입자가속기와 표준모형 - 관련 물리학 논문의 출처 조사를 중심으로 -

김종일(Chong Yeal Kim) 한국과학사학회 1998 한국과학사학회지 Vol.20 No.2

N/A

미국의 과학기술학 관련 교과과정 분석

김종일(Kim Chong-Yeal),오진곤(Oh Jin-Gon),정광수(Jung Kwang-Soo),주수희(Joo Su-Hee),中島秀人(Nakasima Hideto) 한국과학기술학회 2001 과학기술학연구 Vol.1 No.1

MS EXCEL 및 Bit system을 이용한 피부선량 계산 프로그램의 제작 및 응용

김성철(Sung-Chul Kim) · 김종일(Chong-Yeal Kim) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2009 방사선기술과학 Vol.32 No.1

전리방사선을 이용한 의료진단검사는 장치의 발전과 더불어 환자의 삶을 개선시키고 의료검사의 혁명을 가지고 왔다. 하지만 이러한 의료영상의 발전은 대중에 의한 전리방사선피폭의 증가의 원인이 되었다. 이러한 가운데 ICRP에서는 각 국가 및 지역의 실정에 맞게 진단참고준위를 사용하도록 권고하고 있으며, 우리나라에서도 2007년 식품의약품안전청에서 환자선량측정 가이드라인을 제시하였다. 하지만 임상에서는 대부분 선량계가 없어 X선 검사시 환자피부선량을 알 수가 없는 것이 현실이다. 이에 저자는 bit system을 이용하여, PC상에서 엑셀프로그램을 이용하여 간단하게 환자선량을 알 수 있게 프로그램화 하여 그 유용성을 검토하였으며, 그 결과 실측값과 계산값은 약 10% 정도의 차이로 우수한 결과를 나타내었다. The medical diagnostic examination using ionizing radiation has improved the patients' life and brought revolution in medical examination along with the mechanical development. However, the development of medical imaging systems has also been the reason to increase the patients' exposure for ionizing radiation. ICRP recommends that each country adopts diagnostic reference levels depending on regional and national situations. The Korea Food & Drug Administration suggested the dosimetry measurement guideline for patients in 2007. Nonetheless, in reality, it is hard to know the skin dose of the patients when applying a x-ray since there is no radiation dosimeter in most of clinical situation. Therefore, this study sets a program based on the bit system to figure out easily the skin dose of a patients using MS Excel program in the PC setting. The results showed 10% better outcome.

물질의 종류에 따른 표준섭취계수의 변화에 관한 연구

김기진(Kim, Ki-Jin),김종일(Kim, Chong-Yeal),배석환(Bae, Seok-Hwan) 한국산학기술학회 2011 한국산학기술학회논문지 Vol.12 No.8

양전자방출단층촬영에서 표준섭취계수는 종양의 진단에 사용이 되는 지표이다. 표준섭취계수는 여러 인자에 의해 변화한다. 본 연구에서는 Philips사의 GEMINI TF PET/CT를 이용하여 물질에 따른 영상의 왜곡 및 표준섭취계 수의 변화에 대하여 실험하였다. 물질별 표준섭취계수의 변화는 스테인레스보정물은 1.8, 스텐트는 1.4, 요오드성조영 제는 2.4, 황산바륨은 2.6, 석고는 1.6, 파라핀은 1.4 이였다. 황산바륨 일수록 농도가 높을수록 영상의 왜곡은 크게 나 타났다. 실험의 결과 원자번호가 낮은 금속성 물질이나 농도가 낮은 조영제의 경우 큰 영향은 없었다. 그러나 검사 전 반드시 금속성 물질을 제거하거나 조영제의 유무를 확인하여 영상의 왜곡 및 표준섭취계수의 변화를 최소화 해야 할 것이다. In Positron Emission Tomography Computed Tomography, Standardized Uptake Value(SUV)is most generally used to discern tumors. However, SUV may be influenced other factors. In this study, experiment was conducted distrotion in image and change in SUV according to substance with GEMINI TF PET/CT of Philips.. SUV for materials resulted in 1.8 for stainless, 1.4 for stent, 2.4 for iodine contrast medium, 2.6 for Barium Sulfate, 1.6 for Gypsum, and 1.4 for paraffin respectively. The distortion of image was remarkable for the iodine contrast medium and Barium Sulfate. For the barium sulfate, the higher the density, the larger the distrotion of the images. As a result of test, it appeared that the metallic substance whose atomic number is low and contrast medium whose concentration is low didn't affect the distortion in image and the change in SUV. However, it tis necessary to minimize distortion in image and change in SUV, by removing the metallic substance and checking if there are contrast mdeium or before examination.

