In this study we modeled the varian 2100C/D linear accelerator head and multi-leaf collimator by simulation with the GEANT4 Monte Carlo toolkit. Then central axis percentage depth dose profiles and lateral dose profiles within homogeneous water phantom($50{\times}50{\times}50\;cm^3$) were evaluated with 6 MV photon beam. The simulations were performed in two stages. In the first stage, photon energy spectrum at the target were computed were computed. Then spectra data was directly irradiated in the water phantom using sampling techniques. The simulation data were compared with experimental data to evaluate the accuracy of the model. Results showed that two data were matched within 2% error boundary. The proposed method will be applied for simulation of dose calculation and dose distribution study.
In this study, we have researched the effectiveness of silicone pad. A distribution of scatter ray in mammography was evaluated using Monte-Carlo (MC) simulation technique and then a silicone pad was applied to remove the scatter ray for improving image quality. Molybdenum target and Molybdenum filter combination made a difference of 59.8% to a number of photon at 17.5 keV. On the other hand, Tungsten target and Rhodium filter showed a variation of 24.5% at 20 keV. Mean 68 of SNR was increased in Selenia and mean 1.04 of SNR was raised in Senographe. Silicone pad was significantly effective to reduce the scatter ray that was generated by primary X-ray. It can decrease an absorption rate of scatter ray to patient body and whilst it improve the image quality from increasing SNR.
Coincidence summing correction effects are known to be greater as the efficiency of the detector increases and as the distance between the source and the detector increases. A point source($^{60}Co$) was used to vary the distance in the direction of the detector's center axis and in the radial direction to obtain the P/T ratio for Coincidence summing correction calibration. In this study, values for coincidence summing corrected calibration of the values in the central and radial directions were applied to the mixed volume source(450 ml CRM source) to compare the overall peak efficiency change according to P/T with Geant4. In addition, the efficiency obtained from the mapping method is applied to the seaweed, a marine sample, and the compatibility of the P/T ratio with the detector and sample very dose together. The efficiency corrected to 1,836 keV was applied to the energy zone affected by the efficiency of 500 keV and the relative error of the measured and corrected values was well matcched by the 3.2 % peak efficiency correction. As with 450 mL CRM source, the larger the volume, the lower the P/T ratio was by ${\pm}5%$. This is due to the increased scattering of gamma-rays emitted as the source becomes farther away from the detector, and this change in P/T has been confirmed to affect the Coincidence summing corrected peak efficiency.
In this study, we evaluated image quality for new Gadolinium Aluminum Gallium Garnet (GAGG) scintillation material based on the Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) simulation tool. The gamma camera detectors with GAGG and NaI scintillation were designed. In particular, we modeled modified body phantom by National Electrical Manufacturers Association International Electrotechnical Commission to evaluate the simulated images. To analysis the image performance, the contrast to noise ratio (CNR) and coefficient of variation (COV) were used by drawn the region of interests, respectively. Based on the CNR and COV results, the CNR value for GAGG material is higher approximately 17 % than NaI material. In addition, the COV value for GAGG material is lower approximately 17 % than NaI material. In conclusion, we confirmed the performnace of GAGG based gamma camera is useful to improve the image quality for the nuclear medicine instrumentation.
The purpose of this study was to investigate CTDI (computed tomography dose index at center) for various phantom shapes, sizes, and compositions by using GATE (geant4 application for tomographic emission) simulations. GATE simulations were performed for various phantom shapes (cylinder, elliptical, and hexagonal prism PMMA phantoms) and phantom compositions (water, PMMA, polyethylene, polyoxymethylene) with various diameters (1-50 cm) at various kVp and mAs levels. The $CTDI_{100center}$ values of cylinder, elliptical, and hexagonal prism phantom at 120 kVp, 200 mAs resulted in 11.1, 13.4, and 12.2 mGy, respectively. The volume is the same, but $CTDI_{100center}$ values are different depending on the type of phantom. The water, PMMA, and polyoxymethylene phantom $CTDI_{100center}$ values were relatively low as the material density increased. However, in the case of Polyethylene, the $CTDI_{100center}$ value was higher than that of PMMA at diameters exceeding 15 cm ($CTDI_{100center}$ : 35.0 mGy). And a diameter greater than 30 cm ($CTDI_{100center}$ : 17.7 mGy) showed more $CTDI_{100center}$ than Water. We have used limited phantoms to evaluate CT doses. In this study, $CTDI_{100center}$ values were estimated and simulated by GATE simulation according to the material and shape of the phantom. CT dosimetry can be estimated more accurately by using various materials and phantom shapes close to human body.
