• 한국방사선학회논문지
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• 제13권7호
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• pp.1015-1024
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• 2019

최근 의료분야에서 X선은 질병의 진단 및 치료영역에서 필수적으로 요구되며, 영상의학 기술의 발전과 더불어 X선의 이용은 지속적으로 증가하는 추세지만, X선은 방사선 피폭의 단점을 가지고 있다. 방사선피폭을 방어하기 위해 임상에서는 납 방호도구를 사용하지만 납은 중금속으로 분류되어 납중독 등 인체에 유해한 반응을 일으킬 수 있다. 따라서 본 연구는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3차원 프린터의 재료를 이용하여 제작한 차폐체의 유용성을 알아보고자 한다. 필라멘트의 선감약계수를 확인하기 위해 PLA, XT-CF20, Wood, Glow, Brass를 이용해 팬텀을 제작 하고, CT scan을 하였다. 그리고 100 × 100 × 2 mm 크기의 차폐 시트를 모델링하고, 진단용 X선발생장치와 조사선량계를 이용하여 선량 및 차폐율을 측정하였으며, 납 방호도구와의 차폐율을 비교하였다. 실험결과 Brass의 CT number가 가장 높게 측정되어 Brass를 이용하여 차폐시트를 제작하였으며, 진단용 X선발생장치로 확인한 결과 100 kV, 40 mAs 조건으로 X선 조사 시 6 mm 두께의 차폐시트에서 차폐율이 90 % 이상으로 측정되어 apron 0.25 mmPb보다 차폐율이 높은 것을 확인하였다. 본 연구의 결과 3차원 프린팅 기술로 제작한 차폐체가 진단용 X선 영역에서 높은 차폐율을 보이는 것을 확인하였으며, 납 방호도구와의 비교를 통하여 납을 대체하여 방사선 방호도구로서의 가능성을 알 수 있었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제26권3호
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• pp.160-167
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• 2015

의료용 x선 촬영 장치에 있어서 환자에게 피폭되는 선량이 가장 중요한 관심사 중의 하나이다. 본 연구팀에서는 전 세계 최초로 입안에 삽입이 가능한 초소형 x-선 영상 장치가 개발되었는데 이러한 영상장치를 임상에서 사용하기 위해서는 피폭 선량의 평가가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 신개념 치과용 영상장치의 선량을 평가하기 위하여 1) 돼지 턱뼈 팬텀을 직접 제작하여 영상의 질을 평가 하였고, 2) 실제 임상에서 사용가능한 촬영 조건을 결정하였으며, 3) 결정된 촬영 조건에서의 선량을 평가 하였다. 한국 식약처에서 제시하는 치근단 촬영에 대한 환자 선량 권고량(DRLs) 기준에 근거하여 새 개발 장비의 입사표면선량(ESD)와 면적선량(DAP) 측정 방법을 고안하고 각각의 선량 값을 측정하였다. 관전압이 45~55 kV, 관전류가 300 mA 까지 사용 가능한 xoft 사의 초소형 x선 튜브를 사용하였다. 사용된 검출기는 active area가 $72{\times}72mm$ 이고 픽셀 사이즈는 $48{\mu}m$ 이다. 제작된 돼지턱뼈 팬텀은 1 frame/sec의 조건하에 영상을 획득 하였으며, 촬영 조건 최적화를 위하여 관전류를 $20{\sim}80{\mu}A$로 변화시키면서 50 frame씩 영상을 획득하였다. 또한, 상용화 치과용 영상시스템(모델명: CS 2100, 제조사: Carestream Dental LLC 및 모델명: EXARO, 제조사: HIOSSEN)을 이용하여 돼지턱뼈 팬텀의 비교영상 평가를 시행하였다. CS 2100는 60 kV, 7 mA (노출시간:0.125 s)로 하였으며, EXARO는 60 kV, 2 mA로 설정하였다. 선량 평가는 광자극 형광 선량계를 이용하여 입사표면선량을 측정하였으며, 팬텀은 PMMA 재질의 제작된 원통형 팬텀을 이용하였다. 선량계는 팬텀 표면상의 조사야 내부에 2개 및 소스와의 5 cm 거리상에 1개를 위치하여 측정하였다. 빔 조사 조건은 51, 101, 141, $196{\mu}As$로 설정하였다. 면적선량은 소스와 검출기간의 거리가 5 cm 위치에 배치하여 측정하였으며, 이 때 촬영조건은, 관전류 41, 99, 144, 207, $276{\mu}As$의 조건하에서 측정하였다. 임상에서 적용 가능한 관전압과 관전류는 X-선 세기 8000~9000인 지점에서의 관전류 값인 0.051 mAs 이다. 상용화 장비와 영상비교를 한 결과, 개발 장비의 조사야가 훨씬 작음에도 불구하고 치아 및 치아 주위 조직의 영상이 더 우수함을 확인하였다. 또한, 영상 최적화 조사조건인 $51{\mu}As$에서 입사표면선량(ESD)은 식약처 및 IAEA의 권고치보다 훨씬 낮은 1.369 mGy 이다. 조사야 내부의 선량 분포는 표준편차 5~10% 내외로 균일성이 우수 하였다. 측정된 면적선량(DAP)은 $82.4mGy*cm^2$으로 상용화 장비보다 조사야가 훨씬 작음에도 불구하고 식약처의 권고치보다 낮은 값을 보였다. 이러한 연구를 통해서 새 개발 장비의 영상의 우수성과 기존 장비 대비 방사선량에 대한 저감 효과를 확인 할 수 있었으며 치과 장비 개발에 있어서 X선 특성 연구에 대한 기술과 노하우를 축적할 수 있었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제17권2호
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• pp.67-76
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• 2006

