의료 영상 시스템에서 부가 필터를 이용한 산란 열화 인자의 해석에 관한 연구

강상식,김교태,박지군 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.4

X-rays used for diagnosis have a continuous energy distribution. However, photons with low energy not only reduce image contrast, but also contribute to the patient’s radiation exposure. Therefore, clinics currently use filters made of aluminum. Such filters are advantageous because they can reduce the exposure of the patient to radiation. However, they may have negative effects on imaging quality, as they lead to increases in the scattered dose. In this study, we investigated the effects of the scattered dose generated by an aluminum filter on medical image quality. We used the relative standard deviation and the scatter degradation factor as evaluation indices, as they can be used to quantitatively express the decrease in the degree of contrast in imaging. We verified that the scattered dose generated by the increase in the thickness of the aluminum filter causes degradation of the quality of medical images. 진단방사선 영상을 획득하기 위해 이용되는 X-ray는 연속적인 에너지 분포를 가지지만 저에너지 광자의 경우에는 영상 형성 보다는 환자피폭에 더 많은 기여를 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 저에너지 광자를 제거하기 위해 임상에서는 알루미늄 필터를 적용하고 있으나 이는 빔 경화 현상으로 인한 영상 품질에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 이에 본 연구에서는 알루미늄 필터에 의한 산란 선량이 의료 영상의 품질에 미치는 영향에 대하여 고찰하고자 하였다. 또한, 영상의 대조도 저하를 정량적으로 표현하기 위해 상대 표준 편차 및 산란 열화 인자를 평가 지표로서 활용하였다. 연구 결과, 70 kVp 이상의 전압에서 진단 영상을 확보 시 NCRP에 의해 권장되는 2.5 mmAl를 기준에서 전방산란율 분석 결과 0.69 %, 산란 열화 인자 분석 결과는 0.005, NNPS 분석 결과 3.59 mm2의 변화가 나타났다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 알루미늄 필터의 두께가 증가함에 따라 발생하는 산란 선량이 의료 영상의 품질을 저하시키는 것을 정량적으로 검증하였다.

방사선 영상센서 적용을 위한 미세 발광체 필름 제조 및 광학적 특성에 관한 연구

강상식,최영준,최영준,문용수,김미영,이상봉,정봉재,박지군 한국방사선학회 2010 한국방사선학회 논문지 Vol.4 No.4

본 연구에서는 고해상도 영상획득을 위해 저온액상법을 이용하여 Europium doped gadollium oxide(Gd2O3:Eu) 미 세 형광체를 제조하여 입자의 형상 및 구조를 분석하였으며, 발광체 필름에 대한 방사선에 대한 광학적 반응특성 실험 을 통해 고해상도 영상검출기 적용 가능성을 확인하였다. 제조된 형광체 필름 두께에 따른 광량 및 선량에 따른 발광 의 선형성을 조사하였다. 측정결과, 270 ㎛ 두께의 Gd2O3:Eu에서 2945 pC/cm2/mR의 발광 강도로 이 값은 벌크 형광 체 필름의 발광 강도보다 약 1.2배 높은 영상 획득을 위한 충분한 신호임을 확인할 수 있었다. 또한, 임상 진단 영역의 X선 조사선량 범위에서 대체로 좋은 선형적 특성을 보였다. In this paper, the fabrication and feasibility study of clinical application with euripium doped gadollium oxide (Gd2O3:Eu) nano phosphor derived by low-temperature solution combustion method. From the fabricated phosphor, the photoluminescent characteristic and linearity as a function of phosphor film thickness were investigated to evaluate x-ray converstion properties. From the experimental results, the luminescent intensity was 2945 pC/cm2-mR at 270 ㎛ Gd2O3:Eu film and this value is higher 1.2 time the conventional bulk phosphor, which is possible to imaging acquisition. And good linearity was shown at x-ray exposure range for clinical diagnostic application.

