• 한국방사선학회논문지
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• 제13권5호
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• pp.713-720
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• 2019

본 연구의 목적은 컴퓨터단층 혈관조영술에서 혈관 직경을 정확하게 측정할 수 있는 새로운 측정 방법인 상대적 측정법의 기초연구 자료를 제공하고자 한다. 비이온성 요오드 조영제를 자체 제작한 관류 팬텀에 일정한 속도로 흐르게 한 후 컴퓨터단층 혈관조영술 검사를 시행하였다. 원시 데이터를 얻은 후 다중평면재구성 및 최대강도투사법으로 영상을 재구성하였고 장비 사에서 제공하는 거리측정 장치를 사용하여 팬텀의 직경을 측정하였다. 측정법은 고식적 측정법과 본 연구에서 제안하는 상대적 측정법을 사용하였다. 관류팬텀의 평균 직경은 다중평면재구성기법과 최대강도투사법 모두에서 상대적 측정법이 기존 측정법 보다 실측에 더 가깝게 나타났다(34% VS 24%, p<0.05). 하지만 두 가지 측정법 모두 실측보다 여전히 확대된 결과를 나타내고 있음을 확인하였다. 따라서 상대적 측정 방법에 대한 추가 연구가 필요한 실정이며, 이에 본 연구가 기초 자료를 제공할 수 있을 것이라 사료된다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.693-699
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• 2023

초음파는 의료분야에서 비파괴적 및 비침습적인 질병 진단에 널리 활용되고 있다. 진단의료영상의 질병진단 정확도를 향상시키기 위하여 공간 분해능을 향상시키는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 초음파 영상에서의 초고분해능 합성곱 신경망 알고리즘 (super resolution convolutional neural network, SRCNN)을 모델링하여 적용 가능성을 분석하고자 한다. 연구는 Field II 시뮬레이션과 open source로 제공되는 임상 간 혈관종 초음파 영상을 사용한 실험 연구로 수행되었다. 제안하는 SRCNN 알고리즘은 저분해능 (low resolution, LR)에서 고분해능 (high resolution)으로 end-to-end 방식의 학습이 적용될 수 있도록 모델링하였다. 시뮬레이션 결과 Field II 프로그램을 통한 팬텀 영상에서의 반치폭 값은 SRCNN을 사용하였을 때 LR에 비하여 41.01% 향상되는 것을 확인하였다. 또한, 최대신호대잡음비 (peak to signal to noise ratio, PSNR)와 구조적 유사도 지표 (structural similarity index, SSIM)) 평가 결과는 시뮬레이션과 실제 간 혈관종 영상에서 SRCNN이 가장 우수한 값으로 도출되었다. 결론적으로 SRCNN의 초음파 영상에서의 적용 가능성을 증명하였고, 나아가 다양한 진단의료분야에서의 사용이 가능할 것으로 기대한다.

• Korean Journal of Radiology
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• 제21권12호
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• pp.1345-1354
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• 2020

Objective: To evaluate radiomics analysis in studies on mild cognitive impairment (MCI) and Alzheimer's disease (AD) using a radiomics quality score (RQS) system to establish a roadmap for further improvement in clinical use. Materials and Methods: PubMed MEDLINE and EMBASE were searched using the terms 'cognitive impairment' or 'Alzheimer' or 'dementia' and 'radiomic' or 'texture' or 'radiogenomic' for articles published until March 2020. From 258 articles, 26 relevant original research articles were selected. Two neuroradiologists assessed the quality of the methodology according to the RQS. Adherence rates for the following six key domains were evaluated: image protocol and reproducibility, feature reduction and validation, biologic/clinical utility, performance index, high level of evidence, and open science. Results: The hippocampus was the most frequently analyzed (46.2%) anatomical structure. Of the 26 studies, 16 (61.5%) used an open source database (14 from Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative and 2 from Open Access Series of Imaging Studies). The mean RQS was 3.6 out of 36 (9.9%), and the basic adherence rate was 27.6%. Only one study (3.8%) performed external validation. The adherence rate was relatively high for reporting the imaging protocol (96.2%), multiple segmentation (76.9%), discrimination statistics (69.2%), and open science and data (65.4%) but low for conducting test-retest analysis (7.7%) and biologic correlation (3.8%). None of the studies stated potential clinical utility, conducted a phantom study, performed cut-off analysis or calibration statistics, was a prospective study, or conducted cost-effectiveness analysis, resulting in a low level of evidence. Conclusion: The quality of radiomics reporting in MCI and AD studies is suboptimal. Validation is necessary using external dataset, and improvements need to be made to feature reproducibility, feature selection, clinical utility, model performance index, and pursuits of a higher level of evidence.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.101-107
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• 2016