본 연구에서는 환자 치료 전 셋업 확인을 위해 디지털 재구성 방사선영상(digitally reconstructed radiographs, DRR)을 참조영상으로 하여 온보드 영상 장치로부터 획득된 kV X선 영상과의 2차원 정합을 수행하였을 경우 DRR 영상의 질에 따라 환자 셋업 오차 보정의 정확도가 어떻게 달라지는가를 확인하였다. 방사선치료계획 장치로는 Pinnacle3와 Eclipse를 이용하였으며 참조 영상으로는 팬텀 및 환자를 각각 다른 슬라이스 두께로 부위별로 CT 촬영한 영상으로부터 재구성된 DRR 영상을 이용하였다. DRR 영상 및 프로파일 비교에서는 CT 슬라이스 두께가 증가함에 따라 이를 이용한 DRR 영상의 질이 저하됨을 확인할 수 있었지만 2차원 정합 결과 유사한 오차 값을 보여주어 DRR 영상의 질이 큰 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있었다. 슬라이스 두께에 따른 2차원 정합 결과의 차이가 크지는 않지만 일반적인 환자 치료계획 및 2차원 정합을 위해 슬라이스 두께 3 mm 이하의 CT 영상 획득이 필요할 것으로 생각한다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제4권1호
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• pp.19-24
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• 2010

콘빔형 소동물용 CT 장치는 바이오-의료분야의 기초 실험에 활발히 응용되고 있다. $10{\mu}m$의 직경을 가진 텅스텐 와이어(wire)와 물 팬텀을 이용하여 비교적 간단한 방법으로 소동물용 CT 장치를 평가할 수 있는 방법을 제시하였다. X선 튜브가 안정적으로 장시간 운전 가능한 조건에서 $1^{\circ}$ 간격으로 360개의 투영영상을 획득하고, 영상재구성을 통하여 슬라이스 영상 및 3차원 영상을 얻었다. 콘빔형 소동물용 CT 장치는 배율 1.07배 위치에서 13.78lp/mm(공간해상도 $36.2{\mu}m$)를 나타내었고, 80kV의 관전압에서 CNR 10.33 및 S/N 5.87을 보였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제26권4호
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• pp.258-266
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• 2015

