• 한국방사선학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.661-666
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• 2019

확산형 콜리메이터는 촬영 대상을 축소 촬영하거나 넓은 관심영역을 작은 감마카메라를 사용하여 검출하기 위해서 사용한다. 확산형 콜리메이터와 블록형 섬광체 및 픽셀형 섬광체 배열을 사용하는 감마카메라에서 방사선원이 관심영역 주변에 위치할 때 섬광체 표면에 감마선이 대각선으로 입사하게 되면, 섬광체 깊이 방향으로 대각선으로 검출되기 때문에 공간 분해능이 저하된다. 본 연구에서는 이러한 관심영역 외곽에서의 공간 분해능을 향상하기 위한 새로운 시스템을 설계하였다. 사다리꼴 픽셀형 섬광체를 사용하여 각 섬광 픽셀을 콜리메이터 구멍의 각도와 크기에 맞게 일치하도록 구성하면, 감마선이 섬광체의 여러 깊이에서 반응하더라도, 하나의 섬광 픽셀 위치로 영상화 할 수 있다. 즉, 대각선 방향의 여러 지점에서 검출되더라도, 감마선은 하나의 섬광 픽셀과 상호 작용하기 때문에 공간 분해능의 저하가 발생하지 않는다. Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) 시뮬레이션을 통해 블록형 섬광체를 사용한 감마카메라와 사다리꼴 픽셀형 섬광체를 사용한 감마카메라를 설계하여 공간 분해능을 비교 평가하였다. 관심영역 외곽에서 발생한 감마선을 통해 획득한 영상에서 공간 분해능은 블록형 섬광체를 사용한 감마카메라에서는 4.05 mm였고, 사다리꼴 픽셀형 섬광체를 사용한 감마카메라에서는 2.97 mm의 공간 분해능을 보였다. 사다리꼴 셀형 섬광체를 사용한 시스템에서 26.67% 공간 분해능이 향상됨을 확인할 수 있었다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.350-356
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• 2015

본 연구의 목적은 몬테칼로 모사방법을 이용하여 소동물 전용 양전자방출단층촬영 시스템의 모듈 내 섬광체 배열 수에 따른 특성평가를 하는 것이다. 이 연구에서 제안한 소 동물 전용 양전자방출단층촬영 시스템은 모듈 내 섬광체 수를 1 ~ 8개로 구성하였으며, 섬광체 크기는 $2.0{\times}2.0{\times}10.0mm^3$ 크기의 LSO섬광결정을 사용하였고 스캐너의 직경은 100 mm로 설계하였다. 몬테칼로 시뮬레이션 방법중에 하나인GATE 코드를 이용하여 선원은 511 keV 점선원을 이용하였으며 동시계수 측정된 좌표값을 이용하여 민감도 및 사이노그램을 획득하였다. 모듈 내 섬광체 수가 적을수록 모듈 별 틈새가 줄어들어 민감도가 향상되는 결과를 보였으며, 사이노그램 결과에서도 불완전한 데이터(missing data)가 발생하지 않는 것을 알 수 있었다. 이 연구 결과는 모듈 안 섬광체 수가 적을수록 민감도 향상 및 불완전한 데이터 획득이 줄어드는 것을 증명함으로써, 소동물 전용 양전자방출단층촬영 시스템의 성능 개선을 위한 새로운 접근법을 제시한다.

• 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.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권10호
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• pp.2361-2369
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• 2020