최근 디지털 영상장비 개발 기술의 발전으로 인하여 중재 시술이 일반화되고 있다. 중재 영상시술은 미세한 카테터와 가이드와이어를 체내에 삽입하고 시술하는 기술적 특성으로 인하여, 시술의 효과와 안전성을 높이기위해서는 엑스선영상의 고화질이어야 한다. 이로인하여 방사선 피폭량이 증가하는 문제점을 갖고 있다. 따라서 엑스선 디텍터의 성능을 개선하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 혈관 조영술을 기반으로 한 중재시술은 참조 영상 처리와 3D 의료 영상처리 기술이 요구된다. 본 논문에서는 중재시술을 지원하기 위한 가이드 시스템을 제안하고자 한다. 뇌혈관질환의 중재시술에 기존 혈관조형검사기반의 2D 의료영상이 갖고 있는 문제점을 해결하고, 중재시술 도구인 카테터와 가이드와이어의 목표 병변까지 실시간 위치 추적과 최적의 경로를 안내 해주고자 한다. 이를 위한 전체 시스템은 의료영상 획득부와 영상처리부 그리고 디스플레이 디바이스부로 구성하였다. 그리고 제안한 시스템에서 제공하는 가이드서비스의 실험환경은 브레인 팬텀(Complete intracranial model with aneurysms, ref H+N-S-A-010)을 엑스선으로 촬영하면서 실험하였다. 그리고 참조 영상을 생성하기 위해서 라프라시안 알고리즘 기반의 뇌혈관 모델링과 DICOM에서 추출한 이미지 처리를 위해 Volume ray casting 기법을 적용하였다. 그리고 카테터와 가이드와이어의 위치추적과 경로 제공을 위해 $A^*$ 알고리즘을 적용하였다. 끝으로 제안한 시스템에서 제공하는 카테터와 가이드와이어의 위치추적 수행결과를 보인다. 제안한 시스템은 향후 중재시술에 유용한 안내 서비스를 제공할 것으로 기대하고 있다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권3호
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• pp.145-153
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• 2012

본 연구에서는 호흡에 의한 표적의 움직임 모사가 가능한 팬톰을 이용, 나선형 4DCT 영상에서 발생되는 위상 내 모션 아티팩트(residual motion artifact)의 경향을 분석했으며, 그 특성 및 원인 분석을 위한 이론적 모델을 제시하였다. 표적의 움직임은 SI 방향의 1차원 사인파형을 적용하였으며, 주기는 4s로 고정, 진폭은 10, 20, 30 mm로 변화를 주었다. 표적의 움직임과 동조를 이루는 호흡신호를 얻은 후 이를 기반으로 최대흡기(Inhale peak, 0%)로부터 10% 위상간격(phase bin)으로 재분류하여 총 10개의 4DCT 영상을 재구성하였다. 각각의 진폭(10, 20, 30 mm)별로 획득된 총 30 사례의 영상은 RTP 시스템(CorePLAN, SC&J)에서 분석을 수행하였으며, 경계설정 시 오류를 줄이기 위해 contour window를 고정 값으로 설정한 후 SI 방향의 표적 지름변화를 측정하여 왜곡 정도를 평가 하였다. 각 위상 별 표적의 지름 변화를 측정한 결과 일정한 변화 경향을 확인할 수 있었다. 3 사례(10, 20, 30 mm) 모두 50% 위상(phase) 영상에서 비교적 작은 지름 변화가 관찰 되었는데 10 mm 진폭에서는 정지 영상 대비 변화가 없었고, 20 mm 진폭에서는 0.1 cm (5%)의 변화, 30 mm 진폭에서는 0.1 cm (5%) 변화를 확인할 수 있었다. 반면 30% 위상(phase) 또는 80% 위상 영상에서는 다른 위상 영상에 비해 표적 지름의 변화가 비교적 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 10 mm 진폭에서는 정지 영상대비 최대 0.2 cm (10%) 지름 변화가 나타났고 20 mm 진폭에서는 최대 0.7 cm (35%)의 변화, 30 mm 진폭에서는 최대 0.9 cm (45%)의 지름 변화가 나타났다. 이상의 실측결과를 이론모델의 시뮬레이션 결과와 비교해 봤을 때 변화의 양적인 측면에서는 다소 차이가 발생되었지만 변화의 경향성을 확인하는 측면에서는 의미 있는 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 규칙적인 1차원 표적 움직임(sine motion)이 적용된 나선형 4DCT 영상에서도 위상 내 움직임에 의한 표적 지름변화가 발생될 수 있음을 확인했고 각 위상(phase)에서의 영상왜곡 정도가 위상 내 움직임의 속도에 비례함을 증명할 수 있었다. 또한 이상의 실측 결과를 이론모델에 적용하여 분석함으로써 위상 내 모션 아티팩트(residual motion artifact)의 발생원인 및 경향성 분석에 직관적 이해를 도울 수 있었고 이론모델에 기초한 분석 프로그램을 개발하여 특정 CT 파라미터(parameter) 상에서 영상왜곡을 줄이기 위한 최적의 위상(phase) 선택에 도움을 줄 수 있었다.

