• Journal of Computational Design and Engineering
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• 제2권3호
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• pp.176-182
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• 2015

Head-and-neck cancer is often treated with intensive irradiation focused on the tumor, while delivering the minimum amount of irradiation to normal cells. Since a course of radiotherapy can take 5-6 weeks or more, the repeatability of the patient posture and the fastening method during treatment are important determinants of the success of radiotherapy. Many devices have been developed to minimize positional discrepancies, but all of the commercial devices used in clinical practice are operated manually and require customized fixtures for each patient. This is inefficient and the performance of the fixture device depends on the operator's skill. Therefore, this study developed an automated head-and-neck immobilizer that can be used during radiotherapy and evaluated the positioning reproducibility in a phantom experiment. To eliminate interference caused by the magnetic field from computed tomography hardware, Ni-Ti shape-memory alloy wires were used as the actuating elements of the fixtures. The resulting positional discrepancy was less than 5 mm for all positions, which is acceptable for radiotherapy.

• 전자공학회논문지
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• 제54권4호
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• pp.91-98
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• 2017

전기 임피던스 단층촬영 기법은 도메인의 표면에 부착된 전극들을 통해 주입된 전류와 측정된 전압 데이터를 기반으로, 미지의 도전율 분포를 복원하는 비파괴 기술이다. 이 논문에서는 전기 임피던스 단층촬영법에서 일반적 Tikhonov 조정을 갖는 역문제를 풀고 도전율 분포를 복원하기 위해 절단된 특이값 분해 기반의 역문제 해법을 제안하였다. 역문제 계산시간을 줄이기 위해 일반 조정행렬을 역행렬 항목에서 분리시키고 절단된 특이값 분해 방법을 적용하였다. 제안한 방법의 성능을 검증하기 위해 모의실험과 팬텀실험을 수행하고 복원결과를 비교하였다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제45권1호
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• pp.45-52
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• 2020

Background: Recently, the International Commission on Radiological Protection (ICRP) lowered the dose limit for the eye lens from 150 mSv to 20 mSv, highlighting the importance of accurate lens dose estimation. The ICRP reference computational phantoms used for lens dose calculation are mostly based on the data of Caucasian population, and thus might be inappropriate for Korean population. Materials and Methods: In the present study, a detailed Korean eye model was constructed by determining nine ocular dimensions using the data of Korean subjects. The developed eye model was then incorporated into the adult male and female mesh-type reference Korean phantoms (MRKPs), which were then used to calculate lens doses for photons and electrons in idealized irradiation geometries. The calculated lens doses were finally compared with those calculated with the ICRP mesh-type reference computational phantoms (MRCPs) to observe the effect of ethnic difference on lens dose. Results and Discussion: The lens doses calculated with the MRKPs and the MRCPs were not much different for photons for the entire energy range considered in the present study. For electrons, the differences were generally small, but exceptionally large differences were found at a specific energy range (0.5-1 MeV), the maximum differences being about 10 times at 0.6 MeV in the anteroposterior geometry; the differences are mainly due to the difference in the depth of the lens between the MRCPs and the MRKPs. Conclusion: The MRCPs are generally considered acceptable for lens dose calculations for Korean population, except for the electrons at the energy range of 0.5-1 MeV for which it is suggested to use the MRKPs incorporating the Korean eye model developed in the present study.

• 한국방사선학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.1-9
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• 2024

양성자 치료는 브래그 피크로 인해 우수한 치료 기법으로 알려져 있다. 양성자의 치료 효과를 높이기 위해 금 나노입자를 종양에 분포시켜 흡수선량을 높이는 방법이 연구되고 있다. 마이크로미터와 나노미터 범위에서 금 나노입자를 다루었던 것을 밀리미터 범위에서 금 나노입자를 전산모사 할 수 있는 방법을 제시하였다. 전산모사를 위해 Geant4 툴킷을 사용하였다. 인체와 유사한 물과 금 나노입자가 균일하게 분포되어 있다는 것을 가정하고 밀도비를 통해 금 나노입자의 개수 또는 농도를 조절하였다. 브래그 피크 위치에서 밀도비가 5%일 때 금 나노입자로 인해 순수 물 팬텀에 비해 흡수 에너지의 이득이 거의 2배로 나타났다. 밀도비가 증가할수록 흡수 에너지의 이득은 선형적으로 증가하였다. 브래그 피크 위치에서 금 나노입자가 하나의 복셀에만 분포하고 있을 때 양성자의 에너지는 자신 주변의 복셀에만 영향을 미치지만, 넓은 영역에 금 나노입자가 분포하는 경우 순수 물 팬텀에서 최고 흡수 에너지 (9.95 keV)의 95% 흡수 에너지 (9.46 keV)를 나타내는 부피는 16배 큰 영역에서 흡수 에너지의 이득이 나타났다. 그리고 이 영역은 밀도비가 증가할수록 증가하였다. 밀리미터 범위에서 금 나노입자의 밀도비와 RBE의 관계를 정량화하는 등 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제26권4호
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• pp.258-266
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• 2015