GEANT4를 이용한 $^{99m}Tc$ Generator 안전성 시뮬레이션

강상구,한동현,김종일,Kang, Sang-Koo,Han, Dong-Hyun,Kim, Chong-Yeal 한국의학물리학회 2008 의학물리 Vol.19 No.1

테크니슘$(^{99m}Tc)$은 현재 핵의학 분야에서 진단용 방사선원으로 가장 널리 쓰이고 있는 방사성 동위원소 중 하나이다. 일반적으로 테크니슘은 $^{99m}Tc$ Generator라 불리는 장치 안에서 모핵종인 $^{99}Mo$의 붕괴를 통해 생산되는데, $^{99}Mo$과 $^{99m}Tc$에서 비교적 높은 방사선을 방출하기 때문에 이를 차폐하기 위하여 주로 납으로 제작되어 있다. 본 논문에서는 국내에서 비교적 사용 빈도가 높고 교정 방사능이 500 mCi인 일본 제품을 대상으로, 최대 방사능량 적제조건에서 차폐용기 표면으로부터 10 cm, 100 cm에서 각각 2.0 mSv/h, 0.02 mSv/h를 초과하지 않아야 한다는 국내 법적 제한치를 만족시키는지 여부를 GEANT4를 이용하여 시뮬레이션하였다. 계산 결과 용기 밖으로 방출되는 방사선량이 법적 기준치를 초과하지 않는 것으로 나타났다. Technisium $(^{99m}Tc)$ is one of the most widely used radioactive isotopes for diagnosis in nuclear medicine. In general, technisium is produced inside the so called $^{99m}Tc$ generator which is usually made out of lead to shield relatively high energy radiation from $^{99}Mo$ and its daughter nuclide $^{99m}Tc$. In this paper, a GEANT4 simulation is carried out to test the safety of the $^{99m}Tc$ generator, taking the Daiichi product with radioactivity of 500 mCi as an example. According to the domestic regulation on radiation safety, the dose at 10 cm and 100 cm away from the surface of shielding container should not exceed 2.0 mSv/h and 0.02 mSv/h, respectively. The simulated dose turned out to be less than the limit, satisfying the domestic regulation.

디지털 흉부 촬영에서 구리필터사용에 따른 환자 표면선량 감소효과에 관한 연구

신수인(Soo-In Shin),김종일(Chong-Yeal Kim),김성철(Sung-Chul Kim) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2008 방사선기술과학 Vol.31 No.3

