• 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 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.

• 대한방사선치료학회지
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• 제26권2호
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• pp.217-224
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• 2014

목 적 : Conventional, IMRT, VMAT을 이용한 CSI치료 시, Setup 오차에 따른 각 Junction부의 선량변화측정을 통해 치료계획을 비교한다. 대상 및 방법 : 본원에서 CSI 치료환자를 대상으로 이클립스 10.0(Eclipse10.0, Varian, USA)를 이용하여 Conventional, IMRT, VMAT 치료계획을 세웠다. 또한 필름측정을 위하여 각 치료계획마다 IMRT QA phantom을 적용한 Verification plan을 생성하였다. 이때, 각 치료기법의 Setup 오차는 0, 머리방향으로 2, 4, 6mm, 다리방향으로 2, 4, 6mm로 적용하였다.(이하, '+'는 머리 방향, '-'는 다리방향을 의미한다.) IMRT QA Phantom과 EBT2 film을 이용하여, 각 치료기법별로 Junction부의 Setup 오차를 0, +2, +4, +6, -2, -4, -6mm로 이동하여 조사하였다. Film을 Scan하여 감마지수(Gamma index,${\gamma}$)를 도출하여, 측정된 Film과 치료계획상의 선량분포와의 일치성을 확인한 후, Setup 오차에 따른 Conventional, IMRT, VMAT 치료계획별 선량분포도를 비교하였고, Homogeneity Index(HI)를 계산하여 표적 내 선량분포의 균일성을 분석하였다. 결 과 : Film으로 측정하여 얻은 감마지수는 90.49%로 Film scan값과 치료계획상의 선량분포와의 일치성을 확인하였다. 또한, 거리에 따른 선량분포도에 따르면, Setup 오차를 머리 방향으로 2, 4, 6mm설정하면 Conventional의 $^*Diff$(%)는 3.1, 4.5, 8.1, IMRT는 1.1, 3.5, 6.3, VMAT은 1.6, 2.5, 5.7으로 나타났다. 같은 방법으로 Setup 오차를 다리방향으로 2, 4, 6mm로 설정을 하면 Conventional의 $^*Diff$(%)는 -1.6, -2.8, -4.4, IMRT는 -0.9, -1.6, -2.9, VMAT은 -0.5, -2.2, -2.5으로 나타났다. Homogeneity Index(HI)는 Conventional 1.216, IMRT 1.095, VMAT 1.069로 값을 얻었다. 결 론 : Dose homogeneity와 Junction 부위에 대한 완만한 Dose gradient의 장점을 가진 IMRT와 VMAT을 이용한 CSI치료는 Conventional 기법보다 Setup 오차에 따른 Junction 부위의 선량의 변화가 적었고, 균일성 또한 좋게 나타났다. 이러한 적은 선량의 변화는 CSI치료 시 발생하는 Setup 오차에도 환자에게 위험성이 적음을 의미한다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제40권2호
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• pp.187-195
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• 2017

상안면부 외상(upper facial trauma)의 초기진단에서 standard Water's view (S-Water's)는 여러 구조물의 중첩과 얇은 뼈의 해부학적 특성 때문에 검사 시 적절한 노출조건, 정확한 환자위치잡이, 환자의 도움, 촬영자의 전문성과 숙련도가 필요하다. 본 연구는 엎드린 자세가 불가능한 경우 안와 골절에 대한 진단적 가치를 높이고 자 reverse Water's view (R-Water's)의 적절한 각도를 찾고자 하였다. 인체모형 팬텀를 사용하였고, 촬영조건은 75 kVp, 400 mA, 45 ms, 1 mAs, SID 100 cm였다. 검사방법은 팬텀을 테이블에 똑바로 누운 자세에서 orbito-meatal line (OML)의 각도를 $0^{\circ}$에서 $50^{\circ}$ 범위에서 촬영 각도를 조절하여 영상을 얻었다. R-Water's 영상 평가는 자체 개발한 평가항목을 토대로 분석하였다. 세부항목으로는 상악동(maxillary sinus), 관골궁(zygomatic arch), 추체부(petrous ridge)와 영상왜곡(image distortion)이었다. 통계분석은 Kippendorff's alpha와 kappa를 확장한 Fleiss' kappa를 적용하였다. 각 항목별 총 세 명의 평가자에 대한 일치도는 상악동, 0.957 (0.903, 0.995); 관골궁, 0.939 (0.866, 0.987); 추체부, 0.972 (0.897, 1.000); 영상 왜곡, 0.949 (0.830, 1.000)로 모두 높았다. 측정별 각도 구간을 분석에 대한 high-quality (HI)와 perfect agreement (PA)로 정의하여 각 항목별로 점수화한 결과, 상악동 ($36^{\circ}-44^{\circ}$), 관골궁 ($33^{\circ}-40^{\circ}$), 추체능선 ($32^{\circ}-50^{\circ}$), 영상왜곡 ($44^{\circ}-50^{\circ}$)구간에서 높았다. 본 연구결과 상안면부 외상환자에 있어 똑바로 누운 자세에서의 R-Water's의 적정 각도는 $36^{\circ}-40^{\circ}$로 판단된다. 본 연구결과는 단순촬영을 통한 안면부 골절의 신속한 진단에 도움을 줄 것으로 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권1호
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• pp.86-92
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• 2010