Compton cameras using large scintillators have been developed for high imaging sensitivity. These scintillator-based Compton cameras, however, mainly due to relatively low energy resolution, suffer from undesired background-radiation signals, especially when radioactive materials' activity is very low or their location is far from the Compton camera. To alleviate this problem for a large-size Compton camera, in the present study, a hybrid-type shielding system was designed that combines an active shield with a veto detector and a passive shield that surrounds the active shield. Then, the performance of the hybrid shielding system was predicted, by Monte Carlo radiation transport simulation using Geant4, in terms of minimum detectable activity (MDA), signal-to-noise ratio (SNR), and image resolution. Our simulation results show that, for the most cases, the hybrid shielding system significantly improves the performance of the large-size Compton camera. For the cases investigated in the present study, the use of the shielding system decreased the MDA by about 1.4, 1.6, and 1.3 times, increased the SNR by 1.2-1.9, 1.1-1.7, and 1.3-2.1 times, and improved the image resolution (i.e., reduced the FWHM) by 7-8, 1-6, and 3-5% for ¹³⁷Cs, ⁶⁰Co, and ¹³¹I point source located at 1-5 m from the imaging system, respectively.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권6호
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• pp.2213-2220
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• 2022

The maximum dose delivery at the end of the beam range provides the main advantage of using proton therapy. The range of the proton beam, however, is subject to uncertainties, which limit the clinical benefits of proton therapy and, therefore, accurate in vivo verification of the beam range is desirable. For the beam range verification in spot scanning proton therapy, a prompt gamma detection system, called as gamma electron vertex imaging (GEVI) system, is under development and, in the present study, the performance of the GEVI system in spot scanning proton therapy was predicted with Geant4 Monte Carlo simulations in terms of shift detection sensitivity, accuracy and precision. The simulation results indicated that the GEVI system can detect the interfractional range shifts down to 1 mm shift for the cases considered in the present study. The results also showed that both the evaluated accuracy and precision were less than 1-2 mm, except for the scenarios where we consider all spots in the energy layer for a local shifting. It was very encouraging results that the accuracy and precision satisfied the smallest distal safety margin of the investigated beam energy (i.e., 4.88 mm for 134.9 MeV).

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제29권4호
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• pp.343-349
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• 2012

The solar proton telescope (SPT) is considered as one of the scientific instruments to be installed in instruments for the study of space storm (ISSS) which is determined for next generation small satellite-1 (NEXTSat-1). The SPT is the instrument that acquires the information on energetic particles, especially the energy and flux of proton, according to the solar activity in the space radiation environment. We performed the simulation to determine the specification of the SPT using geometry and tracking 4 (GEANT4). The simulation was performed in the range of 0.6-1,000 MeV considering that the proton, which is to be detected, corresponds to the high energy region according to the solar activity in the space radiation environment. By using aluminum as a blocking material and adjusting the energy detection range, we determined total 7 channels (0.6~5, 5~10, 10~20, 20~35, 35~52, 52~72, and >72 MeV) for the energy range of SPT. In the SPT, the proton energy was distinguished using linear energy transfer to compare with or discriminate from relativistic electron for the channels P1-P3 which are the range of less than 20 MeV, and above those channels, the energy was determined on the basis of whether silicon semiconductor detector (SSD) signal can pass or not. To determine the optimal channel, we performed the conceptual design of payload which uses the SSD. The designed SPT will improve the understanding on the capture and decline of solar energetic particles at the radiation belt by measuring the energetic proton.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제39권4호
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• pp.571-575
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• 2016

본 연구에서는 몬테칼로 전산모사 코드인 GATE6 (Geant4 Application for Tomographic Emission ver.6)를 사용하여 의료용 선형 가속기인 Varian사의 Clinac 21EX를 모사하고, 6 MV 광자선의 선량 특성을 평가하였다. 몬테칼로 방법은 방사선 치료시 환자 내의 선량분포를 계산하는 가장 정확한 방법으로 널리 이용되고 있다. 몬테칼로 기반의 코드를 이용하여 선형가속기의 조사 헤드부를 통과하는 입자의 흐름을 모사하는 것은 조사선량을 정량화 하는데 필요한 입자들의 에너지, 공간 분포와 같은 임상적인 빔의 특성을 결정하기 위한 실용적인 방법이다. 본 연구에서 모사한 선형가속기의 조사 헤드부는 빔 경로에 위치한 타겟, 일차 콜리메이터, 선속 평탄 필터, 이온전리함, 이차 콜리메이터로 구성된다. 모사된 선형가속기를 이용하여 선원-표면간 거리 100 cm, 조사야 $10{\times}10cm^2$ 조건에서 물팬텀 내의 광자선 에너지 스펙트럼(energy spectrum), 심부선량백분율(percentage depth dose), 선량프로파일(dose profiles)을 측정하였으며, 이 결과값을 실험 측정값과 비교하여 정확성을 검증하였다. 본 연구에서는 모사를 통한 결과값과 실험값이 매우 일치함을 보였으며, 이를 통해 GATE6 전산모사 코드는 방사선치료에 사용되는 광자선을 모사하기에 효과적임을 입증하였다.

