Micro-CT 시스템 개발 및 응용

조민국(Min Kook Cho),윤한빈(Han Bean Youn),손철순(Cheol-Soon Shon),한종철(Jong Chul Han),윤승만(Seung Man Yun),임창휘(Chang Hwy Lim),김호경(Ho Kyung Kim) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5

We have developed a cost-effective micro-tomography (micro-CT) system. The system consists of an x-ray source with small focus spot, an object (or subject) jig, and an x-ray imaging detector. A computer-controlled rotation system was adopted in the object jig to achieve a cone-beam mode scan. The core of the system is an x-ray imaging detector. Since imaging performance of the detector is mostly responsible for the resultant image quality and eventually determines the quality of a tomogram, characterization of the imaging performance of the detector is an important issue for optimizing the design of the imaging system. We have evaluated the imaging characteristics of the detector in terms of modulation-transfer function (MTF), noise-power spectrum (NPS), and detective quantum efficiency (DQE). The details of experimental results will be discussed with the system's own limitations. The potential performance of the system is demonstrated with the initially acquired test images.

제한된 각도에서 단층영상 획득을 위한 역투사 후 필터링 방법

조민국,김호경,인지혜,김태우,Cho, Min-Kook,Kim, Ho-Kyung,Yin, Z-Hye,Kim, Tae-Woo 대한의용생체공학회 2008 의공학회지 Vol.29 No.1

We describe a backprojection filtering method for limited angle tomography. In order to reduce blur artifacts originated from the out-of-planes and control high-frequency noise, we employed two band-limited window functions, and which were realized by Hann filters in this study. Based on the experimentally measured data, the performance of the developed method is demonstrated by comparing with the conventional shift-and-add and filtered backprojection methods. Application of the developed method to the dental imaging has a potential to be used for the preoperative evaluation of the jaw for dental implants with much reduced patient dose instead of the conventional dental computed tomography.

영상유도 양성자치료를 위한 콘빔 CT 재구성 알고리즘: 기하학적 보정방법에 관한 연구

김진성,조민국,조영빈,윤한빈,김호경,윤명근,신동호,이세병,이레나,박성용,조관호,Kim, Jin-Sung,Cho, Min-Kook,Cho, Young-Bin,Youn, Han-Bean,Kim, Ho-Kyung,Yoon, Myoung-Geun,Shin, Dong-Ho,Lee, Se-Byeung,Lee, Re-Na,Park, Sung-Yong,Cho, Kwan- 한국의학물리학회 2008 의학물리 Vol.19 No.4

