• 한국방사선학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.45-52
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• 2024

본 연구에서는 의료기관에서 방사성동위원소를 이용하여 암을 비롯한 여러 질환을 검사하는 PET/CT 검사에서 환자의 움직임으로 인한 영상의 질 저하와 판독 오류를 발생할 수 있는 점을 보완하기 위해 AI 기반의 Algorithm을 이용하여 개발한 Mothion Free 소프트웨어를 이용하여 호흡으로 인한 움직임의 보정 정도를 확인하고 유용성을 평가하여 임상에서의 적용을 위한 연구를 하였다. 실험 방법은 RPM Phantom을 사용하여 방사성동위원소 18F-FDG를 진공 바이알과 서로 다른 크기 NEMA IEC body Phantom의 sphere에 방사성동위원소를 주입하고 이것의 움직임을 호흡 시 움직이는 병소로 연출하여 영상을 획득하였다. 진공 바이알은 서로 다른 위치에서 움직임 정도를 다르게 하였고, 서로 다른 크기 NEMA IEC body Phantom의 sphere는 서로 다른 병소의 크기를 연출 하였다. 획득한 영상을 통하여 병소의 체적, 최대 SUV, 평균 SUV를 각각 측정하여 Mothion Free가 움직임 보정 정도를 정량적 평가를 하였다. 움직임 정도를 크게 설정한 진공바이알 A의 평균 SUV는 23.36 %, 움직임 정도를 작게 설정한 진공 바이알 B는 29.3 % 오차율이 감소하였다. NEMA IEC body Phantom의 sphere 37 mm, 22 mm에서의 평균 SUV는 각각 29.3 %, 26.51 % 오차율이 감소하였다. 오차율을 산출한 네 가지 측정치의 평균 오차율 30.03 % 감소하여 보다 정확한 평균 SUV 값을 나타내었다. 이 연구에서는 2차원적인 움직임 만을 연출할 수 있었기에 보다 정확한 데이터를 얻기 위해서는 실제 인체의 호흡 운동을 구현할 수 있는 Phantom을 이용하고, 움직임의 범위의 다양성을 구성한다면 보다 정확한 유용성 평가를 할 수 있다고 연구된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제25권2호
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• pp.167-173
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• 2013

목 적: CBCT와 EXACTRAC을 이용한 Spine 체부정위적방사선 치료 Set up 시 이미지 보정 값과 실제 오차의 차이를 측정하고, 이 오차 값이 미치는 선량분포를 계산하여 CBCT와 EXACTRAC의 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: Set up 오차 보정 값과 실제 오차 비교 실험을 위해서 QA용 Cubic phantom (The EASY CUBEr, Euromechanics, Schwarzenbruck, Germany)을 이용하였고, phantom의 중심축을 인위적으로 LR 방향으로 -1 mm, -2 mm, -3 mm SI 방향으로 1 mm, 2 mm, 3 mm 그리고 AP방향으로 1 mm, 2 mm, 3 mm 이동시켰으며, 중심축을 $0.5^{\circ}$씩 좌우로 회전시켜 CBCT와 EXACTRAC의 Auto matching 보정 값과 비교 측정하였으며, 이동된 오차 값을 가정하여 Rando Phantom을 이용한 Spine SBRT 플랜에 적용하여 재계산을 시행하였다. 결 과: Set up 보정 값과 실제 오차 비교실험에서 3D CBCT의 평균값은 LR, SI, AP 방향으로 0.15 mm 회전방향으로 $0.04^{\circ}$였고 EXACTRAC의 평균값은 LR, SI, AP 방향으로 0.18 mm 회전방향으로 $0.07^{\circ}$였다. 이동 값 오차를 가정한 선량 재계산 결과, SI방향 2, 3 mm 이동 시 $V_{10}$ (종양의 용적에 10 Gy가 들어가는 선량) Volume이 각각 10.574%, 10.712%가 나타났고 LR방향 -3 mm 이동 시 12.076%로 가장 높게 나타났다. 결 론: CBCT와 EXACTRAC의 Set up 보정 값과 실제 오차는 1 mm, $0.1^{\circ}$ 미만으로 두 시스템 모두 매우 정밀한 set up 오차보정을 보였다. 그러나 선량 재계산 시 3 mm 이상의 오차가 발생한 경우, Spine SBRT 치료 시 Spinal cord에 들어가는 선량이 $V_{10}$에서 3% 이상 최대선량 13 Gy 이상 증가함으로서 치명적인 흡수선량 오류가 발생할 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 저자는 1회에 한한 Spine SBRT 치료 시 정확도 측면에서 종양의 단면 정보를 위치적으로 제공하는 CBCT가 더 유용할 것으로 사료된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제22권2호
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• pp.145-153
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• 2010

