• 한국방사선학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.741-748
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• 2021

본 연구의 목적은, 몬테 카를로 시뮬레이션 기반 조준기 길이와 검출기 두께 변화에 따른 Cadimium Zinc Telluride (CZT) 와 NaI 검출기 물질을 변화하면서 영상의 질을 비교 평가 해보고자 한다. CZT 와 NaI 검출기 물질 기반 감마카메라를 각각 모사하였고, 조준기 길이는 1, 2, 3, 4, 5, 6 cm, 검출기 두께는 1, 3, 5, 7 mm 로 설정하였다. 1 MBq의 점선원을 이용해 민감도, 4.45, 3.80, 3.15, 2.55 mm 의 지름을 가진 자체 제작한 팬텀을 모사하고, 가장 큰 지름인 4.45 mm 영상에 관심영역을 설정하여 signal to noise ratio (SNR)과 프로파일을 이용하여 각각 획득영상을 분석하였다. 조준기 길이에 따른 CZT 검출기 기반 민감도는 2.3 ~ 48.6 cps/MBq, NaI 검출기 기반 민감도는 1.8 ~ 43.9 cps/MBq 이고, CZT 검출기 기반 팬텀을 활용한 SNR은 3.6 ~ 9.8, NaI 검출기 기반 팬텀 SNR은 2.9~9.5다. 조준기 길이 변화에 따른 프로파일은 조준기의 길이가 증가할수록 영상의 공간 분해능이 향상함을 확인하였다. 또한, 검출기 두께에 따른 CZT 검출기 기반 민감도는 0.04 ~ 0.12 cps/MBq 이고, NaI 검출기 기반 민감도는 0.03 ~ 0.11 cps/MBq 다. CZT 검출기 기반 팬텀 SNR은 7.3~9.8 이며, NaI 검출기 기반 팬텀 SNR은 5.9~9.5다. 또한, 검출기 두께 변화에 따른 프로파일은 검출기 두께가 증가할수록 산란선이 증가함으로써 영상의 공간 분해능이 감소함을 확인하였다. 이 연구데이터를 기반으로 영상 획득 목적에 따라 검출기의 종류와 두께, 조준기의 길이를 선택하여 최고의 영상의 질을 획득할 수 있어야 한다.

• 핵의학기술
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• 제14권1호
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• pp.83-89
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• 2010

