• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.328-328
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• 2007

Large area matrix-addressed image detectors are a recent technology for x-ray imaging with medical diagnostic and other applications. The imaging properties of x-ray pixel detectors depend on the quantum efficiency of x-rays, the generated signal of each x-ray photon and the distribution of the generated signal between pixels. In a phosphor coated detector the light signal is generated by electrons captured in the phosphor screen. In our study we simulated the lateral spread distributions for phosphor coupled detector by Monte Carlo simulations. Most simulations of such detectors simplify the setup by only taking the conversion layer into account neglecting behind. The Monte Carlo code MCNPX has been used to simulate the complete interaction and subsequent charge transport of x-ray radiation. This has allowed the analysis of charge sharing between pixel elements as an important limited factor of digital x-ray imaging system. The parameters are determined by lateral distribution of x-ray photons and x-ray induced electrons. The primary purpose of this study was to develop a design tool for the evaluation of geometry factor in the phosphor coupled optical imaging detector. In order to evaluate the spatial resolution for different phosphor material, phosphor geometry we have developed a simulation code. The developed code calculates the energy absorption and spatial distribution based on both the signal from the scintillating layer and the signal from direct detection of x-ray in the detector. We show that internal scattering contributes to the so-called spatial resolution drop of the image detector. Results from the simulation of spatial distribution in a phosphor pixel detector are presented. The spatial resolution can be increased by optimizing pixel size and phosphor thickness.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제41권2호
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• pp.141-148
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• 2018

This study examined the properties of photons and the dose distribution in a human body via a simulation where the total body irradiation(TBI) is performed on a pediatric anthropomorphic phantom and a child size water phantom. Based on this, we tried to find the optimal photon beam energy and material for beam spoiler. In this study, MCNPX (Ver. 2.5.0), a simulation program based on the Monte Carlo method, was used for the photon beam analysis and TBI simulation. Several different beam spoiler materials (plexiglass, copper, lead, aluminium) were used, and three different electron beam energies were used in the simulated accelerator to produce photon beams (6, 10, and 15 MeV). Moreover, both a water phantom for calculating the depth-dependent dosage and a pediatric anthropomorphic phantom for calculating the organ dosage were used. The homogeneity of photon beam was examined in different depths for the water phantom, which shows the 20%-40% difference for each material. Next, the org an doses on pediatric anthropomorphic phantom were examined, and the results showed that the average dose for each part of the body was skin 17.7 Gy, sexual gland 15.2 Gy, digestion 13.8 Gy, liver 11.8 Gy, kidney 9.2 Gy, lungs 6.2 Gy, and brain 4.6 Gy. Moreover, as for the organ doses according to materials, the highest dose was observed in lead while the lowest was observed in plexiglass. Plexiglass in current use is considered the most suitable material, and a 6 or 10 MV photon energy plan tailored to the patient condition is considered more suitable than a higher energy plan.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제40권1호
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• pp.93-99
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• 2017

Monte Carlo 시뮬레이션을 이용하여 MV X, ${\gamma}$선에서의 선량증가 효과를 평가하였다. MCNPX code를 이용하여 ICRU 평판형(Slab) 모의피폭체를 전산모사하였으며, 입사 광자의 에너지, 선량증가 물질의 종류 및 농도에 따른 영향을 분석하였다. 선량증가 물질은 금(aurum), 가돌리늄(gadolinium), 요오드(iodine), 산화철(iron oxide)에 대해 비교 평가하였으며, 입사에너지는 선형가속기에서 발생된 4, 6, 10, 15 MV X선의 스펙트럼과 Co 60의 ${\gamma}$선원을 사용하였다. 모의피폭체 내에 7, 18, 30 mg/g 농도의 물질을 삽입하였으며, 선량증가 효과의 정량적 평가를 위해 선량증가비를 산출하였다. X선의 입사에너지가 낮을수록, 선량증가 물질의 농도가 높을수록 높은 선량증가비를 나타내었으며, 최대 선량증가비는 금 1.079, 가돌리늄 1.062, 요오드 1.049, 산화철 1.035를 보여 금, 가돌리늄, 요오드, 산화철 입자 순으로 높은 선량증가 효과를 보였다. 이러한 결과는 In-vivo, vitro 연구의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제48권4호
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• pp.197-203
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• 2023

