감마카메라에서의 팬텀 내 선원 위치 변화에 따른 산란 영향 평가

유아람,이영섭,김진수,김경민,천기정,김희중,Yu, A-Ram,Lee, Young-Sub,Kim, Jin-Su,Kim, Kyeong-Min,Cheon, Gi-Jeong,Kim, Hee-Joung 한국의학물리학회 2009 의학물리 Vol.20 No.4

$^{99m}Tc$은 핵의학 영상 획득 물리적 특성이 우수하지만 유기화 작용이 일어나지 않아 갑상선 호르몬의 합성능력이 없는 결절을 진단하는데 제한을 받는다. 이와는 달리 $^{131}I$은 유기화 작용으로 인하여 갑상선의 기능을 평가하는데 활용됨은 물론 높은 에너지의 베타선과 감마선을 방출함으로써 암의 치료에도 널리 사용되고 있는 방사선 핵종이다. 그러나 $^{131}I$은 단일에너지의 감마선을 방출하는 $^{99m}Tc$ 등과는 달리, 다양한 에너지의 감마선을 방출함으로써 핵의학 영상의 정량화가 어려운 단점이 있으며, 특히 고에너지 영역의 감마선에 의한 격벽투과와 산란선은 핵의학 진단영상에 악영향을 미치게 되는 단점이 있다. 본 연구에서는 팬텀 내에서 선원의 위치 변화에 따른 산란의 영향을 알아보기 위해 GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) 시뮬레이션 도구로 dual-head 감마카메라(ECAM), PMMA 팬텀(RADICAL, USA), 점선원 0.1 mCi를 사용하여 모사하였다. 팬텀 내에서 $^{131}I$ 점선원을 X축, Y축으로 위치를 변화시키며 영상을 획득하였다. 또 산란 매질의 유무에 따른 영향을 확인하기 위해 같은 위치에서 점선원이 팬텀 안에 있을 때와 공기 중에 있을 때를 비교 하였다. 저에너지 선원과 비교를 위해 같은 방법으로 $^{99m}Tc$으로도 시뮬레이션 하였다. 또한 시뮬레이션과 똑같은 환경에서 측정 실험을 통해 시뮬레이션의 타당성을 검증 하였다. 이 연구에서는 한 팬텀 내에서도 위치 변화에 따라 산란의 영향이 달라진다는 것을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 이러한 분포 변화는 시뮬레이션과 측정 실험 모두에서 동일한 경향을 나타내었으므로 시뮬레이션이 타당함을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션을 이용하면 X축, Y축 위치 변화만 아닌 다양한 경우에 대해서도 위치 변화에 따른 산란 영향의 예상이 가능할 것이며 나아가 산란 보정 연구의 기초 자료로 사용될 것이라 생각한다. $^{131}I$ is a radiological isotope being used widely for treatment of cancer as emitting gamma-ray and it is also applied to estimate the function of thyroid for its accumulation in thyroid. However, $^{131}I$ is more difficult to quantitate comapred to $^{99m}Tc$, because $^{131}I$ has multiple energy gamma-ray emissions compared to $^{99m}Tc$ which is a mono energetic gamma-ray source. Especially, scattered ray and septal penetration resulted by high energy gamma ray have a bad influence upon nuclear medicine image. The purpose of this study was to estimate scatter components depending on the different source locations within a phantom using Monte Carlo simulation (GATE). The simulation results were validated by comparing with the results of real experiments. Dual-head gamma camera (ECAM, Chicago, Illinois Siemens) with high energy, general-purpose, and parallel hole collimators (hole radius: 0.17 cm, septal thickness: 0.2 cm, length: 5.08 cm) was used in this experiment. The NaI crystal is $44.5{\times}59.1\;cm$ in height and width and 0.95 cm in thickness. The diameter and height of PMMA phantom were 16 cm and 15 cm, respectively. The images were acquired at 5 different locations of $^{131}I$ point source within the phantom and the images of $^{99m}Tc$ were also acquired for comparison purpose with low energy source. The simulation results indicated that the scattering was influenced by the location of source within a phantom. The scattering effects showed the same tendency in both simulation and actual experiment, and the results showed that the simulation was very adequate for further studies. The results supported that the simulation techniques may be used to generalize the scattering effects as a function of a point source location within a phantom.