현대 방사선치료는 고선명 X선 투사영상을 이용하여 환자 및 종양의 위치를 확인하는 기술이 요구되지만, 3차원 영상 촬영을 위한 피폭량 및 영상정보의 급격한 증가는 환자에게 추가적인 부담이 될 수 있다. 본 연구에서는 영상의 구조 정보를 효과적으로 추출할 수 있는 Structural similarity (SSIM) 인자를 도입하여 매일 촬영하는 환자의 2차원 X선 영상간 차이를 자동 분석하여 환자의 위치 정확성의 검증 가능성을 제시하였다. 먼저 종양을 모사하기 위하여 구형 전산 팬텀의 크기와 위치를 변화시키면서 각각의 투사 영상을 시뮬레이션하고, SSIM 인자를 통해 영상 간 차이를 검출하여 분석하였다. 또한 12일간 매일 촬영한 방사선 치료 환자의 2차원 X선 영상들 간 차이를 동일한 방법으로 검출하였다. 그 결과 산출된 팬텀 변화에 따른 SSIM 값은 0.85~1 범위로, 관심영역(ROI)을 영상 전체가 아닌 팬텀으로 한정하였을 때는 0.006~1 범위로 나타나서 ROI 적용 시 민감도가 크게 상승하는 것을 확인하였다. 또한 임상 영상의 SSIM은 0.799~0.853 범위의 값을 나타냈으며 영상 간 차이가 SSIM 분포 상에 검출되는 것을 확인하였다. 본 연구결과는 소요 시간 및 피폭 등의 우려로 매일 사용하기 어려운 3차원 영상기법 대신 간단한 2차원 영상만을 이용하여 객관적이고 정량적인 환자 위치 정확성의 자동 평가 기법을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제4권4호
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• pp.37-40
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• 2010

본 연구에서는 X선 조사에 의해 생성된 전하의 이동현상을 조사하기 위해 비행시간 측정방법을 이용하였다. 이 측정기술은 일반적으로 디지털 X선 영상 변환물질의 전하 트랩 및 수송현상에 유용한 방법이다. 비행시간 측정법을 이용하여 a-Se 광도전체의 전하 수송자의 과도시간 및 이동속도를 측정하였다. 시편제작을 위해 열증착법을 이용하여 유리기판위에 $400{\mu}m$ 두께의 a-Se 필름을 제작하였다. 측정결과, 전자와 정공의 과도시간은 $10V/{\mu}m$의 전기장에서 각각 $229.17{\mu}s$ 와 $8.73{\mu}s$ 였으며, 이동속도는 각각 $0.00174cm^2/V{\cdot}s$, $0.04584cm^2/V{\cdot}s$ 였다. 측정결과, 전자와 정공의 이동 속도의 측정값에 다소 큰 차이를 보였으며, 이 결과로부터 전하수송 및 트랩 기전을 분석하는데 이용하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.372-372
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• 2014