Background: The thermoluminescent dosimeter (TLD) and Monte Carlo (MC) dosimetry are carried out to determine the occupational dose for personnel in the handling of ¹²⁵I seed sources. Materials and Methods: TLDs were placed in different layers of the Alderson-Rando phantom in the thyroid, lung and also eyes and skin surface. An ¹²⁵I seed source was prepared and its activity was measured using a dose calibrator and was placed at two distances of 20 and 50 cm from the Alderson-Rando phantom. In addition, the Monte Carlo N-Particle Extended (MCNPX 2.6.0) code and a computational phantom with a lattice-based geometry were used for organ dose calculations. Results and Discussion: The comparison of TLD and MC results in the thyroid and lung is consistent. Although the relative difference of MC dosimetry to TLD for the eyes was between 4% and 13% and for the skin between 19% and 23%, because of the existence of a higher uncertainty regarding TLD positioning in the eye and skin, these inaccuracies can also be acceptable. The isodose distribution was calculated in the cross-section of the head phantom when the ¹²⁵I seed was at two distances of 20 and 50 cm and it showed that the greatest dose reduction was observed for the eyes, skin, thyroid, and lungs, respectively. The results of MC dosimetry indicated that for near the head positions (distance of 20 cm) the absorbed dose rates for the eye lens, eye and skin were 78.1±2.3, 59.0±1.8, and 10.7±0.7 µGy/mCi/hr, respectively. Furthermore, we found that a 30 cm displacement for the ¹²⁵I seed reduced the eye and skin doses by at least 3- and 2-fold, respectively. Conclusion: Using a computational phantom to monitor the dose to the sensitive organs (eye and skin) for personnel involved in the handling of ¹²⁵I seed sources can be an accurate and inexpensive method.

• Radiation Oncology Journal
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• 제28권4호
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• pp.224-230
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• 2010

목적: 본 연구에서는 콘빔 CT에서 산란선 제거를 위한 aft-multple-slit (AMS) 시스템을 설계하였다. 예비 연구로서 본 시스템의 효용성을 검증하기 위해 MC 시뮬레이션을 수행하였다. 대상 및 방법: 가상 시뮬레이션은 산란선과 산란선+일차선을 계산할 수 있는 MCNPX의 radiography tally 5를 이용하였다. AMS는 빔의 발산성을 고려한 각이 동일한 아크 형태이고, 길이 방향에서의 산란선을 막는다. AMS의 효용성을 위한 평가는 AMS를 사용하지 않았을 때의 일차선과 산란선을 비교함으로써 수행되었다. 2D projection 영상을 얻기 위해 전체의 AMS는 한번의 캔트리 회전 후 AMS에 의해 가려진 부분의 영상 획득을 위해 다시 한 번 회전하는 구조이다. 결과: 일차선의 2D projection 영상은 모든 AMS의 폭에서 그리고 AMS를 사용하지 않았을 때에도 동일하였으나 일차선+산란선의 2D projection 영상은 slit의 폭에 따라 결과가 변했다. Slit의 폭을 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm로 하였을 때 평균 산란성 제거율은 29%, 15%, 9%, 8%였다. 결론: 본 연구에서는 AMS를 이용한 콘빔 CT의 산란선 제거 효과를 평가하였다. MC 시뮬레이션을 이용한 본 시스템의 사전 연구에서는 상당한 산란선 제거 효과를 보여주었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권4호
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• pp.292-302
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• 2012

최근 방사선치료 분야에 있어서 환자 선량이 중요한 쟁점이 되고 있다. 선량 감소를 위해 선진 기술을 이용한 방사선치료 시 사용하는 진단영상 장비에 대한 평가가 이루어져야 한다. 특히 CT는 방사선치료 분야에서 널리 사용되는 영상 장비이며, 본 연구에서는 CT의 선량과 영상에 대한 평가를 실시하였다. 선량과 영상을 동시에 비교할 수 있도록 동일한 조건 하에서 평가를 실시하였다. 또한 몬테카를로 시뮬레이션 툴인 MCNPX를 이용한 선량과 영상 평가가 가능하다는 것을 확인하였다. 저 선량 CT 영상의 질을 향상시키기 위하여 MLEM기법을 이용한 반복적 영상재구성 기법을 구축하였다. 본 연구의 평가 방법을 통해 방사선 치료 분야에서의 환자 선량을 줄이는 것뿐만 아니라 산업 연구 분야에서의 영상장비들의 총체적인 평가가 가능할 것이다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권7호
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• pp.2334-2340
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• 2021

Radioactive particle tracking (RPT) is a minimally invasive nuclear technique that tracks a radioactive particle inside a volume of interest by means of a mathematical location algorithm. During the past decades, many algorithms have been developed including ones based on artificial intelligence techniques. In this study, RPT technique is applied in a simulated test section that employs a simplified mixer filled with concrete, six scintillator detectors and a¹³⁷Cs radioactive particle emitting gamma rays of 662 keV. The test section was developed using MCNPX code, which is a mathematical code based on Monte Carlo simulation, and 3516 different radioactive particle positions (x,y,z) were simulated. Novelty of this paper is the use of a location algorithm based on a deep learning model, more specifically a 6-layers deep rectifier neural network (DRNN), in which hyperparameters were defined using a Bayesian optimization method. DRNN is a type of deep feedforward neural network that substitutes the usual sigmoid based activation functions, traditionally used in vanilla Multilayer Perceptron Networks, for rectified activation functions. Results show the great accuracy of the DRNN in a RPT tracking system. Root mean squared error for x, y and coordinates of the radioactive particle is, respectively, 0.03064, 0.02523 and 0.07653.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.315-315
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• 2010