소동물 영상을 위한 Siemens Inveon PET 스캐너의 성능평가

유아람,김진수,김경민,이영섭,김종국,우상근,박지애,김희중,천기정,Yu, A-Ram,Kim, Jin-Su,Kim, Kyeong-Min,Lee, Young-Sub,Kim, Jong-Guk,Woo, Sang-Keun,Park, Ji-Ae,Kim, Hee-Joung,Cheon, Gi-Jeong 한국의학물리학회 2010 의학물리 Vol.21 No.2

Inveon PET은 최근에 출시된 소동물 전용 PET 시스템이다. 이 연구에서는 Inveon PET 스캐너의 성능을 평가하기 위하여 공간 분해능, 민감도, 산란분획, 잡음등가계수(Noise equivalent count rate: NECR)를 측정하였다. 공간 분해능 측정은 에너지창 350~625 keV, 민감도, 산란분획, NECR 측정은 350~750 keV에서 수행하였고 동시계수창은 3.432 ns였다. 크기 $1\;mm^3$의 F-18 점 선원을 만들어 중심에서부터 5 cm 벗어난 위치까지 공간 분해능을 측정하였다. 민감도를 측정하기 위하여 스캐너의 축방향 길이와 동일한 길이 12.7 cm의 F-18 선 선원을 만들고 두께 2 mm의 알루미늄 관을 1개에서 5개까지 차례로 씌우며 절대 민감도를 계산하였다. 산란분획과 NECR 측정하기 위하여 두 가지 NEMA 산란 팬텀(랫(rat): 지름 50 mm, 길이 150 mm/마우스(mouse): 지름 25 mm, 길이 70 mm)을 이용하였고, F-18 선 선원(랫: 353 MBq, 마우스: 201 MBq)를 만들어 14반감기(25.6시간) 동안 데이터를 획득하였다. F-18의 중심에서 공간 분해능은 반경, 접선, 축 방향에서 각각 1.53, 1.50, 2.33 mm이고, 체적 공간 분해능은 $5.43\;mm^3$이었다. 절대민감도는 6.61%이었다. F-18 최대 NECR은 486 kcps @121 MBq (랫 팬텀), 1056 kcps @128 MBq (마우스 팬텀)이었다. 랫과 마우스의 산란분획은 각각 20.59%, 7.93%이었다. 이 연구에서 최신 소동물용 PET인 Inveon PET의 표준성능을 평가하였고 소동물 PET영상 획득에 유용함 을 보여주었다. Inveon PET is a recently developed preclinical PET system for small animal. This study was conducted to measure the performance of Inveon PET as recommended by the NEMA NU 4-2008. We measured the spatial resolution, the sensitivity, the scatter fraction and the NECR using a F-18 source. A 3.432 ns coincidence window was used. A $1\;mm^3$ sized F-18 point source was used for the measurement of spatial resolution within an energy window of 350~625 keV. PET acquisition was performed to obtain the spatial resolution from the center to the 5 cm offset toward the edge of the transverse FOV. Sensitivity, scatter fraction, and NECR were measured within an energy window of 350~750 keV. For measuring the sensitivity, a F-18 line source (length: 12.7 cm) was used with concentric 5 aluminum tubes. For the acquisition of the scatter fraction and the NECR, two NEMA scatter phantoms (rat: 50 mm in diameter, 150 mm in length; mouse: 25 mm in diameter, 70 mm in length) were used and the data for 14 half-lives (25.6 hr) was obtained using the F-18 line source (rat: 316 MBq, mouse: 206 MBq). The spatial resolution of the F-18 point source was 1.53, 1.50 and 2.33 mm in the radial, tangential and axial directions, respectively. The volumetric resolution was $5.43\;mm^3$ in the center. The absolute sensitivity was 6.61%. The peak NECR was 486 kcps @121 MBq (rat phantom), and 1056 kcps @128 MBq (mouse phantom). The values of the scatter fraction were 20.59% and 7.93% in the rat and mouse phantoms, respectively. The performances of the Inveon animal PET scanner were measured in this study. This scanner will be useful for animal imaging.

GATE 시뮬레이션을 통한 고해상도 저선량용 소동물 영상화를 위한 CdTe 검출기 기반의 SPECT 기기 연구

박수진,유아람,김예슬,이영진,김희중,Park, Su-Jin,Yu, A Ram,Kim, Yeseul,Lee, Young-Jin,Kim, Hee-Joung 한국의학물리학회 2013 의학물리 Vol.24 No.3