• Investigative Magnetic Resonance Imaging
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• 제18권2호
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• pp.107-119
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• 2014

목적: 실제 촬영 결과와 전자기 모의실험 결과를 시각적으로 비교함으로써 위상배열코일을 이루는 모든 코일 요소의 감도를 효과적으로 검증할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다. 대상과 방법: 위상배열코일검증기(PACE)라 불리는 프로그램을 MATLAB과 C언어를 이용해 구현하였다. 위상배열 코일검증기는 코일 소자의 3차원 형상 모델 구축, FDTD 모의실험 결과의 수용, 보통의 직각좌표계 및 코일면에 기준하는 직각좌표계 상에서 각기 코일 소자 감도를 도시하는 기능을 가지고 있다. 위상배열코일의 3차원 형상 모델을 구축하기 위해 바늘침 모양의 3차원 전자기 위치추적기를 사용하였다. 3차원 형상 모델을 만든 뒤, 이 형상 모델 데이터를 FDTD 모의실험 장치에 보낼 수 있게 하였다. 결과: 3차원 전자기 위치추적기를 이용해 실제 실험에 사용된 위상배열코일과 FDTD 모의실험에 사용된 위상배열코일 모델을 정확하게 일치시킴으로써, 각기 코일 소자의 공간적 감도를 평가할 때 모의실험 결과와 촬영실험 결과 사이 정확한 비교가 가능하게 되었다. 모의실험과 실제 촬영실험에는 36 채널의 헬멧형 위상배열코일을 사용하였다. MRI 촬영 대상체로는 FDTD 모의실험의 모델과 같은 크기와 형상을 가진 원통형 팬텀을 사용하였다. 개발한 프로그램에서는 위상배열코일의 성능을 편리하게 평가하기 위해 관심 코일 소자를 쉽게 선택할 수 있게 하였다. 결론: 개발한 위상배열코일 성능 검증 프로그램은 위상배열코일의 개발 및 정기적인 유지보수에 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제31권1호
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• pp.75-81
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• 2019

목 적: 두피 악성종양의 치료에 광자선을 사용할 때 필요한 Bolus 재질들의 단점으로 인하여 3D Printer용 헬멧형 bolus가 제작되고 있다. 하지만 사용되는 재질인 PLA은 조직등가물질에 비해 높은 밀도를 가지고 있으며 환자가 착용할 경우 불편한 점들이 발생한다. 이에 본 연구에서는 3D Printer를 이용한 M3 wax 헬멧을 제작하여 악성 두피종양을 치료하는 방법을 시도해 보고자 한다. 대상 및 방법: 헬멧형 M3 wax의 모델링을 위해 두부인체모형팬텀을 CT로 촬영해 DICOM file로 획득하고, 두피 위에 헬멧이 위치할 부위를 Helmet contour로 제작하였다. M3 Wax 헬멧의 제작은 paraffin wax를 녹이고, 산화마그네슘, 탄산칼슘을 섞어 용해시킨 후 PLA 3D 헬멧의 내부에 넣고 표면의 PLA 3D 헬멧을 제거하였다. 치료계획은 총 10 Portal의 Intensity-Modulated Radiation Therapy(IMRT)로 세웠으며, 치료선량은 200 cGy로 eclipse의 Analytical Anisotropic Algorithm(AAA)를 사용하였다. 그 후 EBT3 film과 Mosfet(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor: USA)를 이용해 선량검증을 실시하였으며, CT 모의치료실과 동일한 조건으로 두부인체모형팬텀을 재현해 IMRT Plan을 측정하였다. 결 과: CT상에서 측정된 Bolus의 Hounsfield unit(HU)는 $52{\pm}37.1$으로 나타났다. M3 wax bolus 측정점 A, B, C에서 TPS의 선량은 186.6 cGy, 193.2 cGy, 190.6 cGy으로 확인되었고, Mostet으로 3회 측정한 선량은 $179.66{\pm}2.62cGy$, $184.33{\pm}1.24cGy$, $195.33{\pm}1.69cGy$, 오차율은 -3.71 %, -4.59 %, +2.48 %였다. EBT3 Film으로 측정된 선량은 $182.00{\pm}1.63cGy$, $193.66{\pm}2.05cGy$, $196{\pm}2.16cGy$이었으며, 오차율은 -2.46%, +0.23 %, +2.83 %로 확인되었다. 결 론: M3 wax bolus는 2 cm의 두께로 제작되어 뇌 부분의 선량을 보다 쉽게 낮추어 치료계획을 수립할 수 있었다. 치료선량 검증에서의 EBT3 Film과 Mosfet의 선량계의 A, B, C 측정값에서도 두피의 표면선량 최대 오차율은 5 % 이내로 측정되었으며, 일반적으로 3 % 이내로 정확하게 측정되었다. M3 wax bolus는 제작과정 기간이 3D Printer보다 빠르고 비용이 저렴하며, 재사용 가능하고, 인체조직 등가물질로서 두피 악성종양 치료에 매우 유용한 Bolus이다. 따라서 3D Printer의 대용량 Bolus, Compensator의 제작시간 및 비용이 비싼 단점을 극복하는 주조형 M3 wax bolus의 사용이 추후 확대될 것으로 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권3호
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• pp.188-198
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• 2012