양성자 빔을 이용하여 두경부 암 치료를 South Africa의 iTHEMBA에서 시행하고 있다. 200 MeV의 양성자 빔라인으로부터 진공에서 대기로 인출하여 노즐을 통과하여 종양세포에 조사된다. 치료계획에 적합하게 빔에너지와 모양을 변환하고, 빔을 모니터링하는 기계적 장치들이 노즐에 구성된다. 빔라인에는 이온챔버, Steering Magnet, Multi-wire 이온챔버, Range trimmer plates, lead scattering plate, Double-wedge energy degrader, Multi-layer Faraday cup, Range modulator, Range monitor, occluding ring, Shielding collimators, Quadrant and monitor ionization chamber, Treatment collimator, 그리고 Wellhofer dosimetry tank로 구성되어 있다. 총길이는 6.6m이며 노즐 끝에서 환자의 isocenter 까지는 30cm 정도 아래에 위치한다. 상기의 배치를 갖는 시스템의 양성자 scattering system의 성능을 MCNPX v2.5.0 Monte Carlo simulation을 실시하였다. 또한 정확한 선량을 실시간으로 측정하는 방법인 투과형 검출기를 개발하여 치료와 빔 특성을 동시에 수행하는 기술개발연구가 보고되고 있다. 본 연구에서는 Multileaf Faraday Cup (MLPC) 검출기 설계구조와 데이터 측정방법에 관한 연구를 수행하고자 한다. 빔의 전송 방향으로 3개층의 $4{\times}4$ 배열의 구조로 48 channel의 전류값을 측정하여 입자빔의 분포를 실시간으로 관측하고, 측정된 전류는 ADC를 거쳐 치료계획에 의해 선택된 영역의 SOBP를 유지하도록 range modulation propeller를 조절하는 feed-back system을 갖춘 방사선치료빔 실시간 측정장치 개발에 관한 결과를 보고하고자 한다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제41권1호
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• pp.71-79
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• 2016

연구배경: 생활주변방사선 안전관리법에 의한 가공제품의 방사선학적 안전성 평가를 위해서는 가공제품에 함유된 천연방사성핵종의 정량적 평가가 필요하다. 기존 분석법을 위한 파괴적 전처리는 높은 수준의 기술과 많은 시간이 소요되고, 측정 후 가공제품의 재사용을 불가능하게 하는 단점이 있다. 본 연구에서는 가공제품에 함유된 천연방사성핵종인 토륨계열의 방사능을 평가하기 위해 전처리 과정이 생략되거나 최소화된 방법인 간단/신속 분석법을 개발하였다. 재료 및 방법: 개발된 분석법은 감마분광분석 시스템을 이용하여 전처리 없이 가공제품의 방사능을 간단하고 신속하게 측정하고, 시료의 구성물질, 밀도, 기하학적 형태에 대한 보정을 통하여 방사능을 정확하게 평가할 수 있는 방법이다. 상기 요소에 대한 보정을 위해 변환상수 개념을 도입하였으며, 방사선수송 전산모사를 통해 변환상수를 도출하였다. 본 연구의 대상으로는 일반인이 흔하게 사용하고, 인체에 착용하거나 인체 접촉이 많은 가공제품, 즉 일반인에게 상대적으로 높은 피폭방사선량을 초래할 수 있는 대표적인 가공제품이 선정되었다. 본 연구에서 선정된 가공제품은 건강목걸이, 건강팔찌, 남성용 건강보조기구, 매트 형태의 가공제품에 장착된 타일이었다. 결과 및 고찰: 상기 제품에 대한 변환상수를 Monte Carlo N-Particle eXtended (MCNPX)를 이용하여 도출하였으며, 도출된 변환상수는 0.31-0.47의 범위에 분포하였다. 전처리 없이 가공제품 원형을 그대로 측정한 단순 측정 분석법의 경우 가공제품에 함유된 토륨계열의 방사능은 실제보다 약 2.8배까지 과대평가 되었다. 본 연구에서 개발한 간단/신속 분석법을 사용하는 경우에는 전처리를 통한 정밀분석법과 비교하여 그 차이가 3-24% 정도로 크게 줄어들었다. 결론: 본 연구에서 개발한 분석법은 향후 추가적인 가공제품의 재질 및 형태에 대한 변환상수의 개발을 통해 다양한 가공제품의 방사선학적 안정성 평가에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제28권3호
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• pp.77-82
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• 2017

We proposed the objective ROC analysis method based on the setting of threshold value for evaluation of single photon emission computed tomography (SPECT) image. This proposed ROC analysis method uses the quantification computational threshold value to each signal on the SPECT image. The SPECT images for this study were acquired by using Monte Carlo n-particle extended simulation code (MCNPX, Ver. 2.6.0, Los Alamos National Laboratory, USA). The basic SPECT detectors and specific water phantom were realized in the simulation, and we could get the simulation results by the simulation operation. We tried to analyze the reconstructed images using threshold value application based objective ROC method. We can get the accuracy information of reconstructed region in the image. This proposed ROC technique can be helpful when we have to evaluate the weak signal for the NM image. In this study, the proposed threshold value based computational ROC analysis method can provide better objectivity than the conventional ROC analysis method.