  의학적으로 방사선을 사용 시 가장 중요한 점은 환자의 병을 진단 가능하되 피폭선량을 최소화시켜야 한다는 점이다. 진단용 X-선 중 장파장부분은 대부분 흡수에 관여하게 되어 환자의 피폭선량을 증가시키므로 불필요하다. 이러한 장파장영역을 제거하기 위한 방법으로 가장 효과적인 방법은 여과 판의 사용이다.<BR>  이에 부가여과가 없는 경우와 0.3 ㎜Cu filter 사용 시의 화질과 피부입사선량에 대해 실험을 해 보았다.<BR>  ROC 신호용 지름 4 ㎜, 두께 3 ㎜의 아크릴 디스크를 chest phantom에 랜덤하게 위치시키면서 non filter 및 Cu filter시 각 각 20매씩 총 40매의 신호 + 잡음영상을 촬영하고, 또한 신호가 없는 영상(잡음만의 영상)을 각 각 20매씩 40매 촬영하여 총 80매의 영상을 준비한 후 5명의 방사선종사자가 판독 후 P(S/s), P(S/n)를 구하여, ROC곡선을 그리고, 감도와 특이도 및 곡선하면적을 구해 평가하였다.<BR>  또한 AAPM(American Association of Physicists in Medicine by the American Institute of Physics)권고에 따른 ANSI chest phantom과 Contrast-detail phantom을 이용하여 non filter 또는 Cu filter사용 시 시각적으로 관찰 가능한 병소의 갯수를 파악하였으며, 또한 두 경우에서 피부입사선량을 측정하였다.<BR>  그 결과 Cu filter사용 시에 ROC곡선이 좌상방향에 위치하고, 감도, 곡선하면적 및 CD phantom 병소의 갯수에서 모두 좋은 결과를 나타내었다. 또한 피부입사선량은 감소가 되어 여러 측면에서 부가필터의 사용을 검토해 볼 필요가 있으리라 사료된다.   The most critical point in the medical use of radiation is to minimize the patient"s entrance dose while maintaining the diagnostic function. Low-energy photons (long wave X-ray) among diagnostic X-rays are unnecessary because they are mostly absorbed and contribute the increase of patient"s entrance dose. The most effective method to eliminate the low-energy photons is to use the filtering plate.<BR>  The experiments were performed by observing the image quality. The skin entrance dose was 0.3 mmCu (copper) filter. A total of 80 images were prepared as two sets of 40 cuts. In the first set (of 40 cuts), 20 cuts were prepared for the non-filter set and another 20 cuts for the Cu filter of signal + noise image set. In the second set of 40 cuts, 20 cuts were prepared for the non-filter set and another 20 cuts for the Cu filter of non-signal image (noisy image) with random location of diameter 4㎜ and 3㎜ thickness of acryl disc for ROC signal at the chest phantom. P(S/s) and P(S/n) were calculated and the ROC curve was described in terms of sensitivity and specificity. Accuracy were evaluated after reading by five radiologists. The number of optically observable lesions was counted through ANSI chest phantom and contrast-detail phantom by recommendation of AAPM when non-filter or Cu filter was used, and the skin entrance dose was also measured for both conditions.<BR>  As the result of the study, when the Cu filter was applied, favorable outcomes were observed on, the ROC Curve was located on the upper left area, sensitivity, accuracy and the number of CD phantom lesions were reasonable. Furthermore, if skin entrance dose was reduced, the use of additional filtration may be required to be considered in many other cases.

DICOM 파일을 사용한 Geant4 시뮬레이션과 Gafchromic EBT2 필름에 의한 인체 내 흡수선량 비교 연구

모은희,이상호,안성환,김종일,Mo, Eun-Hui,Lee, Sang-Ho,Ahn, Sung-Hwan,Kim, Chong-Yeal 한국의학물리학회 2013 의학물리 Vol.24 No.1