반도체 검출기는 입사되는 X선 에너지에 의하여 이온화되어 발생하는 전자 전공쌍을 수집함으로 방사선 정보를 확인하는 선량계로써 많은 연구와 활용이 이루어지고 있다. 하지만, X선 에너지에 의하여 반도체 검출기에서 발생하는 전기적 신호량이 높지 않기 때문에 누설 전류의 저감이 필수적이다. 누설 전류를 저감시키기 위한 방안으로 반도체 층과 전극 층의 Schottky Contact 구조의 설계, Insulating Layer의 사용, 높은 비저항의 반도체 물질 연구 등이 이루어지고 있다. 하지만, 기존에 누설 전류 저감을 위하여 Insulating Layer를 전극층과 반도체 층 사이에 형성하는 연구에 있어서 Insulating Layer와 반도체 층의 계면 사이에서 발생하는 Charge Trapping으로 인하여 생성되는 신호의 Reproducibility 저하, 동영상 적용의 제한 등의 문제점을 겪어왔다. 이에 본 논문에서는 누설 전류를 저감시킴과 동시에 Charge Trapping의 최소화를 이루기 위하여 Insulating Layer의 두께 최적화 연구를 수행하였다. 본 연구에서 사용한 Insulating Layer는 검출기 표면에 입사하는 X선 정보 손실을 최소화 시키는 동시에 누설 전류와 Charge Trapping을 최소화 시키는 방법으로써 CVD방법으로 검출기 표면에 균일하게 Insulating Layer를 코팅하였다. Insulating 물질은 Parylene을 사용하였으며, 그 중 온도, 습도 등 외부환경에 영향을 적게 받는 type C를 사용하였다. 증착에 사용한 장비의 진공도는 Torr로 설정하여 증착되는 Parylene의 두께가 약 $0.3{\mu}m$가 되게 하였으며, 실험에는 반도체 물질 PbO를 사용하였다. Parylene의 절연 특성은 Dark Current와 Sensitivity를 측정한 SNR을 이용하여 Parylene코팅이 되지 않은 동일 반도체 검출기와의 신호를 비교하였으며 또한 Parylene를 다층 제작한 검출기의 수집 신호량을 비교하였다. 제작한 검출기의 X선 조사 시의 수집 전하량 측정 결과, 100 kVp, 100mA, 0.03s의 X선 조건에서 $1V/{\mu}m$의 기준 시, Parylene를 코팅하지 않은 PbO 검출기의 Dark current는 0.0501 nA/cm2, Sensitivity는 0.6422 nC/mR-cm2, SNR은 12.184이었으며, Parylene단층의 두께인 $0.3{\mu}m$로 증착된 시편의 Dark current는 0.04097 nA/cm2, Sensitivity는 0.53732 nC/mR-cm2으로 Dark current가 감소되고 sensitivity도 감소하였지만 SNR은 13.1150으로 높아진 것을 확인할 수 있었다. Perylene이 $0.6{\mu}m$로 증착된 시편의 경우, Dark Current는 0.04064 nA/cm2, Sensitivity는 0.31473 nC/mR-cm2, SNR은 7.7443으로써 Insulating Layer가 없는 시편보다 SNR이 약 40% 낮아진 것을 확인할 수 있었다. Parylene이 $0.9{\mu}m$로 증착된 시편의 경우 Dark current는 0.0378 nA/cm2, Sensitivity 0.0461 nC/mR-cm2로 Insulating Layer가 없는 시편에 비해 SNR은 약 1/12배 감소한 1.2196이었고, Parylene이 $1.2{\mu}m$로 증착된 시편의 SNR은 1.1252로서 더 감소하였다. 따라서 Parylene을 다층 코팅한 검출기일수록 절연 효과의 영향이 커짐으로써 SNR 비교 시 수집되는 신호량이 줄어드는 것을 확인하였다. 반도체 검출기의 누설 전류를 저감시킴과 동시에 신호 수집율에 영향을 최소화시키기 위하여 Insulating Layer의 두께를 적절하게 설정하여 적용하면 Insulating Layer가 없는 검출기에 비해 누설전류를 최소한으로 줄일 수 있고 신호 검출효율이 감소하는 것을 방지할 수 있을 것이라 사료된다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권12호
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• pp.189-194
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• 2014