본 연구의 목적은 국내 개발된 치료계획장치(Treatment Planning System, TPS)인 CorePLAN$^{TM}$에서의 빔 모델링을 기반으로 하는 Collapsed Cone Convolution (CCC) 선량 계산 알고리듬의 정확성을 평가하는 것이다. 여러 셋업 조건에 따라 빔 모델을 TPS에 생성하였고, 6 MV와 15 MV 광자 에너지에 대하여 $50{\times}50{\times}50cm^3$의 물 팬톰 내에서 CCC 알고리듬을 사용하여 선량 계산을 하였다. 대상 조사면은 $4{\times}4cm^2$, $6{\times}6cm^2$, $10{\times}10cm^2$, $20{\times}20cm^2$, $30{\times}30cm^2$와 $40{\times}40cm^2$을 대상으로 하였고, 각각에 대하여 열린 조사면과 쐐기 조사면으로 구분하였다. 생성된 빔 모델들은 측정된 데이터와 계산된 데이터의 심부선량백분율(Percent depth dose, PDD)과 선량프로파일(lateral profile)을 비교하여 모든 깊이에서도 잘 맞는지 평가하였다. 측정된 방사선량과 CorePLAN$^{TM}$에서 CCC 알고리듬을 이용하여 계산된 방사선량은 PDD에 있어 build-up 영역을 제외하고 열린 조사면은 최대 2%, 쐐기 조사면는 최대 3% 이내로 일치하였다. 선량프로파일은 조사면 내 영역에서는 1%, 반음영 영역에서는 4% 이내로 일치함을 확인하였다. 모든 조사면에서 반음영을 제외한 $10{\times}10cm^2$에서 최대 $40{\times}40cm^2$까지의 선량프로파일에 대하여 측정된 방사선량과 계산된 방사선량이 3% 이내로 일치하였다. 반면에, 열린 조사면에 비하여 쐐기 조사면에서 선량 차이가 뿔(horn) 영역의 가장자리에서 4%까지 높게 나타났다. 본 연구 결과에서 보여주는 선량 차이는 일부 영역을 제외하고 국제 기준에 적합한 결과값을 보였다. 선량 차이가 크게 발생하는 영역은 임상적으로 중요성이 크지 않은 표면 영역임을 감안할 때, 임상에서의 활용이 가능하리라 기대된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권2호
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• pp.192-200
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• 2010