IMRT, 양성자 치료와 같이 방사선 치료 기술이 발전할수록 치료 시 환자의 위치를 확인하고 그 정확성을 평가하는 기술의 중요성이 강조되고 있다. 현재 국립암센터 양성자치료센터에 설치되어 있는 양성자 치료기의 단순 X-선 영상시스템을 이용하여 콘빔 CT (cone-beam CT) 3차원 영상을 획득, 영상유도 방사선 치료의 가능성을 확인하고자 하였다. 양성자 치료기에 설치되어있는 X-선 영상시스템(SDD: 2,108 mm, SOD: 1,511 mm, Varian a277 x-ray tube & Varian Paxscan 4030: a-Si+DRZ screen)을 이용하여 양성자 갠트리를 $2^{\circ}$씩 회전시켜가면서 기하학적인 오차 측정을 위한 팬톰과 인체 팬톰 (Humanoid phantom, Rando, CA, USA)의 투사영상을 획득하였다. 현재 시스템적으로 연속적인 회전과 영상획득이 지원되지 않아서 영상획득 후 갠트리를 회전하는 방법으로 투사영상을 획득하였다. 기하학적 오차측정을 위한 팬텀과 두경부 팬텀에 대해서 $360^{\circ}$를 회전하며 180장의 투사영상($2,304{\times}3,200$, 14 bit with 127${\mu}m$ pixel pitch)을 관전압 85 kVp, 관전류 80 mA, 조사시간 0.5 s의 조건으로 촬영하였다. 콘빔 CT 영상재구성을 위해 Ram-Lak filter를 적용한 Feldkamp cone-beam 알고리즘을 사용하였으며, 획득한 180장의 투사영상을 사용하여 $0.4{\times}0.4{\times}0.4mm^3$의 voxel size를 가진 $512{\times}512{\times}512$ CT영상을 재구성하였다. 기하학적인 오차 측정방법을 통해 X-선 선원, 검출기와 갠트리의 기하학적 정보를 측정하였다. 측정된 결과에 의하면 검출기가 $0.25^{\circ}$ 회전된 오차를 보이는 것을 발견하였다. 기하학적 교정으로 재구성된 콘빔 CT 영상을 multi-planar view (axial, sagittal and coronal view) 및 3차원 영상으로 재구성하여 비교 평가 하였다. 현재 양성자치료기에 설치되어있는 단순 X-선 영상 시스템에서 기하학적 오차 측정을 위한 볼 팬텀을 이용하여 시스템의 오차를 측정하였다. 측정한 오차를 바탕으로 기하학적 교정을 통해서 두경부 및 복부 팬텀에 대한 3차원 영상인 콘빔 CT 영상들을 재구성하였다. 추후 연속적인 회전을 통한 영상획득이 가능하게 된다면, 보다 정확하고 신속한 영상재구성이 가능 하며 콘빔 CT가 영상유도 양성자 치료에 매우 유용할 것으로 사려된다. According to improved radiation therapy technology such as IMRT and proton therapy, the accuracy of patient alignment system is more emphasized and IGRT is dominated research field in radiation oncology. We proposed to study the feasibility of cone-beam CT system using simple x-ray imaging systems for image guided proton therapy at National Cancer Center. 180 projection views ($2,304{\times}3,200$, 14 bit with 127 ${\mu}m$ pixel pitch) for the geometrical calibration phantom and humanoid phantoms (skull, abdomen) were acquired with $2^{\circ}$ step angle using x-ray imaging system of proton therapy gantry room ($360^{\circ}$ for 1 rotation). The geometrical calibration was performed for misalignments between the x-ray source and the flat-panel detector, such as distances and slanted angle using available algorithm. With the geometrically calibrated projection view, Feldkamp cone-beam algorithm using Ram-Lak filter was implemented for CBCT reconstruction images for skull and abdomen phantom. The distance from x-ray source to the gantry isocenter, the distance from the flat panel to the isocenter were calculated as 1,517.5 mm, 591.12 mm and the rotated angle of flat panel detector around x-ray beam axis was considered as $0.25^{\circ}$. It was observed that the blurring artifacts, originated from the rotation of the detector, in the reconstructed toomographs were significantly reduced after the geometrical calibration. The demonstrated CBCT images for the skull and abdomen phantoms are very promising. We performed the geometrical calibration of the large gantry rotation system with simple x-ray imaging devices for CBCT reconstruction. The CBCT system for proton therapy will be used as a main patient alignment system for image guided proton therapy.

영상유도 방사선 치료를 위한 디지털 단층영상합성법의 촬영조건 최적화에 관한 연구

윤한빈,김진성,조민국,장선영,송영재,김호경,Youn, Han-Bean,Kim, Jin-Sung,Cho, Min-Kook,Jang, Sun-Young,Song, William Y.,Kim, Ho-Kyung 한국의학물리학회 2010 의학물리 Vol.21 No.3

최근 디지털 단층영상합성법을 영상유도 방사선 치료에 활용하기 위한 연구가 활발히 시도되고 있다. 적은 수의 투사영상으로 삼차원 영상재구성이 가능하기 때문에 환자에 대한 피폭선량을 줄일 수 있으며, 환자의 움직임을 최소화할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 그러나 단층영상의 화질이 스캔 각도(${\beta}_{scan}$) 및 사용한 투사영상의 수 등 촬영조건에 크게 의존하는 단점이 있다. 본 연구에서는 필터링 후 역투사법을 이용한 디지털 단층영상합성의 구현에 대해 자세히 논하였으며, 이에 대한 최적 촬영조건에 대해 살펴 보았다. 이를 위해 시스템 성능을 신호 대 잡음비, 잔상퍼짐함수, 연산횟수를 조합한 이득함수로 정의하였으며, 다양한 촬영조건에 대해 실험을 통해 각 지표를 구한 후 평가하였다. 평가 결과 및 분석으로부터 큰 단위 스캔 각도(${\Delta}{\beta}$)로 60도 이상의 넓은 범위에 걸쳐 스캔을 할수록 높은 화질의 단층영상을 얻을 수 있다는 결론을 얻었다. 대략적으로 시스템 성능이 $\sqrt{{\Delta}{\beta}}{\times}{\beta}^{2.5}_{scan}$에 비례하였다. 만약 각 평가지표에 명확한 가중치를 부여할 수 있다면 보다 엄밀하고 구체적인 촬영조건을 구할 수 있을 것이다. Cone-beam digital tomosynthesis (CBDT) has greatly been paid attention in the image-guided radiation therapy because of its attractive advantages such as low patient dose and less motion artifact. Image quality of tomograms is, however, dependent on the imaging conditions such as the scan angle (${\beta}_{scan}$) and the number of projection views. In this paper, we describe the principle of CBDT based on filtered-backprojection technique and investigate the optimization of imaging conditions. As a system performance, we have defined the figure-of-merit with a combination of signal difference-to-noise ratio, artifact spread function and floating-point operations which determine the computational load of image reconstruction procedures. From the measurements of disc phantom, which mimics an impulse signal and thus their analyses, it is concluded that the image quality of tomograms obtained from CBDT is improved as the scan angle is wider than 60 degrees with a larger step scan angle (${\Delta}{\beta}$). As a rule of thumb, the system performance is dependent on $\sqrt{{\Delta}{\beta}}{\times}{\beta}^{2.5}_{scan}$. If the exact weighting factors could be assigned to each image-quality metric, we would find the better quantitative imaging conditions.

