폐광산 토양에서 안정화제가 용출 가능한 비소 분획에 미치는 영향

남지호(Jiho Nam),황원재(Seunghun Wonjae Hwang),박민석(Minseok Park),이선경(Sun Kyung Lee),현승훈(Seunghun Hyun) 환경독성보건학회 2021 한국독성학회 심포지움 및 학술발표회 Vol.2021 No.5

폐광산 토양 내 중금속은 강우에 의해 용출되어 인근 농경지와 하천을 오염시킬 가능성이 있다. 본 연구는 두 종류의 안정화제(산성광산폐수 슬러지(MS) 및 제강슬래그(SS))가 폐광산 토양 내 용출가능 비소(As) 분획(비특이적흡착+특이적흡착) 감소에 미치는 영향을 평가했다. 각 토양은 광산 부지(충청북도 제천) 내 폐석장(WSU)과 폐석장 하단(WSD)에서 채취했으며 두 안정화제를 각각 5 %(w/w)로 처리하여 4주간 30 °C에서 포장용수량의 60 %의 수분 조건을 유지하여 안정화 했다. 안정화 이후 Wenzel 연쇄추출법을 이용해 중금속 결합 특성을 확인하고, 안정화 처리에 따른 통계적 유의성을 검정하였다(ANOVA 검정, 95 % 신뢰도). WSD 토양은 대조군과 대비하여 두 안정화제 처리에 따라 용출가능 분획의 감소가 나타나지 않았다. 반면, WSD 토양은 SS 처리구에서만 용출가능 분획의 농도가 42.1 mg As/kg으로 대조군(48.6 mg As/kg)에 비해 15.2 % 감소했으며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p <0.05). WSU와 WSD 토양 대조군의 비소 전함량 대비 용출가능 비소 분획의 비율은 각각 2.8 %와 17.8 %으로 WSU 토양의 용출가능 비소 비율이 낮아 안정화제의 효과가 나타나지 않은 것으로 판단된다. 향후 안정화제 처리비율과 안정화기간에 대한 추가 연구를 통해 안정화제를 적용하기 위한 최적 조건 선정 연구가 추가되어야 할 것이다.

유리선량계의 전처리 방법이 방사선 치료 선량 측정에 미치는 영향

전호상,남지호,박달,김용호,김원택,김동원,기용간,김동현,이주혜,Jeon, Hosang,Nam, Jiho,Park, Dahl,Kim, Yong Ho,Kim, Wontaek,Kim, Dongwon,Ki, Yongkan,Kim, Donghyun,Lee, Ju Hye 한국의학물리학회 2013 의학물리 Vol.24 No.2

여러 치료선량 측정기들 중 치료 현장에서의 사용이 간편한 형광물질 기반 측정기인 유리선량계(Glass Rod Dosimeter, GRD)는 방사선 조사 후 측정 소자의 안정화를 위한 전처리(Pre-processing) 과정이 필수적이며, 가열방식($70^{\circ}C$, 30분)과 대기방식($20^{\circ}C$, 24시간)의 두 가지의 전처리 방식이 사용되고 있다. 본 연구에서는 각각의 전처리 조건이 측정 결과에 미치는 영향을 분석하여 사용자들에게 유용한 참고자료를 제시하고자 한다. 20개의 GRD 소자들 모두에 같은 선량을 조사한 후, 10개씩 나누어 각각 다른 전처리 방식을 사용하여 판독함으로써 각 전처리 방식의 특징들을 상호 비교하였다. 가열방식의 경우 소자 간 판독 편차는 1.13%, 시간에 따른 평균 판독값의 편차는 최대 5.33%였다. 대기방식의 경우에는 소자 간 판독 편차가 0.49%, 시간에 따른 평균 판독값의 편차는 최대 1.28%로 나타났다. 또한 동일한 선량을 주었을 때 전처리 방식에 따라 판독 절대값은 4.1%의 차이를 보였다. 또한 251명의 환자들을 대상으로 한 임상 측정 평가 결과 부위에 따라 다르지만 평균적으로 5% 이내의 측정 오차를 보였으나, 대기 방식의 경우 판독 시점에 따른 영향이 상대적으로 크게 나타났다. 결론적으로 GRD는 치료 현장에서 사용하기에 적합하나 신속한 판독이 요구되지 않는다면 대기방식의 전처리가 보다 적합하며 정해진 판독 시점을 지켜야 한다. 또한 치료 부위 등 조사 조건의 변화에 관계없이 안정적인 정확성을 기대할 수 있는 측정 방법에 대한 연구가 향후 필요하다고 생각된다. The experimental verification of treatment planning on the treatment spot is the ultimate method to assure quality of radiotherapy, so in-vivo skin dose measurement is the essential procedure to confirm treatment dose. In this study, glass rod dosimeter (GRD), which is a kind of photo-luminescent based dosimeters, was studied to produce a guideline to use GRDs in vivo dosimetry for quality assurance of radiotherapy. The pre-processing procedure is essential to use GRDs. This is a heating operation for stabilization. Two kinds of pre-processing methods are recommended by manufacturer: a heating method (70 degree, 30 minutes) and a waiting method (room temperature, 24 hours). We equally irradiated 1.0 Gy to 20 GRD elements, and then different preprocessing were performed to 10 GRDs each. In heating method, reading deviation of GRDs at same time were relatively high, but the deviation was very low as time went on. In waiting method, the deviation among GRDs was low, but the deviation was relatively high as time went on. The meaningful difference was found between mean reading values of two pre-processing methods. Both methods present mean dose deviation under 5%, but the relatively high effect by reading time was observed in waiting method. Finally, GRD is best to perform in-vivo dosimetry in the viewpoint of accuracy and efficiency, and the understanding of how pre-processing affect the accuracy is asked to perform most accurate in-vivo dosimetry. The further study is asked to acquire more stable accuracy in spite of different irradiation conditions for GRD usage.