인간의 질병연구를 위한 소동물용 픽셀화 반도체 검출기 기반의 단일광자단층촬영(SPECT, single photon emission computed tomography)시스템 개발이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 CdTe검출기 기반의 SPECT시스템의 고해상도 및 저선량 소동물 영상화 가능성을 알아보고자 NaI(Tl) 섬광결정 검출기로 구축된 SPECT 시스템과 비교 평가하였다. CdTe 검출기는 $44.8{\times}44.8$ mm의 크기이며 $0.35{\times}0.35{\times}5$ mm크기의 픽셀로 구성되어 있다. 검출기의 내인성 분해능은 0.35 mm 이며 이는 픽셀 크기와 동일하다. GATE 시뮬레이션 방법을 통하여 두 시스템간의 성능 평가를 수행하고 비교 분석하였다. 시스템의 공간 분해능과 민감도는 10 MBq의 $^{99m}Tc$ 점 선원을 사용하여 평가하였다. 복셀화된 MOBY (mouse whole-body) 팬텀을 사용하여 정량적 평가 및 흡수선량을 계산하였다. 점선원과 조준기 사이의 거리가 30 mm 일 때, NaI(Tl) 섬광결정 검출기 기반의 SPECT의 분해능은 1.54 mm, 민감도는 83 cps/MBq였으며, CdTe검출기 기반의 SPECT시스템의 분해능은 1.32 mm, 민감도는 116 cps/MBq로 더욱 향상된 공간 분해능과 민감도를 나타내었다. 두 시스템의 정량적 통계 분석은 CNR 계산을 통해 이루어졌으며, 주입 선량을 다양하게 설정하여 두 시스템에서의 CNR을 획득하였다. Mouse brain내 striatum의 주입선량이 160 Bq/voxel일 경우, CdTe검출기 기반의 SPECT에서 획득한 CNR은 2.30이었으며 섬광결정 검출기 SPECT에서 획득한 CNR은 1.85로 CdTe검출기 기반의 SPECT에서 더욱 큰 CNR을 지니고 있었다. 또한, CdTe기반의 SPECT를 사용할 경우 NaI(Tl) 섬광결정 검출기 기반의 SPECT 시스템을 사용하는 것보다 동일한 정량적 수치획득을 위한 소동물의 피폭선량을 감소시켜줄 수 있었다. 본 연구에서는 반도체 검출기 CdTe기반의 SPECT은 NaI(Tl) 섬광결정 검출기 SPECT 시스템보다 공간 분해능과 민감도 측면에서 높은 성능을 보였음을 증명하였다. 실제 시스템과의 검증 등의 추가 연구가 필요하지만, 본 연구 결과는 향후 피폭 선량을 줄이는 동시에 영상의 질을 높일 수 있는 소동물용 SPECT 시스템 구축에 응용될 수 있을 것이다. Dedicated single-photon emission computed tomography (SPECT) systems based on pixelated semiconductors are being developed for studying small animal models of human disease. To clarify the possibility of using a SPECT system with CdTe for a high resolution low-dose small animal imaging, we compared the quality of reconstructed images from pixelated CdTe detector to those from a small SPECT system with NaI(Tl). The CdTe detector was $44.8{\times}44.8$ mm and the pixels were $0.35{\times}0.35{\times}5$ mm. The intrinsic resolution of the detector was 0.35 mm, which is equal to the pixel size. GATE simulations were performed to assess the image quality of both SPECT systems. The spatial resolutions and sensitivities for both systems were evaluated using a 10 MBq $^{99m}Tc$ point source. The quantitative comparison with different injected dose was performed using a voxelized MOBY phantom, and the absorbed doses for each organ were evaluated. The spatial resolution of the SPECT with NaI(Tl) was about 1.54 mm FWHM, while that of the SPECT with a CdTe detector was about 1.32 mm FWHM at 30 mm. The sensitivity of NaI(Tl) based SPECT was 83 cps/MBq, while that of the CdTe detector based SPECT was 116 cps/MBq at 30 mm. The image statistics were evaluated by calculating the CNR of the image from both systems. When the injected activity for the striatum in the mouse brain was 160 Bq/voxel, the CNR of CdTe based SPECT was 2.30 while that of NaI(Tl) based SPECT was 1.85. The CNR of SPECT with CdTe was overall higher than that of the NaI(Tl) based SPECT. In addition, the absorbed dose was higher from SPECT with CdTe than those from NaI(Tl) based SPECT to acquire the same quantitative values. Our simulation results indicated that the SPECT with CdTe detector showed overall high performance compared to the SPECT with NaI(Tl). Even though the validation study is needed, the SPECT system with CdTe detector appeared to be feasible for high resolution low-dose small animal imaging.