심리운동이 비장애 형제의 자아개념과 장애 형제에 대한 행동에 미치는 효과

정윤아(Jung Yoon Ah),조민국(Cho Min Kook) 단국대학교 특수교육연구소 2019 특수교육논총 Vol.35 No.2

연구목적: 본 연구에서는 심리운동이 비장애 형제의 자아개념과 장애 형제에 대한 행동에 미치는 효과를 살펴보았다. 연구방법: Y시에 위치한 발달 센터에 다니는 장애 형제의, 비장애 형제 7명을 대상으로 심리운동을 진행하였다. 연구 기간은 약 3개월이었으며, 심리운동을 주 1회로 총 12회기를 진행하였다. 연구결과: 비장애 형제의 자아개념과 장애 형제에 대한 행동에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 하지만 아동 7명의 총점수로 살펴보았을 때 자아수용, 자아존중, 자아신뢰 모든 영역에서 사후점수가 증가하였다. 장애 형제에 대한 행동 평정검사에서도 아동 7명의 총점수가 수용에서는 감소하였지만, 지지에서는 상승하였고, 적대와 당황에서 감소하였다. 또한, 심리운동 시간에 연구자의 관찰일지와 부모님과의 면담을 통해 검사 결과로는 파악하기 어려운, 각 아동의 변화된 모습을 관찰할 수 있었다. 결론: 본 연구는 조기에 비장애 형제의 긍정적 자아개념 형성과 장애 형제와의 관계를 위한 예방적 차원으로 움직임 활동을 기반으로 한 심리운동 프로그램을 진행하였다는 점에서 의의가 있다. Purpose: This study examined the effects of psychomotorik on the self-concept and the attitude toward the disability of non-disabled siblings Method: A psychomotorik program was conducted on seven children aged 6 to 10 years of age who were non - disabled siblings of disabled children attending a child development center located in Y City. The psychomotorik class was conducted for 50 minutes each, for a total of 12 sessions per week for about 3 months. Results: There were no statistically significant differences in the self-concepts and the attitude toward the disability of non-disabled siblings. However, in terms of total scores of seven children, post scores were higher than before in all areas of self-acceptance, self-esteem, and self-reliance. Also, the total scores of the seven children of the attitude toward the disability of non-disabled siblings showed a decrease in acceptance but increased in support and decreased in hostility and embarrassment. In addition, during the psychmotorik program, the researcher’s diary and interview with the parents were able to observe the changed appearance of each child, which is difficult to identify by the test result. Conclusion: This study has significance in that early psychomotorik program based on movement activity was used as a preventive level for the formation of positive self-concept and relationship with disabled brothers.