컴퓨터 단층영상에서 사이노그램 정규화를 이용한 금속 영상왜곡 저감 방법의 이론적 고찰

전호상,윤한빈,남지호,김호경,Jeon, Hosang,Youn, Hanbean,Nam, Jiho,Kim, Ho Kyung 한국의학물리학회 2013 의학물리 Vol.24 No.4

금속 인공물을 포함한 인체 단층영상의 경우 금속 영상왜곡으로 인한 화질의 저하가 매우 심각하다. 금속 영상왜곡 저감을 위한 많은 방법 중 사이노그램 정규화를 통해 평탄한 사이노그램을 제공하여 금속 궤적을 쉽게 찾고, 단순 선형 보간으로 금속물을 대체하는 두께 및 배경 정규화 방법이 최근 소개되었다. 본 연구에서는 두 방법의 이론적 배경을 개발하였으며, 시뮬레이션을 통해 금속 인공 물질의 크기 및 개수에 따른 두 방법의 보정 결과를 비교하였다. 개발한 이론에 의하면 배경 정규화 방법이 두께 정규화 방법에 비해 피검사체 배경 구성 물질의 개수 및 종류에 상관없이 거의 평탄한 사이노그램을 제공하였으며, 시뮬레이션을 통해 이를 증명하였다. 금속 인공 물질의 다양한 크기 및 개수에 대한 두 방법의 보정 결과 역시 배경 정규화 방법이 두께 정규화 방법에 비해 훨씬 나은 보정 결과를 보여 주었다. 배경 정규화 방법은 영상분할 과정을 요구하는데 본 연구에서는 이 과정을 생략하더라도 비록 영상왜곡 잔상이 미약하게 나타나긴 하지만, 두께 정규화 방법에 비해 훨씬 나은 보정 결과를 제공함을 확인하였다. 영상분할 과정을 생략한 배경 정규화 방법은 매우 간단하며 단순 선형 보간으로도 금속 궤적에 의해 손실된 데이터의 기술이 충분하고, 또한 사용자의 개입이 없는 알고리즘화가 가능하기 때문에 기존 컴퓨터단층영상 시스템에 쉽게 탑재되어 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Image quality of computed tomography (CT) is very vulnerable to metal artifacts. Recently, the thickness and background normalization techniques have been introduced. Since they provide flat sinograms, it is easy to determine metal traces and a simple linear interpolation would be enough to describe the missing data in sinograms. In this study, we have developed a theory describing two normalization methods and compared two methods with respect to various sizes and numbers of metal inserts by using simple numerical simulations. The developed theory showed that the background normalization provide flatter sinograms than the thickness normalization, which was validated with the simulation results. Numerical simulation results with respect to various sizes and numbers of metal inserts showed that the background normalization was better than the thickness normalization for metal artifact corrections. Although the residual artifacts still existed, we have showed that the background normalization without the segmentation procedure was better than the thickness normalization for metal artifact corrections. Since the background normalization without the segmentation procedure is simple and it does not require any users' intervention, it can be readily installed in conventional CT systems.