과학기술현황 및 과기부 연구사업 : 기초과학 R&D 및 특정연구개발사업

강상식 목포해양대학교 해사산업기술연구소 1999 심포지움강연논집 Vol.1999 No.11

CMOS 기반 X선 영상의 해상력 향상을 위한 Gd₂O₂S:Tb 미세형광체 필름 제작 및 영상 질 평가

강상식,최영준,정봉재,노시철,조창훈,윤인찬,박지군,Kang, Sang-Sik,Choi, Young-Zoon,Jung, Bong-Jae,No, Si-Cheul,Cho, Chan-Hoon,Yoon, In-Chan,Park, Ji-Koon 한국방사선학회 2011 한국방사선학회 논문지 Vol.5 No.5

본 연구는 고해상도 디지털 X선 영상 검출기 적용을 위해 미세 $Gd_2O_2S$:Tb 형광체 분말을 저온 액상법을 이용하여 합성하였다. 제조된 형광체 분말을 이용하여 입자침전법을 이용하여 형광체 필름을 제작하여 발광특성을 조사하였다. 측정결과, Tb 첨가농도에 따른 상대적인 발광량 측정결과 5 wt%의 첨가농도에서 가장 높은 발광효율을 보였으며, 첨가농도가 증가할수록 소광현상에 의한 발광강도가 급격히 감소하는 경향을 보였다. 또한 270 ${\mu}m$ 두께의 $Gd_2O_2S$:Tb에서 2945 pC/$cm^2$/mR의 발광 강도를 가졌으며, 발광 강도가 거의 포화되는 것을 관찰할 수 있었다. 끝으로 제조된 형광체의 영상획득 성능을 평가하기 위해 상용화된 CMOS 센서를 이용하여 X선 영상을 획득하여 MTF, NPS를 측정하여 DQE 평가를 수행하였다. 측정결과, DQE(0)의 값은 37%로 다소 낮은 값을 보였다. 향후 필름 제조 공정상의 문제점을 해결한다면, DQE를 개선할 수 있을 것으며, 고해상도 의료 방사선 영상 시스템 적용에 유용하게 적용 가능할 것으로 판단된다. In this study, fine $Gd_2O_2S$:Tb powder was synthesized by using a low temperature solution-combustion method for a high-resolution digital x-ray imaging detector. From the fabricated phosphor power, the fine scintillator films was fabricated by particle sedimentation method and was investigated the luminescent property. From the experimental results of relative light output as a function of terbium concentration, the highest luminescent efficiency has at 5 wt% Tb concentration, and luminescent intensity decreased rapidly according to quenching effect about higher Tb concentration. Also, the relative light output of $270{\mu}m$-$Gd_2O_2S$:Tb film has 2945 pC/$cm^2$/mR. And light intensity was saturated at higher film thickness. Finally, to evaluate an image acquisition performance of fabricated phosphor, images were obtained by using commercial CMOS sensor and measured the MTF, NPS, and DQE. DQE(0 lp/mm) of fine phosphor film has 37%. But, DQE improvement of fine phosphor film is possible by resolving problem of film fabrication process and has a significant potential in the application of digital radiation imaging system later.

이중 구조의 X선 차폐시트 설계를 위한 FLUKA 수송코드의 신뢰성 검증

강상식,허승욱,최일홍,전제훈,양승우,김교태,허예지,박지군 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.7