곡면 형태의 피부표면의 방사선량을 방사선크롬 필름과 열형광 선량계를 이용하여 측정하고자 한다. 또한 고정 장치의 사용으로 인한 고에너지 방사선의 피부보존효과의 감쇠를 정량적으로 측정하여 Monte-Carlo 프로그램으로 계산한 값과 비교하고자 한다. 머리-목 그리고 어깨의 곡면 형태를 모의하여 만든 11 cm 직경의 원통 팬텀에 $40{\times}40\;cm^2$의 조사야, SAD 100 cm, 6 MV의 방사선을 쪼였다. 또한 관련된 치료 상황과 유사한 조건으로 만들기 위해 그물망 형태의 고정 마스크를 원통형 팬텀에 씌워서 실험하였다. 원통 팬텀의 원둘레 주위를 따라 $0^{\circ}$에서 $360^{\circ}$까지의 피부선량곡선을 구하였다. 방사선크롬 필름을 이용하여 구한, 정면 입사위치($0^{\circ}$)에서의 피부선량은 최대값 깊이($D_{max}$) 방사선량의 47%, 접선 각도인 $90^{\circ}$에서는 61%로 측정되었다. 1.5 mm의 고정마스크를 씌운 경우 $0^{\circ}$ 입사지점에서는 59%, $80^{\circ}$에서는 78%였다. TLD를 통한 결과는 고정마스크를 씌운 경우 $0^{\circ}$ 입사지점에서는 66%, $80^{\circ}$에서는 80%였고 필름의 경우와 유사한 형태를 보였다. 고정 마스크를 머리-목 그리고 어깨 부위에 부착시켜서 치료를 하는 경우에 접선 부근 각도에서의 피부선량이 치료선량과 거의 같은 값을 보였다. 곡면 부위의 피부에는 고정성을 잃지 않는 범위 안에서 보다 더 얇고 더 구멍이 많이 뚫린 고정마스크를 사용해야 과도한 피부선량을 줄일 수 있을 것으로 사료된다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제17권4호
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• pp.321-328
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• 1999

