 영상을 얻었으며 각 영상의 간, 심장, 폐에 관심영역(Region of Interest: ROI)를 그려 SUV를 측정하여 비교하였다. SUV를 측정한 결과 조영제 보정을 한 영상의 표준화섭취계수(SUV)가 줄어듦을 알 수 있었다. 조영제에 대한 영향이 거의 없는 폐에서는 수치적인 변화가 거의 나타나지 않았으며 통계적으로도 유의하지 않았다. 비교적 혈류가 풍부한 간과 심장에서 조영제 보정으로 인한 표준화 섭취계수(SUV) 값이 수치적인 차이를 보였으나 간에서만 통계적으로 유의했다. PET/CT 검사에서 조영제의 사용으로 인하여 검사하고자 하는 부위의 대조도를 증강시켜 진단의 효율성을 높이고 있지만 이로 인하여 표준화섭취계수(SUV)의 증가가 일어난다. 따라서 조영제를 사용한 CT로 감쇠보정을 할 경우에 조영제의 영향에 대한 보정을 해주어 고해상력의 해부학적 영상뿐만 아니라 신뢰를 할 수 있는 반정량적 방법으로 진단적 가치를 더욱 높일 수 있을 것이며 다른 장기에 대해서도 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다.