목 적: 움직이는 종양의 방사선치료에서 종양의 크기와 호흡에 따른 움직임을 고려한 ITV를 정확하게 결정하기 위하여 나선형 전산화 단층촬영(helical CT)과 호흡동기 전산화 단층촬영(4D CT)으로부터 획득한 영상에 나타난 표적의 용적을 정량적으로 분석하였다. 대상 및 방법: 지름이 1.5 cm, 3 cm, 6 cm인 아크릴 구를 상 하위로 움직이는 팬텀에 위치하고 LightSpeed $RT^{16}$ CT simulator를 이용하여 영상을 획득하였다. 종양의 움직임에 따른 표적의 정확한 묘사에 대한 영향을 평가하기 위하여 1~4 cm로 종양이 움직이고, 그 호흡주기가 3∼6초인 경우로 설정하여 MIP 영상을 얻어 표적 용적을 비율로써 분석하였다. 결 과: 1.5 cm, 3 cm, 6 cm 표적의 Ratio$_{helical}$은 각각 $32{\pm}14%$, $45{\pm}14%$, $58{\pm}13%$로 나타났고 4D CT로 얻은 Ratio$_{MIP}$는 각각 $98{\pm}8%$, $97{\pm}5%$, $95{\pm}1%$였다. 결 론: 4D CT의 MIP 영상에 묘사된 표적의 체적은 helical CT에서 얻은 체적과 비교할 때 그 궤적을 잘 반영해 주었다. 비록 작고 움직임이 큰 표적은, 예를 들어 1.5 cm 지름의 표적이 4 cm의 거리를 움직일 때, 예상되는 체적의 86%를 나타내어 실제보다 체적이 적게 평가될 수 있었으며, 다른 조건에서는 표적의 크기나 호흡에 의한 움직임에 대하여 체적의 $97.1{\pm}4.4%$를 반영했다. 특히 크기가 작아 신중한 주의를 요하는 초기 병기의 종양에 대하여, 호흡에 의한 움직임이 크고 호흡이 불안정한 경우에 MIP 영상을 이용하여 표적의 체적을 나타내는 것이 적절하다고 사료된다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제16권2호
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• pp.19-26
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• 1993

Magnetic Resonance Image represents three-dimensional diagnostic imaging technique using both nuclear magnetic resonance phenomenon and computer. Compared with computed tomography (CT), MRI have advantages harmless to patient's body, three-dimensional image with high resolution and disadvantages long data acquisition time because of long T1 relaxation time, relatively low signal to noise ratio, high cost of setting, also. As physiologic motion of tissue results in motion ghost in MRI, high 2.0Tesla make improve low signal to noise ratio. This study have aim to improve image quality with controling motion ghost of tissue. Supposing a moving pixel in constant frequency, one pixel make two ghosts which are same size and different anti-phase. So, this study will show adjust parameter on locational control of motion ghost. Author made moving phantom replaced by respiratory movement of human, researched change of motion frequency, FOV by location shift, and them decided optimal FOV (field of view). The results are as follows: 1. The frequency content of the motion determines how far the image always appear in phase-encoding direction, the morphology of the ghost image is characteristic of the direction of the motion and its amplitude. 2. Double FOV of fixed signal object for locational control of motion ghost is recommended. Decreasement of spatial resolution by increasing FOV can compensate on increasing of matrix in spite of scan time increasement.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제28권5호
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• pp.676-683
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• 2007