GATE 시뮬레이션을 이용한 I-131 영상의 산란 및 격벽통과 보정방법 연구

정지영,김희중,유아람,조효민,이창래,박혜숙,Jung, Ji-Young,Kim, Hee-Joung,Yu, A-Ram,Cho, Hyo-Min,Lee, Chang-Lae,Park, Hye-Suk 한국의학물리학회 2009 의학물리 Vol.20 No.2

I-131은 갑상선에 주로 집적되어 갑상선의 기능을 평가하는데 활용됨은 물론 높은 에너지의 베타선을 방출함으로써 암의 치료에도 널리 사용되고 있는 방사선 핵종이다. 그러나 I-131은 다양한 에너지의 감마선을 방출함으로써 핵의학 영상의 정량화가 어렵다. 특히 고에너지 영역의 감마선에 의한 격벽투과(septal penetration)와 산란선은 핵의학 진단영상에 악 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 격벽투과가 영상에 미치는 영향과 I-131의 산란보정 방법을 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여 알아보고자 하였다. 본 실험을 위하여 임상에서 사용되고 있는 범용성 고에너지 조준기를 장착한 핵의학 영상 기기인 FORTE 시스템(Philips, Netherlands)에 대해 모사하였다. 격벽투과가 영상에 미치는 영향을 알아보기 위하여 고에너지 조준기의 격벽을 두 가지 종류로 모사하여 보았다. 한 종류는 실제로 사용하고 있는 납으로 격벽을 모사하였으며, 다른 한 종류는 높은 에너지의 감마선이 투과할 수 없는 밀도와 원자번호가 아주 높은 임의의 물질로 구성하여 모사하였다. 각 각의 조준기를 통해 물팬텀안의 I-131 선 선원의 영상을 획득한 결과 납 격벽에서 획득한 선 선원의 반치폭 (Full Width at Half with Maximum, FWHM)과 십치폭(Full width at Tenth with Maximum, FWTM)은 각 각 41.2 mm, 206.5 mm였으며, 높은 에너지의 감마선이 투과할 수 없는 임의의 물질로 만든 격벽의 조준기에서는 반치폭과 십치폭이 각 각 27.3 mm, 47.6 mm로 측정되었다. 이는 고에너지의 감마선에 의한 격벽투과가 핵의학 영상의 선예도를 나쁘게 한다는 것을 알 수 있다. 또한 I-131을 이용한 핵의학 영상의 산란보정을 위하여 물 팬텀 속의 점 선원을 모사하고 영상을 획득하였다. 산란보정 방법으로는 삼중광봉우리창(Triple Energy Window method, TEW)을 이용하여 획득 영상 내의 산란선을 유추하는 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 중심에너지 창의 범위에 따라 유추된 산란선의 양에 영향이 있으므로 더 정확한 산란선 유추를 위해 확장된 삼중광봉우리창(Extended Triple energy Window method, ETEW)을 적용, 기존의 방법과 비교하였다. 실험 결과 시뮬레이션의 데이터 분류를 통한 산란선으로만 획득된 점 선원 영상과 TEW와 ETEW 방법을 통해 유추된 산란선 영상결과, ETEW 방법으로 산란선을 유추한 방법이 기존의 TEW 방법보다 더 정확함을 알 수가 있었다. 본 연구는 시뮬레이션을 통한 I-131의 특성을 평가함으로써 I-131을 이용한 동위원소 치료 및 GATE 프로그램 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Scatter correction for I-131 plays a very important role to improve image quality and quantitation. I-131 has multiple and higher energy gamma-ray emissions. Image quality and quantitative accuracy in I-131 imaging are degraded by object scatter as well as scatter and septal penetration in the collimator. The purpose of this study was to estimate scatter and septal penetration and investigate two scatter correction methods using Monte Carlo simulation. The gamma camera system simulated in this study was a FORTE system (Phillips, Nederland) with high energy, general-purpose, parallel hole collimator. We simulated for two types of high energy collimators. One is composed of lead, and the other is composed of artificially high Z number and high density. We simulated energy spectrum using a point source in air. We estimated both full width at half maximum (FWHM) and full width at tenth maximum (FWTM) using line spread function (LSF) in cylindrical water phantom. We applied two scatter correction methods, triple energy window scatter correction (TEW) and extended triple energy window scatter correction (ETEW). The TEW method is a pixel-by pixel based correction which is easy to implement clinically. The ETEW is a modification of the TEW which corrects for scatter by using abutted scatter rejection window, which can overestimate or the underestimate scatter. The both FWHM and FWTM were estimated as 41.2 mm and 206.5 mm for lead collimator, respectively. The FWHM and FWTM were estimated as 27.3 mm and 45.6 mm for artificially high Z and high density collimator, respectively. ETEW showed that the estimation of scatter components was close to the true scatter components. In conclusion, correction for septal penetration and scatter is important to improve image quality and quantitative accuracy in I-131 imaging. The ETEW method in scatter correction appeared to be useful in I-131 imaging.