현대 방사선치료는 고선명 X선 투사영상을 이용하여 환자 및 종양의 위치를 확인하는 기술이 요구되지만, 3차원 영상 촬영을 위한 피폭량 및 영상정보의 급격한 증가는 환자에게 추가적인 부담이 될 수 있다. 본 연구에서는 영상의 구조 정보를 효과적으로 추출할 수 있는 Structural similarity (SSIM) 인자를 도입하여 매일 촬영하는 환자의 2차원 X선 영상간 차이를 자동 분석하여 환자의 위치 정확성의 검증 가능성을 제시하였다. 먼저 종양을 모사하기 위하여 구형 전산 팬텀의 크기와 위치를 변화시키면서 각각의 투사 영상을 시뮬레이션하고, SSIM 인자를 통해 영상 간 차이를 검출하여 분석하였다. 또한 12일간 매일 촬영한 방사선 치료 환자의 2차원 X선 영상들 간 차이를 동일한 방법으로 검출하였다. 그 결과 산출된 팬텀 변화에 따른 SSIM 값은 0.85~1 범위로, 관심영역(ROI)을 영상 전체가 아닌 팬텀으로 한정하였을 때는 0.006~1 범위로 나타나서 ROI 적용 시 민감도가 크게 상승하는 것을 확인하였다. 또한 임상 영상의 SSIM은 0.799~0.853 범위의 값을 나타냈으며 영상 간 차이가 SSIM 분포 상에 검출되는 것을 확인하였다. 본 연구결과는 소요 시간 및 피폭 등의 우려로 매일 사용하기 어려운 3차원 영상기법 대신 간단한 2차원 영상만을 이용하여 객관적이고 정량적인 환자 위치 정확성의 자동 평가 기법을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• Investigative Magnetic Resonance Imaging
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• 제23권1호
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• pp.38-45
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• 2019

Purpose: To demonstrate the high-resolution numerical simulation of the respiration-induced dynamic $B_0$ shift in the head using generalized susceptibility voxel convolution (gSVC). Materials and Methods: Previous dynamic $B_0$ simulation research has been limited to low-resolution numerical models due to the large computational demands of conventional Fourier-based $B_0$ calculation methods. Here, we show that a recently-proposed gSVC method can simulate dynamic $B_0$ maps from a realistic breathing human body model with high spatiotemporal resolution in a time-efficient manner. For a human body model, we used the Extended Cardiac And Torso (XCAT) phantom originally developed for computed tomography. The spatial resolution (voxel size) was kept isotropic and varied from 1 to 10 mm. We calculated $B_0$ maps in the brain of the model at 10 equally spaced points in a respiration cycle and analyzed the spatial gradients of each of them. The results were compared with experimental measurements in the literature. Results: The simulation predicted a maximum temporal variation of the $B_0$ shift in the brain of about 7 Hz at 7T. The magnitudes of the respiration-induced $B_0$ gradient in the x (right/left), y (anterior/posterior), and z (head/feet) directions determined by volumetric linear fitting, were < 0.01 Hz/cm, 0.18 Hz/cm, and 0.26 Hz/cm, respectively. These compared favorably with previous reports. We found that simulation voxel sizes greater than 5 mm can produce unreliable results. Conclusion: We have presented an efficient simulation framework for respiration-induced $B_0$ variation in the head. The method can be used to predict $B_0$ shifts with high spatiotemporal resolution under different breathing conditions and aid in the design of dynamic $B_0$ compensation strategies.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제44권1호
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• pp.32-42
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• 2019