Structural Similarity Index 인자를 이용한 방사선 분할 조사간 환자 체위 변화의 자동화 검출능 평가: 초기 보고

윤한빈,전호상,이자영,이주혜,남지호,박달,김원택,기용간,김동현,Youn, Hanbean,Jeon, Hosang,Lee, Jayeong,Lee, Juhye,Nam, Jiho,Park, Dahl,Kim, Wontaek,Ki, Yongkan,Kim, Donghyun 한국의학물리학회 2015 의학물리 Vol.26 No.4

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. The modern radiotherapy technique which delivers a large amount of dose to patients asks to confirm the positions of patients or tumors more accurately by using X-ray projection images of high-definition. However, a rapid increase in patient's exposure and image information for CT image acquisition may be additional burden on the patient. In this study, by introducing structural similarity (SSIM) index that can effectively extract the structural information of the image, we analyze the differences between daily acquired x-ray images of a patient to verify the accuracy of patient positioning. First, for simulating a moving target, the spherical computational phantoms changing the sizes and positions were created to acquire projected images. Differences between the images were automatically detected and analyzed by extracting their SSIM values. In addition, as a clinical test, differences between daily acquired x-ray images of a patient for 12 days were detected in the same way. As a result, we confirmed that the SSIM index was changed in the range of 0.85~1 (0.006~1 when a region of interest (ROI) was applied) as the sizes or positions of the phantom changed. The SSIM was more sensitive to the change of the phantom when the ROI was limited to the phantom itself. In the clinical test, the daily change of patient positions was 0.799~0.853 in SSIM values, those well described differences among images. Therefore, we expect that SSIM index can provide an objective and quantitative technique to verify the patient position using simple x-ray images, instead of time and cost intensive three-dimensional x-ray images.

3D 프린팅 비압박 유방 팬텀 제작을 위한 복셀 기반 수치 모델에 관한 연구

윤한빈,백철하,전호상,김진성,남지호,이자영,이주혜,박달,김원택,기용간,김동현,원종훈,김호경,Youn, Hanbean,Baek, Cheol Ha,Jeon, Hosang,Kim, Jinsung,Nam, Jiho,Lee, Jayoung,Lee, Juhye,Park, Dahl,Kim, Wontaek,Ki, Yongkan,Kim, Donghyun,Won, Jong 대한의용생체공학회 2017 의공학회지 Vol.38 No.3

Physical breast phantoms would be useful for the development of a dedicated breast computed tomography (BCT) system and its optimization. While the conventional breast phantoms are available in compressed forms, which are appropriate for the mammography and digital tomosynthesis, however, the BCT requires phantoms in uncompressed forms. Although simple cylindrical plastic phantoms can be used for the development of the BCT system, they will not replace the roles of uncompressed phantoms describing breast anatomies for a better study of the BCT. In this study, we have designed a numerical voxel breast phantom accounting for the random nature of breast anatomies and applied it to the 3D printer to fabricate the uncompressed anthropomorphic breast phantom. The numerical voxel phantom mainly consists of the external skin and internal anatomies, including the ductal networks, the glandular tissues, the Cooper's ligaments, and the adipose tissues. The voxel phantom is then converted into a surface data in the STL file format by using the marching cube algorithm. Using the STL file, we obtain the skin and the glandular tissue from the 3D printer, and then assemble them. The uncompressed breast phantom is completed by filling the remaining space with oil, which mimics the adipose tissues. Since the breast phantom developed in this study is completely software-generated, we can create readily anthropomorphic phantoms accounting for diverse human breast anatomies.

산란선 대 일차선비(SPR)를 이용한 MV 영상의 산란 보정을 위한 실험적 방법

전호상,박달,이자영,남지호,김원택,기용간,김동현,이주혜,김동원,Jeon, Hosang,Park, Dahl,Lee, Jayeong,Nam, Jiho,Kim, Wontaek,Ki, Yongkan,Kim, Donghyun,Lee, Ju Hye,Kim, Dongwon 한국의학물리학회 2014 의학물리 Vol.25 No.3