UltraSPECT사의 Wide Beam Reconstruction (WBR)은 노이즈(Noise)와 조준기의 광속 확산 함수 효과(Beam spread function effect)를 제거하고 환자와의 거리를 자동적으로 보상하여 높은 해상도와 대조도를 제공할 수 있어 영상 획득 시간을 짧게 할 수 있고 상당한 영상 질 향상에 도움을 준다고 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 핵의학 분야에서 가장 흔히 이용되는 전신 뼈 스캔에 대해 WBR의 임상적 적용에 대한 유용성을 알아보고자 한다. XpressBone (WBR)의 성능 실험을 위하여 NEMA에서 제공하는 방법에 의하여 선원(Line source)과 SPECT Phantom을 이용하여 공간 분해능을 측정 분석하였다. 실험방법은 선원의 총 계수치를 200 kcps에서 300 kcps로 변화시켜 측정하였으며, SPECT Phantom은 매트릭스 크기를 변화시켜 측정하여 공간분해능에 대한 분석을 하였다. 또한 2009년 1월부터 2009년 9월까지 본원을 내원하여 뼈 스캔을 시행 받은 환자 40명을 두 군으로 나누어 임상 연구를 시행하였다. 1군은 $^{99m}Tc$-HDP 740 MBq (20mCi)를 투여하고 검사속도(20, 30 cm/min)를 변화시켰고, 2군은 동일한 검사속도에서 $^{99m}Tc$-HDP의 투여량을 변화시켜 영상을 획득하여 Standard data와 WBR기법으로 재구성한 영상을 비교 평가하였다. 분석방법은 대퇴골체부에서 뼈와 연부조직간 섭취비(Femur to tissue ratio: FTR)를 측정한 정량적인 분석과 핵의학과 전문의와 5년 이상의 실무경험을 가진 방사선사가 육안적인 분석을 하여 비교 평가하였다. 성능 실험에서 선원을 사용하여 실험한 결과 Planar WBR data는 Standard data에 비하여 분해능이 약 10% 향상되었으며, WBR 반치폭(Full-Width at Half-Maximum)은 16% 향상되었다(Standard data 8.45, WBR data 7.09). SPECT Phantom에서는 약 50%의 분해능이 향상되었으며, WBR 반치폭은 50% 향상되었다(Standard data 3.52, WBR data 1.65). 임상 연구에서는 $^{99m}Tc$-HDP 투여량을 고정시키고 검사속도를 20cm/min과 30 cm/min로 변화시킨 1군에서 Standard data와 WBR data의 전신 뼈 스캔 전면 영상에서 뼈 대비 연부조직간 섭취비는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (p=0.07). 검사속도를 고정하고 $^{99m}Tc$-HDP 투여량을 변화시킨 2군에서는 Standard data와 WBR data간의 전신 뼈 스캔전면 영상에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (p=0.458). 영상의 육안적 분석에서도 두 군 간 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). NEMA test 결과 WBR 기법의 영상에서 분해능이 향상되는 결과를 나타내었고, 임상 실험에서는 기존 재구성 방법에서의 동일한 해상도를 가지면서도 검사시간을 단축시킬 수 있었으며 방사성의약품의 투여량도 줄일 수 있었다. 이미 알려진 바와 같이 WBR은 노이즈를 감소시켜 신호 대 잡음비를 증강시키는 새로운 영상 재구성 방법임을 확인 할 수 있으며 동일한 검사속도에서 투여량을 감소시킬 수 있어 수신자의 피폭선량 경감과 검사시간을 단축할 수 있었으며 임상 현장에서 유용하게 이용되리라 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제9권3호
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• pp.163-173
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• 1998

핵의학 단층촬영기를 이용하여 몸 안에서 일어나는 신진대사, 혈류량 공급, 생화학적 변화, 또는 뇌에서의 도파민 운반체, 수용체 등의 영상을 획득한 후 정량화할 수 있다면 환자의 조기진단뿐만 아니라 치료계획을 세우고 치료경과 등을 객관적으로 측정하는데 매우 유용할 것이다. 그러나 물리적 요소들인 감쇠, 산란, 부분용적 효과, 노이즈, 그리고 재구성 알고리즘 등은 SPECT 의 디자인에 관계없이 영상의 정성적 또는 정량적 결과에 영향을 미친다. 본 논문에서는 뇌 촬영용 단일 결정 SPECT와 뇌 모형 팬텀을 이용하여 물리적 요소들 중 특히 감쇠와 산란의 영향을 정량화하고 보정 방법에 따른 결과를 정량 분석하였다. 산란 보정은 주 에너지 창 140keV$\pm$10% (126～154 keV)와 산란에너지 창 119keV$\pm$6% (112～126keV)를 이용하여 데이터를 획득한 후 산란 에너지 창의 100%를 빼주는 방법을 적용하였다. 영상 재구성은 차단주파수 0.95cycles/cm와 차수 10을 적용한 저역통과 Butterworth 여과기로 여과하여 여과후 역투사 방법으로 재구성하였다. 감쇠 상수는 산란 보정을 하지 않은 경우와 한 경우에 따라 각각 0.12cycles/cm 와 0.15cycles/cm 를 적용하여 뇌 내에서의 균일한 감쇠계수로 가정하고 Chang 방법에 의하여 감쇠에 대한 보정을 하였다. 정량분석을 위해 기저핵이 뚜렷이 보이는 3개의 단층면을 선택하여 기저핵과 그 외 뇌 영역에 관심영역을 구하였다. 산란보정을 하지 않았을 때 감쇠보정을 한 후의 ROI 값은 감쇠 보정전 ROI 값에 비해 기저핵 2.20배 배후 방사능 2.10배였다. 반면에 감쇠보정 후와 감쇠보정 전의 기저핵과 배후방사능의 비율은 매우 비슷했다. 산란보정을 한 후 감쇠보정을 한 ROI 값은 감쇠보정 전 ROI 값과 비교할 때 기저핵 2.69 배 배후 방사능 2.64 배로 뇌 영상의 절대적 정량적 분석을 위해서는 반드시 감쇠 보정이 필요한 것을 보여준다. 기저핵과 배후 방사능의 참값 비율이 6.58, 4.68, 1.86 일 때 산란 보정과 감쇠보정을 한 경우는 참값의 76%, 80%, 82%로 측정하였고 감쇠보정을 하지 않은 경우는 75%, 81%, 81%로 측정하였다. 참값의 비율이 낮을수록 참값에 가깝게 측정하였으나 산란과 감쇠보정을 한 경우에도 참값에 비해 약 20% 의 과소평가를 볼 수 있었다. 이는 본 논문에서 자세히 다루지 않은 부분용적 효과와 재구성 알고리즘 그리고 위에서 적용한 대략적인 감쇠와 산란보정 방법의 원인으로 사료되며 앞으로 더욱 연구되어야 할 분야이다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제23권3호
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• pp.253-261
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• 2002