몬테카를로 방식은 지금까지 인체 내 흡수선량을 계산하는 가장 정확한 방법으로 알려져 왔고. 이러한 계산 방법을 이용하기 위한 인체 내부의 장기 묘사는 인체 모형 팬텀이 주로 사용되어 왔다. 그러나 최근 Geant4 코드를 사용한 몬테카를로 계산에서는 CT의 DICOM 파일에서 인체의 여러 장기에 대한 자료를 직접 추출하고 시뮬레이션에 필요한 geometry로 변환하여 사용하려는 다양한 노력이 시도되고 있다. 이와 같은 기능은 실제 인체의 해부학적 구조를 그대로 재현하면서 인체 내부의 흡수선량을 정확히 계산 할 수 있도록 한다. 따라서 본 연구에서는 DICOM 파일을 연동한 Geant4을 이용하여 인체 내 흡수선량을 계산하였고, 이를 Gafchromic EBT2 필름을 이용한 측정 선량과 비교함으로써 그 유용성을 확인하고자 하였다. 본 연구에서 시뮬레이션을 이용하여 계산한 선량과 EBT2 필름을 이용한 선속 중심축에서의 측정선량을 비교한 결과 피부표면에서부터 최대선량 깊이까지 선량이 급격하게 변화하는 build up 영역을 제외하고는 오차(difference) 범위가 평균 3.75% 임을 알 수 있었다. 또한 선량의 계산 값을 각 CT slice 별로 출력되도록 하였고, 또 각 slice에서도 복셀 하나하나의 선량 값이 출력되도록 하여 측정하고자 하는 장기별, 기관별 흡수선량을 쉽게 확인 할 수 있도록 하였다. 이처럼 인체 모형 팬텀이 아닌 실제 인체의 image data인 CT DICOM 파일을 이용한 선량계산을 각 slice, voxel 별로 선량 값을 출력하는 방식은 다양한 부위의 정확한 선량계산을 가능하게 하므로 향후 방사선 치료계획 시스템의 선량 계산에 유용할 것이라 생각한다. 또한 현재 사용 중인 여러 에너지 영역에도 적용이 가능하므로 인체 내 방사선의 흡수선량 확인을 위해 유용하게 활용되어질 수 있을 것으로 생각된다. Monte Carlo method has been known as the most accurate method for calculating absorbed dose in the human body, and an anthropomorphic phantom has been mainly used as a method of simulating internal organs for using such a calculation method. However, various efforts are made to extract data on several internal organs in the human body directly from CT DICOM files in recent Monte Carlo calculation using Geant4 code and to use by converting them into the geometry necessary for simulation. Such a function makes it possible to calculate the internal absorbed dose accurately while duplicating the actual human anatomical structure. Thus, this study calculated the absorbed dose in the human body by using Geant4 associating with DICOM files, and aimed to confirm the usefulness by compare the result with the measured dose using a Gafchromic EBT2 film. This study compared the dose calculated using simulation and the measured dose in beam central axis using the EBT2 film. The results showed that the range of difference was an average of 3.75% except for a build-up region, in which the dose rapidly changed from skin surface to the depth of maximum dose. In addition, this study made it easy to confirm the target absorbed dose by internal organ and organ through the output of the calculated value of dose by CT slice and the dose value of each voxel in each slice. Thus, the method that outputs dose value by slice and voxel through the use of CT DICOM, which is actual image data of human body, instead of the anthropomorphic phantom enables accurate dose calculations of various regions. Therefore, it is considered that it will be useful for dose calculation of radiotherapy planning system in the future. Moreover, it is applicable for currently-used several energy ranges in current use, so it is considered that it will be effectively used in order to check the radiation absorbed dose in the human body.

선질계수에 의한 피부입사선량 계산법

김성철(Sung-Chul Kim),김종일(Chong-Yeal Kim),안성민(Sung-Min Ahn) 한국콘텐츠학회 2010 한국콘텐츠학회논문지 Vol.10 No.2

방사선피폭에 대한 관심이 높아지면서 X선 검사시에 환자에게 조사되는 피폭선량을 정확히 알고 있다는 것은 환자의 불안을 해소하고 또 방사선사나 의사가 피폭선량 경감의식을 향상시키는 데 중요하지만, 임상에서 측정기를 보유하고 있는 시설은 극소수에 불과하다. 본 연구에서는 bit system 및 NDD-M법의 특징을 살려서 우리나라에 사용되고 있는 진단용 X선장치의 출력선량을 직접 측정하여 도표화 하고, X선 출력선량을 아는 경우 또는 모르는 경우 모두에서 적절히 적용할 수 있게 두 가지 방법을 제시하여 실측선량과 비교 실험을 하였다. 그 결과 bit system 및 NDD-M법보다 정확도가 우수한 결과를 나타내어 임상에서 환자가 받는 선량을 더욱 쉽게 알 수 있게 됨으로 방사선관련 종사자들의 의료피폭에 대한 관심이 더욱 높아지고 의료선량감소에 한층 더 노력하는 계기가 될 것으로 사료된다. This interest in radiation exposure makes increasing doctor's awareness and knowledge of radiation dose in patients during X-ray test important in reducing patient's uneasiness. However, very few facilities are equipped with measurement instruments. Therefore, an intensive study to find out patient dose using computational method has been initiated. This study used special features of the bit system and NDD-M and directly measured the output dose of diagnostic X-ray instruments used in Korea to create tables. Two different methods were found to be adequate when applied to cases when X-ray outputs were both known and unknown, and comparative experiments with real measurement doses were carried out. Presented methods were found to provide more accurate results compared to the bit system and NDD-M. Therefore, patient dose during clinical trials were found to be more easily acceptable to medical personnel in the radiation field in terms of radiation exposure and reduction of medical X ray dose.