In this study we analyzed the tendency of the image characteristic by changing filtering factor for the proposed fast non local means (FNLM) noise reduction algorithm with designed Male Adult mesh (MASH) phantom through Geant4 application for tomographic emission (GATE) simulation program. To accomplish this purpose, MASH phantom for human copy was designed through the GATE simulation program. In addition, we acquired degraded image by adding Gaussian noise with a value of 0.005 using the MATALB program in MASH phantom. Moreover, in degraded image, the FNLM noise reduction algorithm was applied by changing the filtering factors, which set to 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, and 1.0 value, respectively. To quantitatively evaluate, the coefficient of variation (COV), signal to noise ratio (SNR), and contrast to noise ratio (CNR) were calculated in reconstructed images. Results of the COV, SNR and CNR were most improved in image with a filtering factor of 0.05 value. Especially, the COV was decreased with increasing filtering factor, and showed nearly constant values after 0.05 value of the filtering factor. In addition, SNR and CNR were showed that improvement with increasing filtering factor, and deterioration after 0.05 value of the filtering factor. In conclusion, we demonstrated the significance of setting the filtering factor when applying the FNLM noise reduction algorithm in degraded image.
Radiation dose estimation on the newborn and infants during radiation examinations, unlike for the adults, is not actively being progressed. Therefore, as an index to present exposure dose during radiation examinations on newborn and infants, entrance skin dose was measured, and the result was compared with results of monte carlo simulation to raise reproducibility of entrance skin dose measurement, and it was proved that various geometry implementation was possible. The resulting values through monte carlo simulation was estimated using normalization factors for entrance skin dose to calibrate radiation dose and then normalized to a unit X ray radiation field size. Average entrance skin dose per one time exposure was $78.41{\mu}Gy$ and the percentage error between measurement by dosimeter and by monte carlo simulation was found to be -4.77%. Entrance skin dose assessment by monte carlo simulation provides possible alternative method in difficult entrance skin dose estimation for the newborn and infants who visit hospital for actual diagnosis.
It should be accurate dose calculation to increase the efficiency of radiation therapy, and it is priority to figure out the beam characteristics for this purpose. The target and primary collimator in head components of the linear accelerator have the greatest influence on determining the beam characteristics which is caused by backscatter and it is the factor to consider the shielding structures and equipment management. In this study, we made modeling of the linear accelerator through the Geant4 Monte Carlo simulation and investigated backscatter according to the change of the size and shape in head components. For the scattered electrons, it showed the greatest number of distributions inside of the inner radius at primary collimator. But, for the scattered photons which have the high energy, it was mostly located outside of the inner radius at primary collimator. Scattered positrons showed a small occurrence in about 0.03%. According to the change of the inner radius at primary collimator, it was great changes in the inside of inner radius for all three scattered particles. According to the change of the outer radius at primary collimator, it was shown some considerable effects from more than 60 mm outer radius. It was no significant effect according to the change of target thickness. In this study, we found that backscatter should be considered, and figured out that geometric size and shape of the peripheral components are the factors that influences the backscatter effect.
Studies for counting and detecting X-rays for the improvement of image quality and material analysis are active. In this work, the detector for X-ray photon counting was designed using Multi-pixel photon counter (MPPC) array and the detector characteristics were evaluated through simulation. Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) was used to obtain the position where the X-ray and the scintillation interacted, and this position was used as the light generation position of DETECT2000. 0.5 mm and 1 mm thick Gadolinium Aluminium Gallium Garnet (GAGG) scintillators were used and the light generated through a $4{\times}4$ array of MPPCs was acquired. The spatial resolution of the designed detector was evaluated by reconstructed image using the light signal acquired for each channel. We obtained images of more than 2 lp/mm in both 0.5 mm and 1 mm thick GAGG scintillation. When this detector is used in a X-ray system, a low-cost system capable of photon counting can be made.
Diverse designs of collimator have been applied to Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) according to the purpose of acquisition; thus, it is necessary to reflect geometric characteristic of each collimator for successive image reconstruction. This study carry out reconstruction algorithm for imaging system in nuclear medicine with pinhole collimator. Especially, we study to solve sampling problem which caused in the system model of pinhole collimator. System model for a maximum likelihood expectation maximization (MLEM) was developed based on the geometry of the collimator. The projector and back-projector were separately implemented based on the ray-driven and voxel-driven methods, respectively, to overcome sparse sampling problem. We perform phantom study for pinhole collimator by using geant4 application for tomographic emission(GATE) simulation tool. The reconstructed images show promising results. Designed iterative reconstruction algorithm with unmatched system model effective to remove sampling problem artefact. Proposed algorithm can be used not only for pinhole collimator but also for various collimator system of imaging system in nuclear medicine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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