양전자방출단층촬영기(Positron emission tomography, PET) 영상 개선을 위하여 적응적 공간 필터를 개발하였으며. 개발한 필터의 성능을 시뮬레이션데이터. 모형 PET 영상과 환자 PET 영상을 이용하여 평가하였다. 경계화소로 검출된 화소와 윈도우내의 모든 화소값이 동일한 화소는 보존하고. 그 외 화소에 대하여 2:7:2 비율로 가중치를 주어 정열한 후 중앙의 9개 화소에 대한 평균값으로 대치하였다. 경계화소를 검출하기 위하여 두 개의 임계값(TH7, TH2)을 이용하였으며. 다음의 조건을 만족하면 경계화소로 판단하였다 . THl ($pix_max{\times}0.1/log_2(NPM)$, NPM :주변값중 최상위 값과 최하위 값을 제외한 주변값들의 평균) 보다 작은 ADs (중앙값과 주변값의 차에 대한 절대값) 개수는 8-k이고. TH2 ($NPM{\times}0.1$) 보다 큰 ADs 개수는 k. 여기서 k는 2, 3 ‥‥ 6의 값을 가진다 성능평가 결과 이 연구에서 제안한 필터가 가우시안 필터, 가중메디안 필터, 부분집합평균메디안 필터 등과 비교하여 우수한 성능을 제공하는 것을 관찰하였다. 본 논문에서 개발한 간단한 적응적 공간 필터는 공간 분해능 저하는 최소화하면서 균일도와 대조도를 향상시키는데 효과적 이여서 정확한 PET 영상 해석에 기여할 것으로 기대된다

• 한국방사선학회논문지
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• 제14권1호
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• pp.23-29
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• 2020

