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Development of PET Detector Module Measuring DOI using Multiple Reflectors
김능균(Neung Gyun Kim),김구(Gu Kim),곽종혁(Jong Hyeok Kwak),이승재(Seung-Jae Lee) 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.6
두 층의 섬광체와 각 층별 서로 다른 반사체의 사용과 섬광체와 감마선의 상호작용으로 발생한 빛 신호를 측정하기 위한 광센서로써 실리콘광전증배관(Silicon Photomultiplier, SiPM)을 사용하여 반응 깊이를 측정하는 검출기를 개발하였다. 층별 섬광 픽셀의 반사체의 종류를 다르게 사용함으로써 획득한 신호를 바탕으로 영상을 재구성할 경우 모든 섬광 픽셀이 서로 다른 위치에 기록되는 특징을 활용하여 섬광 픽셀과 감마선이 반응한 위치를 추적하였다. 아래층은 거울반사체를 사용하였으며, 위층은 난반사체를 사용하여 SiPM에서 획득되는 신호의 크기를 다르게 처리하였다. 섬광체 사이와 SiPM과 연결되는 부분은 광학적으로 연결되도록 광학 그리즈를 사용하여 급격한 굴절률 변화를 감소시켰다. 16개의 SiPM에서 획득한 신호는 앵거 방정식을 사용하여 4개의 신호로 감소시켰으며, 이를 사용하여 영상을 재구성하였다. 두 층으로 구성된 모든 섬광 픽셀이 재구성된 영상에 나타났으며, 이를 통해 섬광 픽셀과 감마선이 반응한 층을 구분할 수 있었다. 서로 다른 반사체를 사용하여 두 층의 반응 깊이를 측정하는 검출기를 전 임상용 양전자방출단층촬영기기에 적용할 경우 관심 시야 외곽에서 나타나는 공간분해능의 저하 현상을 해결할 수 있을 것으로 판단된다. A detector module measuring a depth of interaction was developed using silicon photomultiplier (SiPM) and two layers of scintillation crystal array treated with multiple reflectors. When reconstructing an image based on a signal obtained by using different types of reflector of each layer, the interaction positions of scintillation pixels and gamma rays could be tracked by utilizing the feature that all scintillation pixels were recorded at different positions. The bottom layer uses a specular reflector, and the top layer uses a diffuse reflector to differently process the size of the signal obtained from the SiPM. The optical grease was used to recude the sharp refractive index change between the layers of scintillator and the SiPM. The signals obtained from the 16 SiPMs were reduced to four signals using the Anger equations, and the images were reconstructed using them. All the scintillation pixels composed of the two layers appeared in the reconstructed image, which distinguished the layer where the scintillation pixels and gamma rays interacted. If the detectors, which measure the interaction depth of two layers using different reflectors, will be applied to preclinical positron emission tomography, the degradation of spatial resolution appearing outside the field of interest could be solved.
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Image Quality Improvement through Energy Spectrum Change for X-ray
김구(Gu Kim),김능균(Neung Gyun Kim),이승재(Seung-Jae Lee) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.1
엑스선 영상을 획득하는 경우에 연속 엑스선을 사용할 경우, 다양한 엑스선 에너지로 인해 같은 물질이라도 두께에 따라 영상에서 정확하게 표현되지 않을 수 있다. 이를 해결하기 위해 엑스선 에너지스펙트럼을 변경하여 영상의 질을 향상 시킬 수 있도록 하였다. SPEKTR v3.0을 사용하여 부가 필터를 추가한 엑스선 에너지스펙트럼과 고유 필터만을 사용한 일반 엑스선 에너지스펙트럼을 획득하였다. 획득한 엑스선 에너지스펙트럼을 Geant4 Application for Tomographic Emission(GATE)의 방사선원으로 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다. GATE 데이터를 사용하여 부가 필터가 사용된 엑스선 영상과 부가 필터를 사용하지 않은 엑스선 영상을 재구성한 영상을 74 keV의 단일 에너지 영상을 통해서 비교 분석하였다. 부가 필터를 사용하지 않은 엑스선 에너지스펙트럼을 사용한 경우 같은 물질이라도 두께에 따라 투과한 엑스선의 양이 물질 두께에 따라 감소되는 양과는 상이한 양상을 보인 반면, 부가 필터를 사용한 경우 두께에 따라 투과된 엑스선의 양이 물질 두께에 따라 감소되는 양과 유사한 결과가 나왔다. 즉, 감소되는 선량이 단일 에너지를 사용했을 때와 비슷한 결과가 나왔다. 부가 필터를 사용하여 엑스선 에너지스펙트럼을 변경하여 엑스선 영상을 획득할 경우 엑스선의 투과에 대한 보다 정확한 결과의 값을 획득할 수 있다. 영상의학검사에서 부가 필터의 적절한 사용이 영상의 질을 높이는데 크게 작용한다는 것을 확인하였다. When continuous X-ray are used when acquiring and X-ray image, even the same material may not be accurately represented in the image according to the thickness due to various X-ray energies. To solve this problem, the X-ray energy spectrum was changed to improve the image quality. Using SPEKTR v3.0, an X-ray energy spectrum with an additional filter added and a general X-ray energy spectrum using only a unique filter were obtained. Simulation was performed using the obtained X-ray energy spectrum as a radiation source for Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE). Using GATE data, an X-ray image with an additional filter and an image reconstructed from and X-ray image without an additional filter were compared and analyzed through a mono energy image of 74 keV. In the case of using the X-ray energy spectrum without using an additional filter, the amount of X-rays transmitted according to the thickness of the same material is different from the amount that decreases according to the thickness of the material. Similar results were obtained as the amount decreased with the material thickness. In other words, a similar result was obtained when the reduced dose was used with a mono energy. When an X-ray image is obtained by changing an X-ray energy spectrum using an additional filter, a more accurate result of transmission of X-rays may be obtained. In radiological examination, it was confirmed that the appropriate use of the additional filter has a great effect on improving the image quality.
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