대퇴 골두 충돌 증후군(Cam type)의 진단과 치료를 위한 자기공명 3D 영상 재구성 기법의 유용성

곽영곤(Yeong-Gon Kwak),김종일(Chong-Yeal Kim),조영기(Yeong-Gi Cho) 한국콘텐츠학회 2015 한국콘텐츠학회논문지 Vol.15 No.11

Hip FAI 진단과 수술 계획 시 Hip FAI MRI 검사시 3D 영상을 추가로 활용하여 CT 영상으로 이루어지는 Hip Clock face 영상을 MRI 3D 영상으로 대체할 수 있는지 비교 평가 하였다. Hip 자기공명 영상검사(MRI)와 3D Hip 컴퓨터 단층 촬영(CT)을 동시 시행한 환자 31명 (남: 21명 평균연령: 35세 여: 10명 평균연령: 40.3세)을 대상으로 분석하였으며, 영상평가는 정형외과 전문의 1명과 영상의학과 전문의 1명이 MR과 CT modality에서 Hip joint articular transverse ligament의 6 o’clock을 중심으로 Superior을 12 o’clock, Labrum의 전면을 3 o’clock, 반대쪽을 9 o’clock로 기술하는 Clock face을 재구성 한 후 11 o’clock에서 A. retinacular vessel, B. head neck junction, 12 o’clock A. Epiphyseal line, B. Cam lesion, 1,2,3,4 o’clock의 Cam lesion, Posterior Cam lesion확인 여부를 리커트(Likert scale) 5점 척도로 평가하였다(Independent t-test p〈0.05). 리커드 척도 결과 11 o’clock A. retinacular vessel MR 평균 값 3.69 ± 1.0, CT 평균값 2.8 ± 0.78이며 통계적으로 유의하였다(p〈0.001). B. head neck junction은 두 평가자간 차이가 없었다(p〈0.416). 12 o’clock A. Epiphyseal line MR 평균값 3.54 ± 1.00, CT 평균값 4.5 ± 0.62이었다(p〈0.000). B. Cam lesion은 두 평가자간 차이가 없었다(p〈0.532). 1,2,3,4 o’clock 의 Cam lesion과 Posterior Cam lesion은 통계적으로 유의하지 않았다(p〈0.656, p〈0.658). weighted Kappa 검증 결과 11 o’clock A.retinacular vessel CT K값이 0.663으로 가장 낮은 일치도였으며, 각각의 평가 항목의 일치도 평가 결과 매우 높은 결과로 두 평가자간 높은 신뢰도를 보여주었다. To minimize CT examination for Hip FAI diagnosis and operation plan. also, whether the MRI 3D images can replace Hip Clock face image was evaluated when performing Hip FAI MRI by using additional 3D image. This study analyzed Hip MRI and 3D Hip CT images of 31 patients in this hospital. For the purpose of evaluating the images, one orthopedic surgeon and one radiology specialist reconstructed Clock face, at MR and CT modality, by superior 12 o’clock, labrum front 3 o’clock, and the other side 9 o’clock, centering on Hip joint articular transverse ligament 6 o’clock. Afterwards, by the Likert Scale 5 point scale (independent t-test p<0.005), this study evaluated the check-up of A. retinacular vessel, B. head neck junction at 11 o’clock, A. Epiphyseal line, B. Cam lesion at 12 o’clock, and Cam lesion, Posterior Cam lesion at 1,2,3 and 4 o’clock. As for the verification of reliability among observers, this study verified coincidence by Cohen’s weighted Kappa verification. As a result of Likert scale for the purpose of qualitative evaluation about the image, 11 o’clock A. retinacular vessel MR average was 3.69 ± 1.0 and CT average was 2.8 ± 0.78. B. head neck juncton didn’t have a difference between two observers (p <0.416). 12 o’clock A. Epiphyseal line MR average was 3.54 ± 1.00 and CT average was 4.5 ± 0.62(p〈0.000). B. Cam lesion didn’t have a difference between two observers (p <0.532). 1,2,3,4 Cam lesion and Posterior Cam lesion were not statistically significant (p <0.656, p <0.658). As a result of weighted Kappa verification, 11 o’clock A.retinacular vessel CT K value was 0.663 and the lowest conformity. As a result of coincidence evaluation on respective item, a very high result was drawn, and two observers showed high reliability.