표준섭취계수(SUV) PET과 영상 재구성 방법에 따라 크게 달라진다. 삼성 서울병원 핵의학과에 설치된 GE사의 Discovery MIDR와 Discovery Ste의 영상 재구성 알고리즘을 이용하여 의인화몸통팬텀 내의 심장, 간과 배경영역에서 표준섭취계수를 측정하여 실제 SUV와 비교하였다. 영상 재구성 알고리즘은 MIDR에서는 VPFX-S (TOF+PSF), QCFX-S-350 (Q.Clear+TOF+PSF), QCFX-S-50와 VPHD-S (OSEM+PSF), Ste에서는 VUE Point (OSEM)와 FORE-FBP를 사용하였다. 방사선사의 방사선 피폭을 감소시키기 위하여 소량의 ¹⁸F-FDG 선원을 물과 혼합하였다: 52.5 ml 심장에는 2.28 MBq, 1,290 ml 간에는 20.3 MBq와 9,590 ml 배경영역에는 45.7 MBq을 주입하였다. 심장에서의 표준섭취계수는 MIDR의 VPFX-S, QCFX-S-350, QCFX-S-50, VPHD-S와 Ste의 VUE Point (OSEM)와 FOR-FBP 알고리즘에서 각각 27.1, 28.0, 27.1, 26.5, 8.0와 7.4 이었으며, 기대치는 5.9이었다. 배경역역에서는 4.2, 4.1, 4.2, 4.1, 1.1와 1.2 이었으며, 기대치는 0.8이었다. 각 영역에서 표준섭취계수는 PET과 알고리즘에 따라 크게 차이가 있었지만, 심장과 배경영역의 SUV 비율은 비교적 일정하여 6개 영상 재구성 알고리즘에 대하여 6.5, 6.8, 6.5, 6.5, 7.3와 6.2 이었으며 기대치는 7.8이었다. 심장에서의 평균 신호 대 잡음비(SNR)는 각각 6개 알고리즘에 대하여 8.3, 12.8, 8.3, 8.4, 17.2와 16.6이었다. 결론적으로 PET 성능 평가는 각 영역에서의 절댓값 보다는 두 영역 사이의 SUV 비율이 적절하며, 비교적 소량의 방사능으로도 확인할 수 있는 가능성이 있다.

• 한국광학회지
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• 제16권3호
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• pp.182-190
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• 2005

본 논문은 효율적으로 라만 증폭기의 이득을 예측하고 잡음 특성을 분석하기 위해서 라만 증폭기 상관된 상미분방정식 (Ordinary Differential Equation: ODE)을 유효거리(Effective Length) 기반의 상관된 적분형(closed integral form)방정식 및 매트릭스로 전개하고 이 전개를 활용한 라만 증폭기 모델링 및 수치해석 알고리즘을 기술한다. 광섬유 라만 증폭기는 유연하고 넓은 이득 대역폭 및 낮은 잡음 등의 장점 때문에 최근 광통신 시스템에서 핵심기술로 각광받고 있으며, 특히 멀티채널 펌핑구조에서 성능예측을 위해 많은 라만 증폭기 모델링 방법들이 연구되어 왔다. 그러나 기존의 많은 연구들은 라만 증폭기 상관된 상미분방정식의 해를 "fiber propagation axis"를 기반으로 구해왔기 때문에 광섬유 길이에 의존적이고 복잡한 계산으로 상당히 많은 시간이 필요했으며, 실제 전송 시스템에서의 활용이 어려웠다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 기존의 상관된 상미분방정식을 접근이 용이한 "유효거리" 기반의 적분형 방정식으로 전개하고 매트릭스 및 벡터 형태로 알고리즘을 공식화하여 빠른 라만 이득 계산과 "iteration axis"를 이용한 해의 도출을 통해 새로운 라만 증폭기 모델링 방법과 수치해석 알고리즘을 제시하였다. 제안한 수치해석 알고리즘을 전방, 후방 및 양방향 펌핑구조의 라만 증폭기가 도입된 시스템에 적용하는 컴퓨터 모의실험을 수행한 결과 기존의 "Average power method와 비교하여 라만 이득과 광선로 내의 펌프 및 신호 광의 진행정도를 18배 이상의 정밀도에서 0.03 dB 이내의 매우 작은 오차범위 및 100배 이상 단축된 짧은 시간으로 정확히 예측하였다. 또한, 수치해석 알고리즘을 통해서 얻은 신호 광 파워의 분포를 바탕으로 Amplified Spontaneous Emission(ASE), 후방 ASE의 레일레이 산란 및 신호의 이중 레일레이 산란과 같은 라만 증폭기 잡음 요소들을 분석하였다. 새롭게 제안한 수치해석 알고리즘은 실제 광통신 시스템에 적용되어 신속하고 효율적으로 라만 증폭기 성능을 예측하고 분석할 수 있을 것으로 기대된다.

• Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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• 제41권2호
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• pp.172-180
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• 2007

[ $^{15}O$ ]을 이용한 양전자 방출 단층촬영 기법(Positron emission tomography)은 핵의학 영상 기법 중에서 두뇌의 인지 기능과 연관된 두뇌 활성화를 정상인과 환자들로부터 연구하는데 큰 장점이 있다. $^{15}O-PET$, 특히 $H_2^{15}O$ PET 기법은 두뇌 국소 혈류 변화(rCBF; regional brain flow)를 상대적으로 비침습적이면서 동시에 정량적 측정할 수 있기 때문에 두뇌 기능을 연구하는데 오늘날 존재하는 핵의학 영상기법 중에서 가장 광범위하게 쓰이고 있다. 특히 $^{15}O$은 짧은 반감기로 인하여, 동일한 피험자를 서로 다른 과제 조건에서 반복적으로 측정하는 것이 가능하다. 이 PET기법은 fMRI와 같은 다른 기능 영상 기법에 비하여 기술적 제한이 있는데, 예를 들면 시간과 공간 해상도가 좋지 않다든지, 개인 데이터를 분석하기에 통계적 효율성이 부족하다거나 하는 문제이다. 그러나 최근에 3D 획득방법 같은 기술적인 발전으로 적은 양의 방사능 dose로 좋은 영상을 획득하는 것이 가능하게 되었고, 이는 다시 개개인으로부터 더 많은 수의 PET 스캔을 획득하는 것을 가능하게 하며, 결과적으로 개인 데이터의 분석이 가능한 통계적 효율성을 제공하게 되었다. 그 외에 $^{15}O$ PET 의 스캐너 환경이 소음에서부터 자유롭다던가, 개개 스캔이 각 과제 조건에서 불연속적이지 획득되기 때문에 상태 특정적 두뇌 변화를 연구하기에 유리하다는 PET연구 만의 장점이 있다. 본 종설에서는 정상인들이나 임상적 환자 집단을 사용한 예시적 연구들을 들어 $^{15}O$ PET의 장점과 한계를 논하고, 두뇌 활성화 연구에 효율적인 PET 연구 절차를 고안하기 위해 고려해야 할 사항들에 대하여 논하였다.TEX>$29.9{\pm}1.8%$, DMF: $7.6{\pm}0.5%$이었다. MEK에서 얻은 $[^{11}C]1$의 비방사능은 98 ($GBq/{\mu}mol$)이다. 각 물질의 질량 분석은 1: m/z 257.3 (M+1), 2: 257.3 (M+1), 3: 271.3 (M+1)이었다. 각 생성물질의 표지효율은 MEK에서 $86.0{\pm}5.5%:5.0{\pm}3.4%:1.5{\pm}1.3%$ $([^{11}C]1:[^{11}C]2:[^{11}C]3)$, CHO에서 $59.7{\pm}2.4%:4.7{\pm}3.2%:1.3{\pm}0.5%$, DEK에서 $29.9{\pm}1.8%:2.0{\pm}0.7%:0.3{\pm}0.1%$, DMF에서 $7.6{\pm}0.5%:0.0%:0.0%$이다. 결론: $[^{11}C]1$은 4가지 반응용매 중 MEK 반응용매에서 가장 높은 표지효율을 나타냈다. 부산물인 $[^{11}C]3$은 고성능 액체 크로마토그래피의 자외선, 방사능 검출기와 질량 분석법을 통해 물질을 추정할 수 있었다.의 개선 효과가 있는 것으로 판단되며 지질과산화에 대해서 강한 억제 활성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과로 복분자는 생활 습관병의 예방과 개선에 유효한 것으로 사료되었으며, 지질대사와 과산화지표의 검증을 통해 기능성 식품소재로 활용될 수 있음을 보여주었다.로서 역시 CTV 치료계획에서 적게 조사되었다(p=0.005). 기존의 ICRU 치료계획은 잔류종양의 크기가 작은 경우 불필요하게 정상조직에 많은 선량이 투여되기 때문에 CT를 이용한 CTV 치료계획을 적용하여 정상조직에 대한 피폭을 현저히 낮추고 잔류종양에 목표한 선량을 조사할 수 있다.