고에너지(MV, Mega-voltage) X선 영상은 일반적인 방사선 치료 시 조사야의 영상 검증이 가능한 유일한 방법으로 널리 사용되고 있다. 그러나 고에너지 특유의 높은 콤프턴 산란 반응 특성으로 인해 저에너지 영상에 비해 화질이 크게 낮으며, 1990년대에 디지털 MV 영상이 소개된 이후 화질을 보완하기 위한 연구들이 활발히 이루어져 왔다. 본 연구에서는 디지털 영상처리 기법을 이용하거나 산란 커널 계산을 통해 화질을 개선하는 기존의 방법 대신 측정된 산란선 대 일차 선비(SPR, Scatter to Primary Ratio)를 이용하는 새로운 방법을 제안하였다. 먼저 주어진 촬영 조건 하에서 환자를 모사하는 고체 물팬톰의 유무에 따라 각각 MV영상을 촬영하고 방사선의 투과율을 별도로 계산한 후 산란 성분이 포함된 일차선 영상과 포함되지 않은 일차선 영상을 각각 획득하였다. 이를 기반으로 산란 보정에 사용할 SPR 분포를 획득하였다. 그리고 알루미늄 막대를 이용한 line pair (LP) 팬텀 및 실제 환자 골반의 영상을 이용하여 산란 보정 효과의 검증을 수행하였다. SPR 측정 결과 팬톰 두께에 따른 SPR 분포들을 성공적으로 획득하였으며, LP 팬텀 검증 결과 영상의 산란 성분이 효과적으로 제거되어 팬톰 본래의 밀도 분포가 복원되었음을 확인하였다. 또한 환자 골반 영상 보정 결과 모든 관심영역에서 대조도가 평균 48% 증가하였다. 본 연구에서 제시한 MV 영상의 산란 보정 방법은 실제 측정 자료를 기반으로 하므로 높은 신뢰성을 가지며, 적은 시간과 비용으로도 임상 현장에서 즉각적인 도입이 가능하다. 결론적으로 본 연구는 MV 영상을 이용한 영상유도 방사선치료의 질을 높이기 위한 하나의 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 기대된다. In general radiotherapy, mega-voltage (MV) x-ray images are widely used as the unique method to verify radio-therapeutic fields. But, the image quality of MV images is much lower than that of kilo-voltage x-ray images due to scatter interactions. Since 1990s, studies for the scatter correction have performed with digital-based MV imaging systems. In this study, a novel method for the scatter correction is suggested using scatter to primary ratio (SPR), instead of conventional methods such as digital image processing or scatter kernel calculations. We measured two MV images with and without a solid water phantom describing a patient body with given imaging conditions, and calculated un-attenuated ratios. Then, we obtained SPR distributions for the scatter correction. For experimental validation, a line-pair (LP) phantom using several Al bars and a clinical pelvis MV image was used. As the result, scatter signals of the LP phantom image were successfully reduced so that original density distribution of the phantom was restored. Moreover, image contrast values increased after SPR correction at all ROIs of the clinical image. The mean value of increases was 48%. The SPR correction method suggested in this study has high reliability because it is based on actually measured data. Also, this method can be easily adopted in clinics without additional cost. We expected that the SPR correction can be an effective method to improve the quality of MV image guided radiotherapy.

키넥트 센서를 이용한 실용적인 3차원 안면 진단기 연구

장준수(Jun-Su Jang),도준형(Jun-Hyeong Do),김장웅(Jang-Woong Kim),남지호(Jiho Nam) 한의병리학회 2015 동의생리병리학회지 Vol.22 No.2

Facial diagnosis based on quantitative facial features has been studied in many Korean medicine fields, especially in Sasang constitutional medicine. By the rapid growing of 3D measuring technology, generic and cheap 3D sensors, such as Microsoft Kinect, is popular in many research fields. In this study, the possibility of using Kinect in facial diagnosis is examined. We introduce the development of facial feature extraction system and verify its accuracy and repeatability of measurement. Furthermore, we compare Sasang constitution diagnosis results between DSLR-based system and the developed Kinect-based system. A Sasang constitution diagnosis algorithm applied in the experiment was previously developed by a huge database containing 2D facial images acquired by DSLR cameras. Interrater reliability analysis result shows almost perfect agreement (Kappa = 0.818) between the two systems. This means that Kinect can be utilized to the diagnosis algorithm, even though it was originally derived from 2D facial image data. We conclude that Kinect can be successfully applicable to practical facial diagnosis.

키넥트 센서를 이용한 실용적인 3차원 안면 진단기 연구

장준수(Jun-Su Jang),도준형(Jun-Hyeong Do),김장웅(Jang-Woong Kim),남지호(Jiho Nam) 한의병리학회 2015 동의생리병리학회지 Vol.29 No.3