• 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.

• 대한핵의학회지
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• 제38권1호
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• pp.74-84
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• 2004

목적:. I-125는 저에너지(27-35 keV) 방사선을 방출하기 때문에 두께가 얇은 섬광결정과 조준기를 사용할 수 있어 고분해능, 고민감도 영상획득에 유리한 물리적 특성을 가지고 있다. 이 연구의 목적은 새로운 시뮬레이션 도구인 GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission)를 사용하여 최적의 I-125 SPECT 시스템 파라미터를 도출하는 것이다. 대상 및 방법: 시뮬레이션 방법의 신뢰성을 검증하기 위해, Weisenberger 등이 개발한 감마 카메라 시스템을 모사하였다. 섬광체로 평판형 Nal(T1)을 사용하였으며, 두께는 검출효율을 계산해서 결정하였다. 평행구멍조준기와 바늘구멍조준기의 여러 파라미터가 공간분해능과 민감도에 미치는 영향을 평가하였다. 그리고 최적화된 조준기를 결합한 I-125 SPECT의 성능을 평가하였다. 결과: 시뮬레이션에 대한 신뢰성 검증연구 결과, 측정과 시뮬레이션에서 공간분해능(4%)과 민감도(3%)가 유사함을 확인하였다. Nal(T1) 두께는 I-125 감마선을 98% 검출할 수 있도록 1 mm로 결정하였다. 시뮬레이션 결과 고분해능 평행구멍조준기로 구멍크기가 0.2 mm이고 길이가 5 mm인 사각구멍조준기를 선택하였고, 범용 평행구멍조준기로 구멍크기가 0.5 m이고, 길이가 10 mm인 육각구멍조준기를 선택하였다. 바늘구멍조준기는 구멍지름이 0.25 mm이고 채널높이가 0.1 mm이며, 허용각도가 90도인 조준기를 선택하였다. 최적화된 고분해능 평행구멍조준기, 범용 평행구멍조준기, 바늘구멍조준기를 결합한 I-125 SPECT의 재구성 영상 공간분해능은 각각 1.2 mm, 1.7 mm, 0.8 mm였으며, 민감도는 39.7 cps/MBq, 71.9 cps/MBq, 5.5 cps/MBq이었다. 결론: GATE 시뮬레이션으로 I-125 영상에 적합한 섬광결정 파라미터 및 조준기 파라미터를 도출하였다. 이 연구결과는 I-125 SPECT로 탁월한 고분해능, 고민감도 영상을 얻을 수 있음을 보여준다.

• 천문학회보
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• 제35권2호
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• pp.58.1-58.1
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• 2010

Telescope Array (TA) experiment in Utah, USA, observes ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs); UHECRs refer cosmic rays with energy above $10^{18}eV$. Using COSMOS and CORSIKA, we have produced a library of over 1000 thinned extensive air shower (EAS) simulations with the primary energies ranging from $10^{18.5}eV$ to $10^{20.25}eV$ and the zenith angle of primary cosmic ray particle from $0^{\circ}$ to $45^{\circ}$. Here, we present the energy spectrum of particles arriving at the ground. We have also calculated the detector response evaluated using GEANT4 simulations. Here, we discuss S(800), i.e. the signal at a distance of 800 m from the shower core, as the primary energy estimator.