사이버나이프 치료에서 사용하는 소조사면은 전자평형의 부재와 급격한 선량 경사도(Steep dose gradients), 그리고 광자와 전자들의 스펙트럼 변화 요인으로 인하여 소조사면 광자선 선량 측정은 일반적인 치료의 측정보다 좀더 어렵고 복잡하다. 본 연구에서는 다이오드 검출기를 이용한 측정값과 GEANT4를 이용한 계산값을 비교하고 정확한 선량 전달을 위한 측정 선량의 검증 도구의 한 종류로 GEANT4의 유용성을 입증하고자 한다. 사이버나이프 몬테카를로 모델을 개발하는데 있어 두 단계로 진행하였다. 첫 번째 단계는 선형가속기 헤드(treatment head) 시뮬레이션과 이를 통한 광자 에너지 스펙트럼의 계산이었고, 두 번째 단계는 5, 10, 20, 30, 50, 60 mm의 여섯 개 원형 조사면에 대한 물팬텀속에서의 깊이선량율의 계산이었다. 그리고 출력인수(Relative output factors)에 대한 계산은 5 mm부터 60 mm까지 총 12가지 조사면에 대해 수행되었으며 그 결과를 다이오드 검출기를 이용한 측정값과 비교하였다. 가로선량분포(Profiles)의 경우 5, 10, 20, 30, 50, 60 mm의 6가지 조사면에 대해 계산이 이루어졌고 깊이는 1.5, 10, 20 cm의 세 가지 깊이에 대해 수행되었다. 깊이선량율의 계산값을 측정값과 비교한 결과 평균 2% 미만의 오차를 보여 임상에서 허용 가능한 결과를 얻었다. 조사면 출력인자의 경우에 조사면 직경 7.5 mm 이상에서 3% 이내의 오차를 보였으나 직경 5 mm 조사면에서는 6.9%로 높은 오차를 보였다. 가로선량분포에서 20 mm 이상의 조사면에서는 2% 미만의 오차를 보였고 그 이하의 조사면에서는 3.5% 미만의 오차를 보였다. 본 연구에서는 소조사면 사이버나이프 측정을 위한 선량분포 계산을 GEANT4 코드를 사용하여 다이오드 측정 결과와 비교하였다. 다이오드와의 측정 비교 결과 5 mm 조사면을 제외한 나머지 조사면들에 대해 오차 0.2~0.6% 내의 만족할만한 결과를 얻었다. 향후 소조사면에서 정확성을 가지는 Gafchromic 필름 등 다른 측정기와 비교를 통하여 그 정확성이 평가된다면 이 GEANT4의 선량분포 계산 방법은 소조사면을 이용하는 사이버나이프 방사선치료에서 정확한 선량 전달을 위한 측정 선량의 검증 도구의 한 종류로 사용할 수 있을 것으로 예상한다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제15권4호
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• pp.202-209
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• 2004

현재 평판 디텍터를 이용한 디지털 방사선 촬영기술은 방사선 진단 기술 분야에 있어서 매우 중요하고 유용하게 사용되고 있다. 비정질 실리콘 광센서를 사용하는 디지털 방사선 촬영기에는 흡수되는 방사선 에너지를 가시광선으로 변환하는 신틸레이터로 보통 CsI(TI)를 사용한다. 신틸레이터에서 만들어진 가시광선은 이차원 평면으로 구성된 비정실 실리콘 광 다이오드에서 전기적 신호로 전환된다. 좋은 질의 영상을 얻기 위해서는 디지털 방사선 촬영기(Digital Radiography, DR) 디텍터의 방사선에 대한 세부적인 특성 연구가 필수적이다. 이러한 이유로 조사선량과 디지털 방사선 촬영기의 신호의 관계에 대해서 많은 연구가 이루어졌지만 현재까지의 연구에서는 고정된 관전압의 조건에서 두 변수의 관계에 대한 연구가 이루어졌다. 이에 본 연구에서는 X선 스펙트럼 모델인 SPEC-78을 사용하여 조사선량 대신 디텍터에 흡수되는 에너지와 디지털 방사선 촬영기의 신호와의 관계를 규명하였다. SPEC-78의 주요 입력변수인 X-ray 튜브의 고유 필터 값을 구하기 위해 조사선량을 측정하여 계산한 조사선량과 비교하였다. 물질에 흡수되는 X-ray의 에너지를 계산하는 알고리즘을 상정하여 디텍터에 흡수되는 에너지를 계산하고 다양한 조건에서 실제 X선 영상의 화소값을 획득하였다. 두변수의 관계를 이용해 특성곡선을 얻었으며 이 결과를 검증하기 위해서 물과 알루미늄으로 제작된 팬텀을 이용하였다. 다양한 조건에서 팬텀 영상의 화소값을 측정하였고 특성곡선과 비교하였다 이러한 과정으로 진행된 연구의 결과로 디텍터에 흡수되는 에너지와 디지털 방사선 촬영기의 신호는 거의 선형적임을 알 수 있었다. 또한 팬텀을 이용한 실험에서도 산란된 광자의 영향으로 유발된 약간의 오차에도 불구하고 측정되어진 화소값은 특성곡선과 잘 일치하였다 본 연구를 통해 규명되어진 두 변수의 관계는 예상과 거의 일치하였지만 산란선에 대한 부분은 흡수에너지 계산 알고리즘에서 빠져있어 더 연구가 되어야 할 부분이다. 본 연구를 통해 얻어진 자료들은 디지털 방사선 촬영기의 전처리 과정에 있어서 중요한 정보를 제공할 수 있을 것이라 생각된다.