전산화 단층검사 시 Bismuth와 CARE kV System을 이용한 선량 저감화에 대한 연구

곽영곤(Yeong-Gon Kwak),김종일(Chong-Yeal Kim),정성표(Seong-Pyo Jeong) 한국콘텐츠학회 2014 한국콘텐츠학회논문지 Vol.14 No.8

본 논문에서는 전산화 단층검사 시 방사선 투과 물질로 방사선량을 흡수하여 피폭 선량을 감소시키는 물질로 알려진 차폐용 Bismuth(비스무스)와 CARE kV(Automated Dose-Optimized Selection of X-ray Tube Voltage)을 사용하여 유용성을 평가하였다. 방사선 감수성이 높은 기관인 수정체(안와), 갑상선, 가슴(유방), 생식기의 선량 감소 효과와 각 기관의 심부선량 차폐 효과를 평가하기 위해 Rando Phantom과 유리 선량계를 이용하여 Bismuth 사용 전·후와, CARE kV의 적용에 따른 선량 감소 효과를 비교해 보았다. 그 결과, 뇌혈관 검사 시 CARE kV을 단독 설정한 검사 방법의 선량이 가장 적었으며, CARE kV 사용여부에 따라 63%의 선량 감소 효과가 있었다. 경동맥 검사 시 CARE kV+Bismuth의 설정 방법에서 선량이 13% 증가하였다. 심혈관 검사 시 CARE kV+Bismuth의 설정 방법이 31% 선량 감소 효과가 있었다. 하지 혈관 검사 시 Bismuth 전체의 설정 방법이 가장 선량이 적게 측정되었지만, 영상 평가 기준에 부적합 하였다. CARE kV을 설정한 검사 방법과는 약 9%의 선량 감소 효과가 있었다. The purpose of this study is to compare the reduction of the dose radioactivity by CARE kV with that of the Bismuth shielding. First, CT was performed with transparent materials, including a Bismuth shielder which is a well-known material for decreasing the dose of radiation. Moreover, we have estimated and compared the affects of the reduction of dose on eye lens, thyroid, breast and genitals. These steps aim to compare reactions with and without the application of the Rando phantom with PLD as well as with CARE kV or not. As a result, during the Brain angio scan, the dose of CARE kV set inspection test methods showed the least dose. Depending on whether we use CARE kV, which showed the effect of dose reduction by 63%. During the Carotid angio scan, the dose was increased by 13% by how to set CARE kV+Bismuth. During the Cardiac angio scan, which showed the effect of dose reduction by 31% by how to set CARE kV+Bismuth. During the Lower extremity angio scan, the dose was measured least by how to set up the whole Bismuth. Compared with CARE kV set of test methods, which showed the effect of dose reduction by 9%.