평균 유선선량 측정방법의 표준화 및 유방 두께, 실질양상과의 상관관계 분석

박혜숙,김희중,이창래,조효민,유아람,Park, Hye-Suk,Kim, Hee-Joung,Lee, Chang-Lae,Cho, Hyo-Min,Yu, A-Ram 한국의학물리학회 2009 의학물리 Vol.20 No.1

유방암은 우리나라 여성에게 발생하는 암 중에서 발병률이 높은 암이다. 따라서 유방자가진단, 임상적 검사, 유방 X선촬영 등과 같은 유방암 초기 검출검사는 중요하다. 이들 중 유방 X선촬영은 무자각증상 시기에 유방암 초기 검출을 위해 40대 이상의 여성들에게 매년마다 시행하기를 권고하고 있다. 그러나 유방의 유선조직은 방사선 민감성 조직이다. 이에 유방 X선촬영장치의 평가 중 평균 유선선량 측정은 매우 중요한 부분이 된다. 평균 유선선량의 직접측정은 어렵기 때문에 incident air kerma 측정, 적절한 변환계수 등을 적용하여 계산하게 된다. 따라서 본 연구의 첫 번째 목적은 평균 유선선량의 측정 방법의 표준화이다. 두 번째는 몬테칼로 시뮬레이션을 이용하여 평균 유선선량과 유방 실질양상 및 두께와 의 상관관계를 분석하고자 했다. 본 연구 결과, IAEA 가이드라인(CoP)에 따라 평균 유선선량 측정방법을 제시하였다. 전반적으로 우리나라는 유방촬영 시 받는 평균 유선선량이 식품의약품안전청 및 한국의료영상품질관리원에서 제시하는 3mGy 이하로 측정되었다. 측정된 평균 유선선량과 시뮬레이션된 평균 유선선량은 각각 1.7과 1.6 mGy로 큰 차이를 보이지 않았다. 시뮬레이션된 평균 유선선량은 주로 유방의 유선조직의 비율에 따라 의존한다. 유방의 glandularity 증가에 따라 낮은 에너지의 광자의 흡수가 증가하여 평균 유선선량도 증가하였다. 또한 유방의 두께가 두꺼울수록 평균 유선선량은 증가하였다. 결과적으로, 본 연구는 유방촬영의 진단 참고준위 확립을 위한 기초자료로 활용될 것이다. Breast cancer is the most common form of cancer among korean woman. Therefore, the early detection activities of breast cancer such as breast self-examinations, clinical breast examinations, mammography are important. A yearly mammography examination has been recommended for women aged 40 and older for the early detection of breast cancer in asymptomatic periods. However, the glandular tissue of breast is the most radiation-sensitive tissue, and the determination of average glandular dose (AGD) forms an important part of the quality control of the mammographic systems. Because of the difficulty of estimating AGD directly, it is often estimated from the measurements of the incident air kerma and by applying the appropriate conversion factors. The primary objective of this study was to standardize the method of measuring AGD. The secondary objective was to evaluate the relationships between AGD per various composition and thickness of the breast using Monte Carlo simulations. As a result, we standardized the method of measuring AGD according to International Atomic Energy Agency (IAEA) guidelines (CoP: an international code of practice). Overall, AGD for mammographic practice in Korea was less than 3.0 mGy recommended by the Korea Food and Drug Adminstration (KFDA) protocol, and Korean Institute for Accreditation of Medical Image (KIAMI). The measured and simulated AGD for a given condition were calculated as 1.7 and 1.6 mGy, respectively. For the AGDs obtained, there was no significant difference between them. The simulated AGD was dependent on the fraction of glandular tissue of the breast. The AGD increases with increasing of the breast glandularity due to increasing absorption of low energy photons. The AGD also increases as a function of breast thickness. In conclusion, the results of this study could be used as a baseline to establish a reference level of radiation dose in mammography.

염증성 장 질환과 장건강 관련 식품

이경배(Kyung Bae Lee),유아람(A Ram Yu),송인봉(In-Bong Song),박정용(Jeong Yong Park),배민정(Min-Jung Bae) 한국식품영양과학회 2020 식품산업과 영양 Vol.25 No.1

양측 총경동맥 협착에 의한 혈관성 치매 동물모델에서 적외선 발광다이오드 치료 효과

이동진(Dong-Jin Lee),장하영(Ha-Young Jang),문기욱(Ki-Wook Moon),이은주(Eun-Joo Lee),유아람(A-Ram Yoo),최우성(Woo Sung Choi),성창규(Chang Kyu Sung),김대유(Dae Yu Kim) 대한전기학회 2019 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2019 No.2