• 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.

• 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.

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권2호
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• pp.201-206
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• 2023

감마카메라의 공간분해능을 향상시키기 위해서는 콜리메이터의 구멍 크기를 작게 만들어야 하므로 민감도는 저하된다. 민감도를 향상시키기 위해서는 구멍 크기를 크게 해야 하므로 공간분해능은 저하된다. 즉, 공간분해능과 민감도는 서로 상반된 특성을 보인다. 본 연구에서는 공간분해능과 민감도를 모두 향상시키는 감마카메라를 설계하였다. 동일한 공간분해능을 보이는 감마카메라에서 보다 높은 민감도를 획득하기 위해 섬광체의 구조를 기존시스템과 다르게 설계하였다. 섬광 픽셀을 사용하고, 섬광 픽셀 사이에는 격벽을 위치시켜 입사한 감마선이 다른 섬광 픽셀로 투과되어 상호작용하는 것을 방지하였다. 설계한 감마카메라의 성능을 평가하기 위해 Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) 시뮬레이션을 수행하였다. 동일한 공간분해능을 획득하는 조건의 콜리메이터를 각각 사용하여 기존 감마카메라와 설계한 감마카메라의 민감도를 획득한 결과 각각 0.0026%, 0.0042%로 설계한 감마카메라의 민감도가 61.54% 향상된 결과를 나타내었다. 본 연구에서 설계한 감마카메라를 사용하면 우수한 공간분해능을 확보하면서 민감도를 기존 시스템보다 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 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.

• 한국방사선학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.725-731
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• 2020

구(sphere)형의 섬광체를 사용한 방사선 스펙트로스코피 검출기를 설계하였고, 여러 대의 검출기를 사용하여 방사선원의 위치를 추적하는 시스템을 개발하였다. 방사선원의 위치 추적은 방사선의 수는 거리의 역자승 법칙에 따라 감소하는 이론을 바탕으로 위치 추적 알고리듬을 설계하였으며, 여러 위치의 방사선원에서 발생된 방사선의 수를 측정하여 알고리듬을 통해 위치를 계산하였다. 방사선원에서 발생되는 방사선은 각 검출기에서 서로 다른 계수로 검출되며, 이러한 검출되는 계수의 차이는 거리의 역자승에 비례하여 달라진다. 설계한 방사선원 위치 추적 시스템의 성능을 검증 및 평가하기 위해 Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) 시뮬레이션을 실시하였으며, 서로 다른 위치에 놓이 방사선원에서 발생된 방사선을 각 검출기로 계수하였다. 측정된 방사선의 수는 방사선원 위치 추적 알고리듬을 통해 위치가 추적되었으며, 실제 방사선원의 위치와 알고리듬으로 계산된 위치와의 오차를 평가하였다. 실제 방사선원의 위치와 계산된 위치와의 오차는 평균 X축 0.11%, Y축 0.37%로 측정되었으며, 매우 정확하게 위치를 측정할 수 있음이 검증되었다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제12권7호
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• pp.929-934
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• 2018

영상의 질 향상과 물질 분석 등을 위해 엑스선을 카운팅하여 검출하기 위한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 MPPC 어레이를 사용하여 엑스선 포톤 카운팅을 위한 검출기를 설계하였고, 시뮬레이션을 통해 검출기 특성을 평가하였다. GATE를 사용하여 엑스선과 섬광체와 반응한 위치 정보를 획득하였고, 이 정보를 DETECT2000의 빛 발생 위치로 사용하였다. 0.5 mm와 1 mm 두께의 GAGG 섬광체를 사용하였으며, $4{\times}4$ 어레이의 MPPC를 통해 발생된 빛을 획득하였다. 각 채널별로 획득한 빛의 신호를 통해 영상을 재구성하여 설계한 검출기의 분해능을 확인하였다. 0.5 mm와 1 mm 두께의 GAGG 섬광체에서 모두 2 lp/mm 이상의 영상을 획득하였다. 본 검출기를 엑스선 시스템에 사용할 경우 포톤 카운팅이 가능한 저비용의 시스템을 구축할 수 있을 것이다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.81-86
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• 2019