In the current medical field, lead is widely used as a radiation shield. However, the lead weight is very heavy, so wearing protective clothing such as apron is difficult to wear for long periods of time and there is a problem with the danger of lethal toxicity in humans. Recently, many studies have been conducted to develop substitute materials of lead to resolve these problems. As a substitute materials for lead, barium(Ba) and iodine(I) have excellent shielding ability. But, It has characteristics emitting characteristic X-rays from the energy area near 30 keV. For patients or radiation workers, shielding materials is often made into contact with the human body. Therefore, the characteristic X-rays generated by the shielding material are directly exposured in the human body, which increases the risk of increasing radiation absorbed dose. In this study, we have developed the FLUKA transport code, one of the most suitable elements of radiation transport codes, to remove the characteristic X-rays generated by barium or iodine. We have verified the reliability of the shielding fraction of the structure of the structure shielding by comparing with the MCPDX simulations conducted as a prior study. Using the MCNPX and FLUKA, the double layer shielding structures with the various thickness combination consisting of barium sulphate (BaSO4) and bismuth oxide(Bi2O3) are designed. The accuracy of the type shown in IEC 61331-1 was geometrically identical to the simulation. In addition, the transmission spectrum and absorbed dose of the shielding material for the successive x-rays of 120 kVp spectra were compared with lead. In results, 0.3 mm-BaSO4/0.3 mm-Bi2O3 and 0.1 mm-BaSO4/0.5 mm-Bi2O3 structures have been absorbed in both 33 keV and 37 keV characteristic X-rays. In addition, for high-energy X-rays greater than 90 keV, the shielding efficiency was shown close to lead. Also, the transport code of the FLUKA’s photon transport code was showed cut-off on low-energy X-rays(below 33keV) and is limited to computerized X-rays of the low-energy X-rays. But, In high-energy areas above 40 keV, the relative error with MCNPX was found to be highly reliable within 6 %. 현재 의료분야에서는 방사선 차폐체로서 납(Pb)이 널리 쓰이고 있다. 하지만 납은 무게가 매우 무거워 납치마 등의 방호복은 장시간 착용이 어려우며, 인체에 치명적인 납 중독의 위험이 상시 가지고 있다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 납을 대체 할 수 있는 물질에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 현재 납의 대체물질로써 대표적인 바륨(Ba)과 요오드(I) 등은 우수한 차폐능을 가지고 있지만, 30keV 근처의 에너지 영역에서 특성 X선을 방출하는 특성을 가지고 있다. 환자나 방사선 종사자의 경우 차폐체를 인체에 접촉하고 있는 경우가 많으므로 차폐체에서 발생되는 특성 X선이 인체에 직접 조사되어 방사선 피폭을 증가시킬 위험이 매우 높다. 본 연구에서는 바륨(Ba)과 요오드(I)등에서 발생되는 특성 X선을 제거하기에 적절한 이중구조 차폐체를 방사선 수송코드 중 하나인 FLUKA 수송코드를 개발하여 선행연구로서 진행된 MCNPX 시뮬레이션과 비교 분석하여 이중구조 차폐체의 차폐율에 대한 신뢰성을 검증하고자 하였다. MCNPX와 FLUKA를 이용하여 황산바륨(BaSO4)과 산화비스무스(Bi2O3)로 이루어진 다양한 두께조합의 이중구조 차폐체를 설계하였으며, IEC61331-1에 제시된 모식도를 기하학적으로 동일하게 시뮬레이션 상에 구현하였다. 또한, 120 kVp 의 연속 X선 스펙트럼에 대한 차폐체의 투과스펙트럼과 흡수선량을 납과 비교 평가하였다. 평가결과, 0.3 mm-BaSO4/0.3 mm-Bi2O3 와 0.1 mm-BaSO4/0.5 mm-Bi2O3 구조에서는 33 keV와 37 keV의 특성 X선을 모두 흡수하였으며, 90 keV 이상의 고에너지 X선에 대해서도 납과 거의 유사한 차폐효율을 보였다. 또한, FLUKA의 수송코드는 33 keV 이하에서는 cut-off 가 발생하여 저에너지 X선 광자에 대한 전산모사에 제약이 있지만, 40 keV 이상의 고에너지 영역에서 MCNPX와의 상대오차가 6 % 이내로 신뢰성이 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