본 연구에서는 새로운 구조의 X선 영상 검출기로써 광민감 $HgI_2$ 층이 포함된 CsI:Na 형광층의 구조를 설계하였다. 이러한 구조에서 X선은 두꺼운 CsI:Na 층에서 가시광선으로 변환된 후 하부의 얇은 $HgI_2$ 층에서 전하로 변환된다. CsI:Na와 $HgI_2$로 구성된 복합구조의 두께를 최적화하기 각 층의 두께를 변화시켜 X선에 대한 흡수효율을 시뮬레이션 하였다. 현재 상용화된 a-Se 단일층의 검출기는 수십 kV의 고전압이 요구되고, CsI:Na/a-Si 구조의 간접변환 방식은 낮은 변환효율을 가지는 단점이 있다. 본 연구의 결과로 제시된 새로운 형태의 CsI:Na/$HgI_2$ 복층 구조의 x-ray 검출기는 고전압이 필요한 직접 변환방식의 단점과 간접 변환방식의 낮은 효율을 보완할 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제8권2호
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• pp.35-43
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• 1997

광자선의 흡수계수교정과 차등 투과력이 관련된 연구에서 X선의 스펙트럼은 중요한 관심사이다. 본 연구에서는 전산화단층영상장치의 80, 120 kVp X선의 실험적 투과선량으로부터 수치해석을 통해 에너지스펙트럼을 구하였다. 투과선량은 직경 30cm, 두께 5mm 내지 92.3 mm의 알루미늄 파이프필터의 중앙에 반도체검출기를 설치하고 10mm 슬릿빔의 투과선량을 측정하였다. 스펙트럼재구성은 텅스텐타켓의 특성 X선을 포함한 반복적 수치 해석을 통해 에너지 구간별 스펙트럼을 구하였으며 에너지구간은 2keV로 하였다. 재구성한 에너지분포를 이용하여 계산된 투과선량과 측정투과선량의 비교는 두 광자에너지에서 모두 좋은 일치를 보였다. 에너지구간별 분할조사선량의 반복적 계산에 근거를 둔 수치해석은 흡수체의 감쇄된 선속으로부터 X선의 에너지스펙트럼을 매우 유용하게 결정할 수 있음을 보여주었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권10호
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• pp.4418-4424
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• 2011

양전자방출 방사성동위원소를 주입한 팬텀에서 방출되는 511keV 에너지의 감마선이 X-선 CT영상에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 한다. 스캔방법은 증류수를 주입(0 mCi)한 기준영상과 양전자 방출핵종인 $^{18}F$(Fluorine) 의 용량을 1 mCi, 2 mCi, 5 mCi, 10 mCi로 변화시켜 획득된 영상의 CT 번호와 픽셀값을 측정하였다. 양전자 방출핵종($^{18}F$)을 주입한 팬텀 영상의 CT 번호(HU) 측정 결과, 기준물($-7.58{\pm}0.66$ HU), 1 mCi($-9.85{\pm}0.50$ HU), 2 mCi($-10.27{\pm}0.21$ HU), 5 mCi($-11.31{\pm}0.66$ HU), 10 mCi($-13.47{\pm}0.38$ HU)로 물을 채운 기준 영상과 비교하여 10 mCi에서는 5.89 HU, 5 mCi에서는 3.73 HU, 2 mCi에서는 2.69 HU, 1 mCi에서는 2 HU가 감소하였다. 팬텀 영상의 픽셀 값은 기준물($-2.70{\pm}0.75$), 1 mCi($-4.72{\pm}0.58$), 2 mCi($-6.01{\pm}0.78$), 5 mCi($-6.10{\pm}0.84$), 10 mCi($-8.20{\pm}0.60$)로 기준물영상과 비교한 픽셀 값의 변화는 10 mCi에서는 5.50, 5 mCi에서는 3.40, 2 mCi에서는 3.10, 1 mCi 에서는 2.02가 감소하는 것을 알 수 있었다. 본 실험을 통해 양전자 방출핵종($^{18}F$)의 용량(Dose) 증가에 따라 CT번호와 영상의 픽셀 값은 비례적으로 감소하였으며 감소폭 또한 비슷한 값을 나타냈다. 이에 PET/CT의 정도관리 항목에 양전자 방출핵종으로 인한 X선 CT 영상의 변화 정도와 그에 따른 적합기준을 마련하고 주기적 관리가 이루어져야 할 것이다.