목적 : 면역억제, 악성림프종 및 백혈병의 치료, 골수이식 등에 적용되는 전신방사선치료에 시행되는 좌우 이문대향조사법의 표면 방사선량 및 중심 방사선량의 균일성을 열형광선량계를 이용하여 확인하고자 하였다. 대상 및 방법 : 1996년 9월부터 1998년 8월까지 좌우 이문대향조사법으로 전신방사선치료를 시행한 10명의 환자 중 매번 방사선량이 측정된 8명의 환자를 대상으로 하였다. 열형광선량계를 사용하여 두부, 경부, 액와부, 대퇴부, 족관절부 등의 표면 선량을 측정하였고 인형 팬톰에서 동일한 조건하에서 두부, 경부, 액와부, 복부, 둔부 등의 표면 선량과 중심 선량을 측정하였다. 결과 : 중심부인 복부 처방 선량을 기준으로 할 때 부위별로 환자의 두부, 경부, 액와부, 대퇴부, 족관절부에서 표면 방사선량은 각각 $98.3{\pm}7.8,{\;} 98.3{\pm}7.5,{\;}95.1{\pm}6.3,{\;}98.3{\pm}5.5,P{\;}95.3{\pm}6.3\%$였다. 인형 팬톰에서 처방 선량에 대하여 두부, 경부, 액와부, 복부 및 둔부에서의 표면 방사선량은 각각 $85.0{\pm}4.0,{\;}86.6{\pm}5.8,{\;}83.9{\pm}4.9,{\;}94.8{\pm}5.3,{\;}94.88{\pm}2.8\%$였고, 중심 방사선량은 각각 $96.6{\pm}2.2,{\;}95.3{\pm}3.2,{\;}80.4{\pm}1.9,{\;}100.0{\pm}3.1,{\;}90.5{\pm}2.2\%$였다. 표면 선량 대비 중심 선량의 비는 두부, 경부, 액와부, 복부 및 둔부에서 각각 $1.14{\pm}0.06,{\;}1.10{\pm}0.09,{\;}0.96{\pm}0.05,{\;}1.06{\pm}0.06,{\;}0.95{\pm}0.02$였다. 인형 팬톰에서 얻은 표면 선량 대비 중심 선량의 비를 이용하여 환자에서의 중심 선량을 계산하였을 때, 두부, 경부, 액와부, 대퇴부, 족관절부에서 각각 $103.4{\pm}9.0,{\;}107.8{\pm}10.5,{\;}91.1{\pm}6.1,{\;}93.8{\pm}4.5,{\;}104.5{\pm}9.3\%$였다. 결론 : 환자에서의 측정된 표면 선량과 계산한 중심 선량의 분포는 $-8.9\~+7.8\%$였으나, 선량 분포가 $+5\%$ 이상 증가 또는 감소된 부위인 경부와 액와부에서는 인형 팬톰과 환자와의 좌우 두께의 차이에 의해서 실제보다 크게 계산되었으므로 실제 환자에서의 전신 선량 분포는 이보다 더 우수할 것으로 생각된다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.471-480
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• 2019

정상인을 대상으로 체질량지수, 전만각도에 따른 L-spine 3~4, L-spine 4~5, L-spine 5~Sacrum 1의 각각의 추간판각도를 비교 분석하여 입사각을 제시하였다. 체질량지수의 L-spine 3~4, L-spine 4~5, L-spine 5~Sacrum 1의 정면 입사각도는 머리 쪽 방향으로 5.66도, 13.23도, 29.13도였으며, 전만각도의 L-spine 3~4, L-spine 4~5, L-spine 5~Sacrum 1의 정면 입사각도는 머리 쪽 방향으로 6.32도, 16.09도, 35.36도였다. 체질량지수, 전만각도에 따른 정면 입사각도에 따라 적용한 팬텀의 일반 전후방향 영상의 왜곡정도를 면적비율로 비교한 결과 L-spine 4~5, L-spine 5~Sacrum 1의 추간판각도에서 유의미한 차이가 있었고(p<0.05), 전만각도와 추간판각도는 양의 상관관계를 보였다(p<0.05). 팬텀의 전만각도에 따른 추간판각도 계측 값을 머리 쪽 방향으로 입사각을 L4는 11도, L5는 26도로 적용하여 영상의 유용성을 평가한 결과, 왜곡비율면적은 L4에서 14.90%에서 12.11%로 줄어들었고, L5에서는 15.25%에서 13.72%로 줄어들었다. 계측된 추간판 각도에 따른 입사각을 적용한 허리뼈 일반 전후방향 영상에서 허리뼈 4번, 5번을 목적으로 하는 허리뼈 정면 영상에서 왜곡을 줄여, 정확한 구조의 정면 추체상과 인접하는 관절 간 영상을 얻을 수 있었고, 목적하는 부위의 영상의 질과 진단적 정보를 향상시킬 수 있었다.

• 핵의학기술
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• 제19권2호
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• pp.55-62
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• 2015