형광체 기반 X선 광 변조기를 위한 비정질 셀레늄 필름 특성

강상식,박지군,조성호,차병열,신정욱,이건환,문치웅,남상희,Kang, Sang-Sik,Park, Ji-Koon,Cho, Sung-Ho,Cha, Byung-Youl,Shin, Jung-Wook,Lee, Kun-Hwan,Mun, Chi-Woong,Nam, Sang-Hee 대한의용생체공학회 2007 의공학회지 Vol.28 No.2

PXLM(Phosphor based x-ray light modulator) has a combined structure by phosphor, photoconductor, and liquid crystal and it can realize x-ray image of high resolution in clinical diagnosis area. In this study, we fabricated a photoconductor and investigated electrical and optical properties to confirm application possibility of radiator detector of PXLM structure. As photoconductor, amorphous selenium(a-Se), which is used most in DR(Digital radiography) of direct conversion method, was used and for formation of thin film, it was formed as $20{\mu}m-thick$ by using thermal vacuum evaporation system. For a produced a-Se film, through XRD(X-ray diffraction) and SEM(Scanning electron microscope), we investigated that amorphous structure was uniformly established and through optical measurement, for visible light of 40 $0\sim630nm$, it had absorption efficiency of 95 % and more. After fabricated a-Se film on the top of ITP substrate, hybrid structure was manufactured through forming $Gd_2O_3:Eu$ phosphor of $270{\mu}m-thick$ on the bottom of the substrate. As the result to confirm electrical property of the manufactured hybrid structure, in the case of appling $10V/{\mu}m$, leakage current of $2.5nA/cm^2$ and x-ray sensitivity of $7.31nC/cm^2/mR$ were investigated. Finally, we manufactured PXLM structure combined with hybrid structure and liquid crystal cell of TN(Twisted nematic) mode and then, investigated T-V(Transmission vs. voltage) curve of external light source for induced x-ray energy. PXLM structure showed a similar optical response with T-V curve that common TN mode liquid crystal cell showed according to electric field increase and in appling $50\sim100V$, it showed linear transmission efficiency of $12\sim18%$. This result suggested an application possibility of PXLM structure as radiation detector.

연속 엑스선 에너지에 대한 반도체 검출기의 흡수효율 추정

강상식,이광옥,박상진,문용수,윤인찬,허예지,김찬욱,박정은,박지군 대한방사선방어학회 2009 대한방사선방어학회 학술발표회 논문요약집 Vol.2009 No.11

Effect of Annealing Temperature on a Polycrystalline Lead Oxide Film Derived by Using the Sedimentation Method

강상식,박지군,최영준,이미현,정봉재,남상희,Kyu-Seuk Cho 한국물리학회 2011 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.59 No.61

Polycrystalline PbO has a low effective work function, a high atomic number and the possibility of large-area deposition. In this research, fine lead-oxide particles were synthesized using a solution-combustion method, and PbO films of 200 µm in thickness were deposited by a special wet sedimentation coating process at room temperature. The influences of annealing temperature on the X-ray detection properties of the film were investigated in detail. From the experimental results, the dark current was stable in about 0.4 second at a 500 ℃ annealing temperature, but with no annealing, several tens of seconds were required for dark-current stability. In addition, the dark current density decreased rapidly with increasing annealing temperature, and the value was below 2 nA/cm^2 after 300 ℃ annealing. The X-ray sensitivity was about 2 ∼ 4 nC/mR-cm^2 at 500 C annealing and this value is higher by 10 time than that of a commercial 500 µm a-Se film. Finally, the signal loss of the 300 ∼ 500 ℃ annealed sample was lower by 2% at five continuous X-ray exposures.

2013년 축종별 배합사료산업 전망 - 양계 사료산업 전망

강상식,Gang, Sang-Sik 한국사료협회 2012 飼料 Vol.59 No.-

특집: 구제역 종식 이후 축종별 사료산업 전망 - 양계 사료산업 전망

강상식,Gang, Sang-Sik 한국사료협회 2011 飼料 Vol.50 No.-