Background: There have been much efforts to develop the proper and realistic machine Quality Assurance (QA) reflecting on real Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) plan. In this work we propose and test a special VMAT plan of plan-class specific (pcsr) QA, as a machine QA so that it might be a good solution to supplement weak point of present machine QA to make it more realistic for VMAT treatment. Materials and Methods: We divided human body into 5 treatment sites: brain, head and neck, chest, abdomen, and pelvis. One plan for each treatment site was selected from real VMAT cases and contours were mapped into the computational human phantom where the same plan as real VMAT plan was created and called plan-class specific reference (pcsr) QA plan. We delivered this pcsr QA plan on a daily basis over the full research period and tracked how much MLC movement and dosimetric error occurred in regular delivery. Several real patients under treatments were also tracked to test the usefulness of pcsr QA through comparisons between them. We used dynalog file viewer (DFV) and Dynalog file to analyze position and speed of individual MLC leaf. The gamma pass rate from portal dosimetry for different gamma criteria was analyzed to evaluate analyze dosimetric accuracy. Results and Discussion: The maxRMS of MLC position error for all plans were all within the tolerance limit of < 0.35 cm and the positional variation of maxPEs for both pcsr and real plans were observed very stable over the research session. Daily variations of maxRMS of MLC speed error and gamma pass rate for real VMAT plans were observed very comparable to those in their pcsr plans in good acceptable fluctuation. Conclusion: We believe that the newly proposed pcsr QA would be useful and helpful to predict the mid-term quality of real VMAT treatment delivery.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권3호
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• pp.128-138
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• 2014

여닫이형 방사선 치료에서, 잔여 움직임으로 인하여 방사선은 실직적인 질병의 부위 뿐만이 아니라 주변 정상조직까지 투여 되도록 되어 있다. 비록 표적이 방사선 투여 중 움직이지만, 방사선이 최소한도로 실질적인 부위 (임상적 표적 체적)에 조사되기를 원한다. 본 연구의 목적은 여닫이형 치료에 있어서 방사선이 실질적인 표적에 투여되는지를 검증하고, 여닫이 범위, 움직임의 정도 및 임상적 표적체적의 크기의 변화에 따라, 표적및 주변 조직에 투여되는 방사선의 경향을 연구하는 데 있다. 이 목적을 달성하기 위하여, 실험 및 이론적인 연구를 고안하여 수행하였다. 직육각형 및 피라미드형의 표적 체적을 내포하는 팬텀을 만들어 움직이며 4차원 영상을 얻었다. 여러 여닫이 범위를 얻어진 영상에 적용하여 치료계획용 내부표적(표적체적 및 내부 움직임범위포함)을 만들었다. 직육각형 표적에는 전통적인 치료계획을 그리고 피라미드형 표적에는 세기 변조형 치료계획을 세웠다. 평판형 다이오드에 치료계획에서 얻어진 여닫이형 방사선을 수직으로 조사하여 실험적으로 선량평가를 수행하였고 또한 움직이는 상황에서 선량투여를 전산적으로 모사하였다. 본 연구는 두 표적에 대한 반음영 영역의 확장 및 움직임으로 인하여 방해 받았으나 확실하게 수행된 표적 선량투여 그리고 주변 조직에 투여된 상당량의 선량등을 수반하는 잔여움직임의 영향을 정량적으로 그리고 해석적으로 분석하였다. 선량-체적 히스토그램 분석에 따르면, 내부표적에는 여닫이 범위 또는 움직임 정도가 감소함에 따라 또한 표적체적이 증가함에 따라 선량이 증가함을 보였고, 내부 움직임 범위에 해당하는 체적에 대하여는 여닫이 범위 또는 움직임 정도가 감소함에 따라 선량이 증가하였고, 마지막으로 주변 정상조직에 대하여는, 내부 움직임 범위와는 반대의 경향을 보였다. 본 연구는 잔여움직임의 영향에 대하여 확실한 이해를 주었고 호흡행태가 재생되는한 불연속적인 투여과 표적의 움직임에도 불구하고 여당이형 방사선 치료는 안전함을 입증하였다. 본연구에서 수반된 절차와 전산적 모델은 여닫이형 치료의 시작점 검증, 주기적인 품질관리 및 환자별 검증에 사용될 수 있다. 환자별 영상에 선량을 재구성하는 방향으로 추후 연구가 필요하다.

