• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권5호
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• pp.1733-1737
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• 2024

In order to specify the location of the scintillation pixel that interacted with gamma rays in the positron emission tomography (PET) detector, conventionally, after acquiring a flood image, the location of interaction between the scintillation pixel and gamma ray could be specified through a pixel-segmentation process. In this study, the experimentally acquired signal was specified as the location of the scintillation pixel directly, without any conversion process, through the simulation data and the deep learning algorithm. To evaluate the accuracy of the specification of the scintillation pixel location through deep learning, a comparative analysis with experimental data through pixel segmentation was performed. In the same way as in the experiment, a detector was configured on the simulation, a model was built using the acquired data through deep learning, and the location was specified by applying the experimental data to the built model. Accuracy was calculated through comparative analysis between the specified location and the location obtained through the segmentation process. As a result, it showed excellent accuracy of about 85 %. When this method is applied to a PET detector, the position of the scintillation pixel of the detector can be specified simply and conveniently, without additional work.

• 한국방사선학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.249-255
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• 2022

소동물용 양전자방출단층촬영기기는 매우 작은 장기를 영상화하기 위해 매우 높은 공간분해능을 지닌다. 우수한 공간분해능을 획득하기 위해서는 매우 작은 섬광 픽셀을 사용하여 시스템을 구성해야 한다. 매우 작은 섬광 픽셀을 사용하여 검출기를 구성할 경우 광센서 픽셀에 따라 적용가능한 배열의 크기가 달라진다. 이전 연구에서 광센서 크기에 따른 최대의 섬광 픽셀 배열을 찾는 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 더 확장된 섬광 픽셀 배열을 사용하여 검출기를 구성하기 위해 광가이드를 적용한 검출기를 설계하여 모든 섬광 픽셀들이 영상화되는 최대의 배열을 찾고자 한다. 섬광체로 이루어진 검출기의 시뮬레이션이 가능한 DETECT2000을 사용하여 검출기를 설계하였다. 11 × 11 섬광 픽셀 배열에서부터 16 × 16 배열까지 검출기를 구성하여 시뮬레이션을 수행하였다. 섬광 픽셀에서 발생된 빛을 광센서로 수집하여 평면 영상을 획득한 후 영상의 분석을 통해 겹침이 발생하지 않는 최대의 배열을 찾았다. 그 결과 겹침이 발생하지 않고 모든 섬광 픽셀들이 구분 가능한 최대의 배열은 15 × 15 배열이었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권7호
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• pp.2567-2571
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• 2023

Scintillator materials are widely used in the medical and industrial fields for imaging systems using gamma cameras. In this study, image evaluation is performed by modeling a gamma camera system based on a lutetium-yttrium oxyorthosilicate (LYSO) scintillation detector using a pinhole collimator that can improve the spatial resolution. A LYSO detector-based gamma camera system is modeled using a Monte Carlo simulation tool. The geometric concept of the pinhole collimator is designed using various magnification factors, and the spatial resolution is measured using the acquired source image. To evaluate the resolution, the full width at half maximum (FWHM) and natural image quality assessment (NIQE), a no-reference-based parameter, are used. We confirm that the FWHM and NIQE values decrease simultaneously when the diameter of the pinhole collimator increases. Additionally, we confirm that the spatial resolution improves as the magnification factor increases under the same pinhole diameter condition. Particularly, a 0.57 mm FWHM value is obtained using the modeled gamma camera system with a LYSO scintillation detector. In conclusion, our results demonstrate that a pinhole collimator with a LYSO scintillation detector is a promising gamma camera imaging system.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제49권4호
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• pp.776-780
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• 2017

To avoid imaging artifacts and interpretation mistakes, an improvement of the uniformity in gamma camera systems is a very important point. We can expect excellent uniformity using cadmium zinc telluride (CZT) photon counting detector (PCD) because of the direct conversion of the gamma rays energy into electrons. In addition, the uniformity performance such as integral uniformity (IU), differential uniformity (DU), scatter fraction (SF), and contrast-to-noise ratio (CNR) varies according to the energy window setting. In this study, we compared a PCD and conventional scintillation detector with respect to the energy windows (5%, 10%, 15%, and 20%) using a $^{99m}Tc$ gamma source with a Geant4 Application for Tomography Emission simulation tool. The gamma camera systems used in this work are a CZT PCD and NaI(Tl) conventional scintillation detector with a 1-mm thickness. According to the results, although the IU and DU results were improved with the energy window, the SF and CNR results deteriorated with the energy window. In particular, the uniformity for the PCD was higher than that of the conventional scintillation detector in all cases. In conclusion, our results demonstrated that the uniformity of the CZT PCD was higher than that of the conventional scintillation detector.