X-선 영상에서 필터를 통한 여과의 역할은 영상 형성에 유용한 광자를 이용해 환자의 피폭량을 낮춤과 동시에 영상의 대조도를 높이는 것이다. 영상을 형성하는 데 있어서 저에너지 X-선은 환자 조직의 최초 몇 cm 부위에서 흡수되고 고에너지 부분만을 통과하여 형성되므로, 방사선 여과는 여과물질을 삽입하여 저에너지 X-선을 여과물질로 하여금 흡수시켜 환자의 피폭량을 낮추고 영상의 질을 높인다. 본 연구의 목적은 시뮬레이션을 통해 이상적인 환경에서 부가 필터가 방사선 영상 촬영 시 영상의 화질에 미치는 영향을 확인하고, 실제 방사선 영상을 촬영할 경우와 비교하는 것이다. 이를 위해 시뮬레이션 프로그램인 Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE)를 이용해 Polymethylmethacrylate (PMMA) Phantom의 실제 크기, 모양과 재질을 모사하고 부가 필터의 사용유무 및 필터의 두께에 따른 촬영 조건을 설정하여 시뮬레이션 결과 영상을 얻어냈다. 또한, Digital Radiography (DR)장비로 실제 PMMA Phantom을 필터가 없는 경우와 필터가 있을 때 그 두께를 변화시키며 촬영했다. 시뮬레이션의 결과 영상과 실제 실험을 통해 얻은 영상을 각각 Image J 프로그램을 이용해 Contrast-to-noise ratio (CNR) 평가를 실행한 뒤, 시뮬레이션 결과 영상과 최종적으로 도출된 두 영상의 변화 추이를 비교 측정했다. 실험 결과 DR장비와 시뮬레이션 영상 모두 CNR이 감소하는 추세를 보였으며, 이는 결국 영상에서의 대조도 감소로 인해 나타난 결과였다. 이론적으로 관전압 (kVp)이 증가하면 대조도가 감소하고, 이를 통해보았을 때 필터는 저에너지부의 X-선을 흡수하면서 전체적인 선량을 감소시키지만, X-선의 평균에너지를 증가시키는 역할을 한다는 것을 알아볼 수 있었다.

• 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.

• 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.

• Journal of the Korean Physical Society
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• 제73권11호
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• pp.1764-1773
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• 2018

A-PET is a quad-head PET scanner developed for use in small-animal imaging. The dimensions of its volumetric field of view (FOV) are $46.1{\times}46.1{\times}46.1mm^3$ and the gap between the detector modules has been minimized in order to provide a highly sensitive system. However, such a small FOV together with the quad-head geometry causes image quality degradation. The main factor related to image degradation for the quad-head PET is the mispositioning of events caused by the penetration effect in the detector. In this paper, we propose a precise method for modelling the system at the high spatial resolution of the A-PET using a LOR (line of response) based ML-EM (maximum likelihood expectation maximization) that allows for penetration effects. The proposed system model provides the detection probability of every possible ray-path via crystal sampling methods. For the ray-path sampling, the sub-LORs are defined by connecting the sampling points of the crystal pair. We incorporate the detection probability of each sub-LOR into the model by calculating the penetration effect. For comparison, we used a standard LOR-based model and a Monte Carlo-based modeling approach, and evaluated the reconstructed images using both the National Electrical Manufacturers Association NU 4-2008 standards and the Geant4 Application for Tomographic Emission simulation toolkit (GATE). An average full width at half maximum (FWHM) at different locations of 1.77 mm and 1.79 mm are obtained using the proposed system model and standard LOR system model, which does not include penetration effects, respectively. The standard deviation of the uniform region in the NEMA image quality phantom is 2.14% for the proposed method and 14.3% for the LOR system model, indicating that the proposed model out-performs the standard LOR-based model.