• 대한핵의학회지
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• 제37권5호
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• pp.288-300
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• 2003

목적: ${H_2}^{15}O$ PET의 정량화를 위하여 1-조직 구획모델이 쓰이며, 뇌혈류와 조직/혈액 분배계수를 구하기 위하여 nonlinear least squares (NLS) 방법이 사용되나 계산 시간이 긴 등의 문제로 파라미터를 각화소마다 구해야 하는 파라메트릭 영상 구성에는 적합하지 않다. 이 연구에서는 이와 같은 NLS 문제점을 극복하여 파라메트릭 영상을 빠르게 구성하기 위하여 제안된 파라미터 추정 알고리즘들을 구현하고, 이 방법들의 통계적 신뢰도와 계산의 효율성을 비교하였다. 대상 및 방법: 이 연구에서 이용한 방법들은 linear least squares (LLS), linear weighted least squares (LWLS), linear generalized least squares (GLS), linear generalized weighted least squares (GWLS), weighted integration (WI), 그리고 model-based clustering method (CAKS)이다. 노이즈 정도에 따른 각 파라메트릭 영상법의 정확성 및 통계적 신뢰성을 알아보기 위하여 Zubal 뇌모형(brain phantom)으로부터 동적 PET 영상을 모사하고 포아송노이즈를 더한 후 각 파라메트릭 영상 구성 방법을 적용하였다. 또한 정상인 16명에 대하여 얻은 실제 자료에 대하여 이 방법들을 적용하고 결과를 비교하였다. 결과: 뇌혈류와 분배계수에 대한 평균 오차는 방법에 따라 크게 다르지 않았으며 모든 방법이 뇌혈류 및 분배계수 추정에 있어 무시할 만한 바이어스를 보였다. 파라메트릭 영상의 정성적 특성 또한 유사하였으나 CAKS 방법의 계산 속도가 월등하여 NLS 방법의 약 1/500, LLS 방법의 약 1/25의 계산시간을 보였다. 결론: 뇌혈류 파라메트릭 영상 구성을 위한 빠른 파라미터 추정 알고리즘들 중에 보다 개선되어 제안된 LWS, GLS, GLWS, CAKS 방법들이 단순하고 빠른 LLS, WI 방법들에 비하여 통계적 신뢰성을 크게 향상시키지는 못하나 CAKS 방법은 계산 시간을 유의하게 단축시키므로 가장 적합한 파라메트릭 영상 구성방법이라 할 수 있을 것이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권3호
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• pp.281-290
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• 2010

최근 디지털 단층영상합성법을 영상유도 방사선 치료에 활용하기 위한 연구가 활발히 시도되고 있다. 적은 수의 투사영상으로 삼차원 영상재구성이 가능하기 때문에 환자에 대한 피폭선량을 줄일 수 있으며, 환자의 움직임을 최소화할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 그러나 단층영상의 화질이 스캔 각도(${\beta}_{scan}$) 및 사용한 투사영상의 수 등 촬영조건에 크게 의존하는 단점이 있다. 본 연구에서는 필터링 후 역투사법을 이용한 디지털 단층영상합성의 구현에 대해 자세히 논하였으며, 이에 대한 최적 촬영조건에 대해 살펴 보았다. 이를 위해 시스템 성능을 신호 대 잡음비, 잔상퍼짐함수, 연산횟수를 조합한 이득함수로 정의하였으며, 다양한 촬영조건에 대해 실험을 통해 각 지표를 구한 후 평가하였다. 평가 결과 및 분석으로부터 큰 단위 스캔 각도(${\Delta}{\beta}$)로 60도 이상의 넓은 범위에 걸쳐 스캔을 할수록 높은 화질의 단층영상을 얻을 수 있다는 결론을 얻었다. 대략적으로 시스템 성능이 $\sqrt{{\Delta}{\beta}}{\times}{\beta}^{2.5}_{scan}$에 비례하였다. 만약 각 평가지표에 명확한 가중치를 부여할 수 있다면 보다 엄밀하고 구체적인 촬영조건을 구할 수 있을 것이다.