A non-invasive respiratory gated radiotherapy system like those based on external anatomic motion gives better comfortableness to patients than invasive system on treatment. However, higher correlation between the external and internal anatomic motion is required to increase the effectiveness of non-invasive respiratory gated radiotherapy. Both of invasive and non-invasive methods need to track the internal anatomy with the higher precision and rapid response. Especially, the non-invasive method has more difficulty to track the target position successively because of using only image processing. So we developed the system to track the motion for a non-invasive respiratory gated system to accurately find the dynamic position of internal structures such as the diaphragm and tumor. The respiratory organ motion tracking apparatus consists of an image capture board, a fluoroscopy system and a processing computer. After the image board grabs the motion of internal anatomy through the fluoroscopy system, the computer acquires the organ motion tracking data by image processing without any additional physical markers. The patients breathe freely without any forced breath control and coaching, when this experiment was performed. The developed pattern-recognition software could extract the target motion signal in real-time from the acquired fluoroscopic images. The range of mean deviations between the real and acquired target positions was measured for some sample structures in an anatomical model phantom. The mean and max deviation between the real and acquired positions were less than 1mm and 2mm respectively with the standardized movement using a moving stage and an anatomical model phantom. Under the real human body, the mean and maximum distance of the peak to trough was measured 23.5mm and 55.1mm respectively for 13 patients' diaphragm motion. The acquired respiration profile showed that human expiration period was longer than the inspiration period. The above results could be applied to respiratory-gated radiotherapy.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제24권3호
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• pp.183-190
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• 2013

광 음향 영상 장치는 최근 들어 연구와 개발이 활발히 진행 중이며 암을 조기 진단할 수 있는 장치로서의 가능성을 보이고 있다. 본 연구에서는 유방암 조기 진단을 위하여 광 음향 단층촬영 방식의 영상 장치를 개발하고 팬텀을 이용하여 그 유용성을 평가하고자 한다. 튜브 팬텀과 닭 가슴살 팬텀을 제작하고 이동 평균 필터와 3~6 MHz의 대역폭을 갖는 대역 통과 여파기를 설계하여 잡음을 제거하고 시간 지연 빔 형성(delay-and-sum beamforming) 알고리즘을 이용하여 광음향 영상을 재구성 하였다. 연구 결과 영상의 재구성에 있어서 빔 형성 알고리즘을 적용하기 전에 대역 통과 여파기와 같은 신호 처리가 효과적임을 보였다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제41권6호
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• pp.561-566
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• 2018

Field-in-Field Technique is applied to the radiation therapy of breast cancer patients, and it is possible to compensate the difference in breast thickness and deliver uniform dose in the breast. However, there are several fields in the treatment field that result in a more complex dose delivery than a single field dose delivery. If the patient's respiration is irregular during the delivery of the dose by several fields and the change of respiration occurs, the dose distribution in the breast changes. Therefore, based on the computed tomography images of breast cancer patients, a human model was created by using a 3D printer (Builder Extreme 1000) to describe the volume in the same manner. A computerized tomography (CT) of the human body model was performed and a treatment plan of 260 cGy / fx was established using a 6-MV field-in-field technique using a computerized treatment planning system (Eclipse 13.6, Varian, USA). The distribution of the dose in the breast according to the change of the respiration was measured using a moving phantom at 0.1 cm, 0.3 cm, 0.5 cm amplitude, using a MOSOXIDE Silicon Field Effect Transistor (MOSFET, Best Medical, Canada) Were measured and compared. The distribution of dose in the breast according to the change of respiration showed similar value within ${\pm}2%$ in the movement up to 0.3 cm compared to the treatment plan. In this experiment, we found that the dose distribution in the breast due to the change of respiration when the change of respiration was increased was not much different from the treatment plan.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제47권3호
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• pp.111-133
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• 2022

The exciting advancement related to the "modeling of digital human" in terms of a computational phantom for radiation dose calculations has to do with the latest hype related to deep learning. The advent of deep learning or artificial intelligence (AI) technology involving convolutional neural networks has brought an unprecedented level of innovation to the field of organ segmentation. In addition, graphics processing units (GPUs) are utilized as boosters for both real-time Monte Carlo simulations and AI-based image segmentation applications. These advancements provide the feasibility of creating three-dimensional (3D) geometric details of the human anatomy from tomographic imaging and performing Monte Carlo radiation transport simulations using increasingly fast and inexpensive computers. This review first introduces the history of three types of computational human phantoms: stylized medical internal radiation dosimetry (MIRD) phantoms, voxelized tomographic phantoms, and boundary representation (BREP) deformable phantoms. Then, the development of a person-specific phantom is demonstrated by introducing AI-based organ autosegmentation technology. Next, a new development in GPU-based Monte Carlo radiation dose calculations is introduced. Examples of applying computational phantoms and a new Monte Carlo code named ARCHER (Accelerated Radiation-transport Computations in Heterogeneous EnviRonments) to problems in radiation protection, imaging, and radiotherapy are presented from research projects performed by students at the Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) and University of Science and Technology of China (USTC). Finally, this review discusses challenges and future research opportunities. We found that, owing to the latest computer hardware and AI technology, computational human body models are moving closer to real human anatomy structures for accurate radiation dose calculations.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권2호
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• pp.91-98
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• 2012