PET/CT 검사 시 피폭 선량 감소를 위한 방법들이 지속적으로 개발되고 있다. 본 논문에서는 사용자에 의해 parameter 변경이 가능한 3가지 방법인 automatic exposure control(AEC), automated dose-optimized selection of X-ray tube voltage(CAREkV), sinogram affirmed iterative reconstruction(SAFIRE) 적용 시 각 방법의 적용 시와 3가지 방법의 조합에 따른 피폭선량 감소효과와 영상의 질 그리고 SUV 변화 유무를 평가하였다. Bograph mCT64 (Siemens, Germany)장비를 사용하여 anthropomorphic head, chest, pelvis phantom을 torso 모형으로 접합하여 스캔하였다. 120 kV, 40 mAs 조건으로 AEC의 적용 유무와 120 kV, 40 mAs AEC 조건으로 CAREkV의 적용 유무에 따른 피폭 선량 감소 효과를 평가 하였다. 120 kV, 25 mAs SAFIRE 조건에서 영상을 획득하여 120 kV, 40 mAs SAFIRE 미적용 시 대비 노이즈와 피폭선량 감소효과가 평가되었다. 120 kV, 40 mAs AEC 적용, 120 kV, 25 mAs 3가지 방법의 조합 조건으로 AAPM perfomance, anthropomorphic, IEC body phantom을 스캔하여 노이즈, 공간 분해능, 피폭선량 감소효과 그리고 PET SUV의 변화 유무를 평가하였다. AEC 적용 시, 미적용 대비 CTDIvol 50.52%, DLP 50.62% 감소하였다. CAREkV 적용 시 100 kV가 적용됨에 따라 mAs가 61.5% 증가하였으나 CTDI 6.2%, DLP 5.5% 감소하였다. Reference mAs를 낮게 지정할수록, strength값을 높게 지정할수록 피폭선량 감소 효과는 증가하였다. SAFIRE의 경우 40 mAs에서 25 mAs로 tube current를 37.5% 감소시켰음에도 불구하고 mean SD 2.2%, DLP 38% 감소하였다. AAPM phantom에서는 3가지 방법의 조합 시 AEC 대비 SD는 5.17% 감소하였으며 공간 분해능의 경우 유의한 차이가 없었다. Torso phantom의 경우 3가지 조합에서 AEC 대비 mean SD 6.7% 증가, DLP 36.9% 감소하였으며 IEC phantom 실험에서 PET SUV는 통계적으로 유의한 차이가 없었다(P>0.05). 본 논문에서 CT선량 감소를 위한 각 방법들 모두 피폭 선량 감소 효과를 보였으며 3가지 방법의 조합을 통하여 화질 저하와 PET SUV 변화 없이 AEC만 적용 시 대비 36.9%의 선량감소 효과가 있는 것으로 나타났다. 선량 감소 방법들의 최적화를 통하여 환자 피폭선량 저감화를 위한 지속적인 노력이 필요하며 특히 방사선 감수성이 높은 소아 환자에 적극적으로 적용되어야 할 것으로 사료된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제46권2호
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• pp.255-262
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• 2014

During image-guided radiation therapy, the patient is exposed to unwanted radiation from imaging devices built into the medical LINAC. In the present study, the effective dose delivered to a patient from a cone beam computed tomography (CBCT) machine was measured. Absorbed doses in specific organs listed in ICRP Publication 103 were measured with glass dosimeters calibrated with kilovolt (kV) X-rays using a whole body physical phantom for typical radiotherapy sites, including the head and neck, chest, and pelvis. The effective dose per scan for the head and neck, chest, and pelvis were $3.37{\pm}0.29$, $7.36{\pm}0.33$, and $4.09{\pm}0.29$ mSv, respectively. The results highlight the importance of the compensation of treatment dose by managing imaging dose.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권5호
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• pp.1769-1780
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• 2022

A new method of dose calculation algorithm, called GPU-accelerated Monte Carlo and collapsed cone Convolution (GMCC) was developed to improve the calculation speed of BNCT treatment planning system. The GPU-accelerated Monte Carlo routine in GMCC is used to simulate the neutron transport over whole energy range and the Collapsed Cone Convolution method is to calculate the gamma dose. Other dose components due to alpha particles and protons, are calculated using the calculated neutron flux and reaction data. The mathematical principle and the algorithm architecture are introduced. The accuracy and performance of the GMCC were verified by comparing with the FLUKA results. A water phantom and a head CT voxel model were simulated. The neutron flux and the absorbed dose obtained by the GMCC were consistent well with the FLUKA results. In the case of head CT voxel model, the mean absolute percentage error for the neutron flux and the absorbed dose were 3.98% and 3.91%, respectively. The calculation speed of the absorbed dose by the GMCC was 56 times faster than the FLUKA code. It was verified that the GMCC could be a good candidate tool instead of the Monte Carlo method in the BNCT dose calculations.