MCNP 기반의 CBCT 전산모사 시스템 개발

임창휘(Chang Hwy Lim),조민국(Min Kook Cho),한종철(Jong Chul Han),윤한빈(Hanbean Youn),윤승만(Seungman Yun),정민호(Min Ho Cheong),김호경(Ho Kyung Kim) 한국비파괴검사학회 2009 한국비파괴검사학회지 Vol.29 No.4

원추형 빔 단층촬영 시스템의 효과적인 모사를 위하여 상용 몬테칼로 코드인 MCNP를 기반으로 한 전산모사 시뮬레이터를 개발하였다. 기본적으로 Visual C++<SUP>®</SUP>를 이용하여 제작하였으며, 모델의 시각화를 위해 OpenGL<SUP>®</SUP> 라이브러리를 이용하여 개발하였다. 컴퓨터 단층촬영 시뮬레이션 수행을 위한 입력파일의 생성과 MCNP를 이용한 시뮬레이션 실행, 그리고 투과영상 생성과 단층영상 재구성을 수행할 수 있는 기능을 구현하였다. 개발한 시뮬레이터의 검증을 위하여 콘트라스트 팬텀(contrast phantom)에 대해 실험과 시뮬레이션을 수행하였다. 산란 엑스선, 영상센서의 잡음 및 픽셀 결함에 의한 structured noise 등을 시뮬레이션에서 고려하지 못했기 때문에 두 결과가 정확하게 일치하지는 않았으나, 매우 유사한 비교 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구를 통해 개발한 MCNP 기반의 CBCT 전산모사 시스템은 CBCT의 이해, 실제 시스템의 설계 및 제작시에 도움을 줄 것으로 기대된다. We have developed a computer simulator for cone-beam computed tomography (CBCT) based on the commercial Monte Carlo code, MCNP. All the functions to generate input files, run MCNP, convert output files to image data, reconstruct tomographs were realized in graphical user-interface form. The performance of the simulator was demonstrated by comparing with the experimental data. Although some discrepancies were observed due to the ignorance of the detailed physics in the simulation, such as scattered X-rays and noise in image sensors, the overall tendency was well agreed between the measured and simulated data. The developed simulator will be very useful for understanding the operation and the better design of CT systems.

관심 단층 제거 후 역투사법을 이용한 X-선 디지털 영상합성법에서의 단층영상 선명도 향상에 관한 연구

손철순(Cheol-Soon Shon),조민국(Min Kook Cho),임창휘(Chang Hwy Lim),정민호(Min Ho Cheong),김호경(Ho Kyung Kim),이성식(Sung Sik Lee) 한국비파괴검사학회 2007 한국비파괴검사학회지 Vol.27 No.1

컴퓨터 원용 결함진단을 위한 그래픽 솔루션 개발에 관한 연구

윤한빈(Hanbean Yoon),윤승만(Seungman Yun),한종철(Jong Chul Han),조민국(Min Kook Cho),임창휘(Chang Hwy Lim),허성근(Sung Kyn Heo),손철순(Cheol-Soon Shon),김성식(Seong-Sik Kim),이석희(Seok-Hee Lee),이석(Suk Lee),김호경(Hokoung Kim) 한국비파괴검사학회 2009 한국비파괴검사학회지 Vol.29 No.1

역공학의 한 방법으로 엑스선 전산 단층촬영 장치에서 획득한 삼차원 데이터를 CAD(computeraided design) 데이터로 변환하여 쾌속조형 모델을 제작할 수 있고, 또한 삼차원 가시화를 통해 피검사체의 오차를 확인하고 분석할 수 있는 알고리즘들에 대한 연구를 수행하였다. 연구 결과를 바탕으로 GUI(graphical user interface) 기반의 소프트웨어를 개발하였다. 개발한 소프트웨어의 검증을 위하여 산업 및 의료용 샘플들에 대한 전산 단층촬영 스캐닝을 수행하고 CAD 데이터 변환 및 컴퓨터 원용 결함진단 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 통해 컴퓨터 원용 결함진단의 산업 및 의료분야 적용 가능성을 확인하였다. We have developed software for converting the volumetric voxel data obtained from X-ray computed tomography(CT) into computer-aided design(CAD) data. The developed software can used for non-destructive testing and evaluation, reverse engineering, and rapid prototyping, etc. The main algorithms employed in the software are image reconstruction, volume rendering, segmentation, and mesh data generation. The feasibility of the developed software is demonstrated with the CT data of human maxilla and mandible bones.

3D CT 데이터를 이용한 컴퓨터원용 결함진단 소프트웨어 개발

윤승만(Seung Man Youn),윤한빈(Han Bean Youn),한종철(Jong Chul Han),조민국(Min Kook Cho),김호경(Ho Kyung Kim) 제어로봇시스템학회 2006 제어로봇시스템학회 합동학술대회 논문집 Vol.2006 No.12