방사선치료 중 내부 장기의 움직임을 확인하고 이를 보정하는 것은 움직이는 종양에 정확히 방사선을 조사하는데 매우 중요한 역할을 한다. 실제 치료 중 획득한 연속촬영 전자조사 문(cine EPID) 영상을 이용해 치료 중 내부 장기 움직임을 추적하는 오프라인 기반 분석 시스템(IMVS, Internal-organ Motion Verification System using cine EPID)을 개발하였고 모형을 이용하여 개발된 시스템의 정확도와 유용성을 평가했다. IMVS는 cine EPID영상을 이용한 내부 장기 움직임 추적을 위해 내부 표지자를 이용한 유형 정합 알고리즘을 이용했다. 시스템의 성능평가를 위해 폐와 폐 종양을 묘사한 인체 모형과 이를 상하(SI, superior-inferior)방향으로 직선 운동시키는 구동 장치와 제어 프로그램을 고안했다. 모형을 4초 주기로 2 cm 직선 운동 시키면서 10 MV X선으로 3.3 fps, 6.6 fps속도로 cine EPID 영상($1,024{\times}768$ 해상도)를 획득했다. 획득된 cine EPID 영상은 IMVS를 이용하여 표적의 움직임을 추적하고 기존 외부 표지자를 이용한 비디오 영상 기반 추적시스템(RPM, Real-time Position Management, Varian, USA)으로부터 얻은 결과와 비교했다. 정량적 평가를 위해 두 시스템으로부터 움직임의 평균 주기(Peak-To-Peak), 진폭과 패턴(RMS, Root Mean Square)을 측정하여 비교했다. RPM과 IMVS로 측정한 폐 종양 모형의 움직임 주기는 각각 $3.95{\pm}0.02$ (RPM), $3.98{\pm}0.11$ (IMVS 3.3 fps), $4.005{\pm}0.001$ (IMVS 6.6 fps) 초로 실제움직임 주기인 4초와 잘 일치했다. IMVS로 획득한 모형 내부장기의 평균 움직임 진폭은 3.3 fps에서 $1.85{\pm}0.02$ cm, 6.6 fps에서 $1.94{\pm}0.02$ cm으로 실제 진폭 2 cm에 비해 각각 0.15 cm (오차 7.5%) 및 0.06 cm (오차 3%)의 차를 보였다. 움직임 신호의 일치성 평가를 위해 측정한 RMS는 0.1044 (IMVS 3.3 fps), 0.0480 (IMVS 6.6 fps)로 계획된 신호와 잘 일치 했다. cine EPID 영상을 이용하여 내부 표지자의 움직임을 추적하는 IMVS는 모형 실험에서 내부 장기의 움직임을 3% 오차 내에서 확인 가능했다. IMVS는 치료 중 내부장기 움직임을 측정하고 이를 사차원 방사선 치료계획과 비교하여 오차를 보정하는데 기여할 것으로 생각된다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제45권4호
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• pp.313-320
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• 2022

Both angiography and interventional procedures accompanied by angiography provide many diagnostic and therapeutic benefits to patients and are rapidly increasing. However, unlike general radiography or computed tomography using the same X-ray, the amount of radiation is quite high, but the dose range can vary considerably for each patient and operator. The high sensitivity of the lens to radiation during cerebral angiography and neurointervention is already well known, and although there are many related studies, it is insufficient to easily reduce radiation in diagnosis and treatment. In this situation, in particular, by adding three-dimensional rotational angiography (3D-RA) to the existing two-dimensional (2D) angiography, it is now possible to make an accurate diagnosis. However, since this 3D-RA acquires images through projection of more radiation than before, the exposure dose of the lens may be higher. Therefore, we tried to analyze whether the radiation dose of the lens can be reduced by moving the lens out of the field range by adjusting the table height and magnification ratio during the examination using 3D-RA. The surface dose was measured using a rando phantom and a radiophotoluminescent glass dosimeter (PLD) and the radiation dose was compared by adjusting the table height and magnification ratio based on the central point. As a result, it was found that the radiation dose of the lens decreased as the table height increased from the central point, that is, as the lens was out of the field of view. In conclusion, in 3D-RA, moving the table position of about 2 cm in height will make a significant contribution to the dose reduction of the lens, and it was confirmed that adjusting the magnification ratio can also reduce the surface dose of the lens.