• 핵의학기술
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• 제27권2호
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• pp.129-132
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• 2023

Purpose: Positron emisson tomography (PET) is a crucial medical imaging scanner for the detection of cancer lesions. In order to maintain the improved image quality, it is crucial to apply detectors of superior performance. Therefore, the purpose of this study was to compare PET image quality using Monte Carlo simulation based on the detector materials of BGO, LSO, and LuAP. Materials and Methods: The Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) was used to design the PET detector. Scintillations with BGO, LSO and LuAP were modelled, with a size of 3.95 × 5.3 mm2 (width × height) and 25.0 mm (thickness). The PET detector consisted of 34 blocks per ring and a total of 4 rings. A line source of 1 MBq was modelled and acquired with a radius of 1 mm and length of 20 mm for 20 seconds. The acquired image was reconstructed maximum likelihood expectation maximization with 2 iteration and 10 subsets. The count comparison was carried out. Results and Discussion: The highest true, random, and scatter counts were obtained from the BGO scintillation detector compared to LSO and LuAP. Conclusion: The BGO scintillation detector material indicated excellent performance in terms of detection of gamma rays from emitted PET phantom.

• 한국방사선학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.749-754
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• 2021

적은 수의 광센서를 사용한 PET 검출기의 섬광 픽셀과 광센서의 매칭 비율을 최대화하기 위해 다양한 섬광 픽셀의 배열과 4개의 광센서를 사용하였다. 섬광 픽셀의 배열은 6 × 6에서부터 11 × 11까지 여섯 케이스로 구성하였다. 광센서간의 간격은 모든 섬광 픽셀에서 동일하게 적용하였으며, 섬광 픽셀의 크기를 줄여 배열을 확장하였다. 설계한 PET 검출기들의 평면 영상 획득을 위해 빛 시뮬레이션이 가능한 DETECT 2000을 사용하였다. 각 섬광 픽셀 배열의 중심에서 소멸방사선과 섬광 픽셀의 상호작용을 통해 생성된 빛을 발생시켜, 4개의 광센서를 통해 빛을 검출한 후 평면 영상을 재구성하였다. 재구성한 평면 영상을 통해 모든 섬광 픽셀들이 구분이 가능한 최대의 배열을 찾았다. 그 결과 8 × 8 섬광 픽셀 배열의 평면 영상에서 모든 섬광 픽셀들이 구분이 가능하였으며, 9 × 9 섬광 픽셀 평면 영상에서부터는 가장자리 두 섬광 픽셀들이 서로 겹쳐 영상에 나타났다. 이때의 섬광 픽셀과 광센서의 매칭 비율은 16:1이었다. 본 검출기를 사용하여 PET 시스템을 구성할 경우, 사용하는 광센서의 수가 감소되고 이에 따른 신호처리 회로의 간소화를 통해 전체 시스템의 비용을 감소시킬 것으로 기대된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권10호
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• pp.2346-2352
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• 2020

Dual-energy x-ray absorptiometry (DXA) is the noninvasive method to diagnose osteoporosis disease characterized by low bone mass and deterioration of bone tissue. Many global companies and research groups have developed the various DXA detectors using a direct photon-counting detector such as a cadmium zinc telluride (CZT) sensor. However, this approach using CZT sensor has some drawback such as the limitation of scalability by high cost and the loss of efficiency due to the requirement of a thin detector. In this study, a SiPM based DXA system was developed and its performance evaluated experimentally. The DXA detector was composed of a SiPM sensor coupled with a single LYSO scintillation crystal (3 × 3 × 2 ㎣). The prototype DXA detector was mounted on the dedicated front-end circuit consisting of a voltage-sensitive preamplifier, pulse shaping amplifier and constant fraction discriminator (CFD) circuit. The SiPM based DXA detector showed the 34% (at 59 keV) energy resolution with good BMD accuracy. The proposed SiPM based DXA detector showed the performance comparable to the conventional DXA detector based on CZT.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제50권8호
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• pp.1426-1432
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• 2018

This paper presents a neutron detector configuration using EJ-301 scintillation liquid, a R9420 photo-multiplier and a homemade preamplifier. The detector qualities which include the energy linearity, efficiency response and neutron/gamma discrimination are guaranteed for neutron detection in the energy range from 0 to 3000 keVee. Regarding the neutron/gamma discrimination capability, four pulse shape discrimination (PSD) methods which are the threshold crossing time (TCT), pulse gradient analysis (PGA), charge comparison (CC) and correlation pattern recognition (CPR), were evaluated and discussed; among of these, the CPR method provides the best neutron/gamma discrimination.

• 한국방사선학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.697-702
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• 2022

PET에서 영상화를 위해서는 검출기에 입사한 감마선과 상호작용한 섬광 픽셀의 위치를 측정해야한다. 이를 위해서 기존 시스템에서는 섬광 픽셀의 평면 영상을 획득하여, 각 섬광 픽셀이 영상화된 영역을 분리한 후, 섬광 픽셀의 위치를 특정하여 디지털 신호로 획득한다. 본 연구에서는 검출기의 광센서에서 형성되는 신호를 바탕으로 딥러닝 방법을 적용하여, 여러 절차를 거치지 않고 직접 디지털 신호로 획득하는 방법을 개발하였다. 이에 대한 검증 및 위치 측정의 정확도 평가를 위해 DETECT2000 시뮬레이션을 수행하였다. 6 × 6 섬광 픽셀 배열과 4 × 4 광센서를 사용하여 검출기를 구성하였으며, 섬광 픽셀의 중심에서 감마선 이벤트를 발생시켜, 앵거 식을 통해 4채널의 신호로 합산하였다. 획득된 신호를 사용하여 딥러닝 모델을 학습한 후, 섬광 픽셀의 서로 다른 깊이 방향에서 발생된 감마선 이벤트에 대한 위치를 측정하였다. 그 결과 모든 섬광 픽셀 및 위치에서 정확한 결과를 보였다. 본 연구에서 개발한 방법을 PET 검출기에 적용할 경우, 보다 편리하게 섬광 픽셀의 위치를 디지털 신호로 측정할 수 있을 것이다

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권4호
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• pp.523-529
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• 2023

우수한 공간분해능을 달성하기 위해 소동물용 양전자방출단층촬영기기의 검출기에는 매우 작은 섬광 픽셀을 사용한다. 그러나 이러한 매우 작은 섬광 픽셀을 사용함으로써 배열의 가장자리 부분의 섬광 픽셀들이 평면 영상에서 중첩되는 현상이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 빛의 분포를 변화시킬 수 있는 광가이드를 사용하였다. 광가이드의 물질에 따라 빛이 퍼지는 경향이 달라지며, 이에 따라 어떠한 물질의 광가이드를 사용하느냐에 따라 겹침의 발생 유무가 달라진다. 본 연구에서는 기존의 유리 광가이드를 대신하여 섬광 픽셀과 동일한 물질의 광가이드를 적용한 검출기를 설계하였다. 섬광체 광가이드는 유리 광가이드에 비해 더 높은 굴절률을 지녀, 빛의 퍼지는 정도가 달라진다. 두 광가이드를 사용한 검출기의 가장자리 부분의 섬광 픽셀들의 분리 정도를 평가하기 위해 평면 영상을 획득하였다. 획득한 평면 영상의 가장자리 두 섬광 픽셀 영상의 공간분해능과 중심 간의 거리를 산출하여, 분리 정도를 평가하였다. 그 결과 섬광체 광가이드를 사용하였을 경우, 더 우수한 공간분해능을 보였으며, 섬광 픽셀들의 중심 간의 거리가 더 넓게 나타났다. 기존에 사용하는 유리 광가이드 대신에 섬광체 광가이드를 사용하여 검출기를 구성할 경우 더 작은 섬광 픽셀을 사용할 수 있으므로, 더 우수한 공간분해능을 확보할 수 있을 것이다.