디지털 혈관 조영상의 기하학적 왜곡 보정을 위한 모의 실험 연구

진호상,신동훈,허순녕,곽철은,최보영,이형구,서태석 대한의용생체공학회 2002 의공학회지 Vol.23 No.5

병변의 정확한 위치 결정은 정위적 방사선 수술에서 정상조직을 보호하고 방사선을 정확히 병변에 조사하기 위하여 매우 중요하다. 병변의 검출 및 위치 결정에 보편적으로 사용되는 디지털 혈관조영술에서는 영상증배관의 기하학적 특성으로 인해 영상이 중심부로 휘는 바늘겨레 왜곡이 발생하게 된다. 이러한 왜곡은 병변 위치 결정의 오차를 증가시키므로 보정해주어야만 한다. 본 연구에서는 이러한 왜곡을 보정하기 위하여 바늘겨레 왜곡을 모사한 영상을 만들었다. 이렇게 만든 왜곡 모사 영상을 기하학적 변환 방법인 bilinear 변환과 polynomial 변환을 사용하여 보정하였다. 이러한 보정 방법으로 왜곡을 보정한 영상과 왜곡되지 않았을 때의 영상을 모사한 원영상과의 각 화소값과의 차이를 구하여 통계적인 오차를 계산하였다. 보정 결과 두 변환 방법 모두에서 원 영상과의 오차가 2% 이내로 보정 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 또한 서로 다른 두 보정 방법간의 비교에서는 전 영역에서 거의 같은 오차를 나타냄으로써 두 보정 방법간의 차이가 나타나지 않음을 확인하였다. Accurate localization of target lesion is required to protect normal peripheral tissue and irradiate exactly to tumors in stereotactic radiosurgery(SRS). Digital angiography is one of the most effective diagnostic tools to detect and identify the target tumors. However, it shows pincushion distortion due to the characteristics of the image intensifier. We have implemented a simulation study for the correction of distortion using the geometric transformation. Phantom images were produced transformation. In conclusion, the geometric transformation could effectively be used for the pincushion distortion of image intensifier and there was no significant different between two methods indicating 2% correction error from the ideal image in all cases.

뇌팬톰을 이용한 삼차원 다중영상정합의 정확성 평가

진호상,송주영,주라형,정수교,최보영,이형구,서태석 대한의용생체공학회 2004 의공학회지 Vol.25 No.1

다양한 의학 영상장비로부터 획득된 영상들간의 정합의 정확성은 방사선치료계획에서 매우 중요한 쟁점 중의 하나이다. 본 연구에서는 수제작된 뇌팬톰(brain phantom)을 이용한 영상정합의 정확성 평가방법을 연구하였다. 다중영상정합을 위해 CT-MR, CT-SPECT간의 Chamfer 정합(Chamfer matching)법을 적용하였다 영상정합의 정회성은 팬톰 내에 삽입된 표적(target)들의 중심정의 비교를 통하여 평가되었다. CT-MR, CT-SPECT간의 삼차원 제곱근평균제곱(root-mean-square) 이동편차는 각각 2.1$\pm$0.8 mm와 2.8$\pm$1.4 mm이었다. 회전편차는 세 직교좌표축에서 2$^{\circ}$이내였다. 이 오차들은 기존의 팬톰연구와 비교하여 합리적인 오차 허용범위 내에 들었다. 중첩한 CT-MR, CT-SPECT영상의 육안검증 또한 좋은 정합 결과를 보였다. Accuracy of registration between images acquired from various medical image modalities is one of the critical issues in radiation treatment planing. In this study, a method of accuracy evaluation of image registration using a homemade brain phantom was investigated. Chamfer matching of CT-MR and CT-SPECT imaging was applied for the multimodal image registration. The accuracy of image correlation was evaluated by comparing the center points of the inserted targets of the phantom. The three dimensional root-mean-square translation deviations of the CT-MR and CT-SPECT registration were 2.1${\pm}$0.8 mm and 2.8${\pm}$1.4 mm, respectively. The rotational errors were < 2$^{\circ}$ for the three orthogonal axes. These errors were within a reasonable margin compared with the previous phantom studies. A visual inspection of the superimposed CT-MR and CT- SPECT images also showed good matching results.

전자포탈영상을 이용한 다엽시준기의 정도관리

진호상,최보영,이형구,서태석 한국의학물리학회 2003 의학물리 Vol.14 No.3

The application of more complex radiotherapy techniques using multileaf collimation (MLC), such as 3D conformal radiation therapy and intensity-modulated radiation therapy (IMRT), has increased the significance of verifying leaf position and motion. Due to thier reliability and empirical robustness, quality assurance (QA) of MLC. However easy use and the ability to provide digital data of electronic portal imaging devices (EPIDs) have attracted attention to portal films as an alternatives to films for routine qualify assurance, despite concerns about their clinical feasibility, efficacy, and the cost to benefit ratio. In this study, we developed method for daily QA of MLC using electronic portal images (EPIs). EPID availability for routine QA was verified by comparing of the portal films, which were simultaneously obtained when radiation was delivered and known prescription input to MLC controller. Specially designed two-test patterns of dynamic MLC were applied for image acquisition. Quantitative off-line analysis using an edge detection algorithm enhanced the verification procedure as well as on-line qualitative visual assessment. In conclusion, the availability of EPI was enough for daily QA of MLC leaf position with the accuracy of portal films. 삼차원 입체조형방사선치료나 세기조절방사선치료와 같은 다엽시준기(Multileaf Collmator, MLC)를 이용하는 보다 복잡한 방사선 치료 기술은 다엽시준기의 위치 및 운동의 검증의 중요성을 증가시키고 있다. 이러한 다엽시준기의 검증은 신뢰성과 그동안 축척된 경험적 검증능력으로 인하여 주로 필름을 가지고 수행되어왔다. 그러나 전자포탈영상장치(Electornic Portal Imaging Device, EPID)의 사용의 편이성과 디지털 영상 제공 능력은 낮은 임상편이성, 효율성, 비용대 수익률에도 불구하고 정기적인 정도확립(Quality Assurance, QA)에 현실적인 필름의 대체재로 관심을 모아왔다. 본 연구에서는 EPI를 활용한 다엽시준기의 정기적인, 특히 일간 정도확립법을 개발하였다. 정기적 정도확립을 위한 전자포탈영상(Electronic Portal Imaing, EPI)의 적용가능성에 대한 검증은 방사선 조사시 동시에 획득된 필름과 다엽시준기의 제어장치에 입력한 다엽시준기의 처방과의 비교를 통해 수행되었다. 특별히 설계된 두가지 형태의 시험형(test pattern)이 영상 획득 및 비교에 적용되었다. 정성적인 온라인 육안 검증과 함께 윤곽 검출 알고리듬을 이용한 정량적인 오프라인 분석이 검증 절차에 이용되었다. 결론적으로, 본 연구에서 개발된 EPI를 이용한 다엽시준기의 일간 정도확립법은 필름의 정확도를 가지고 편리하게 수행될 수 있었다.

다수의 독립형 태양광 발전시스템의 디지털 제어

진호상(Ho-Sang Jin),김희준(Hee-Jun Kim) 대한전기학회 2009 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2009 No.7

본 논문은 다수의 독립형 태양광 발전 시스템의 디지털 제어에 대해 제안한다. 제안된 시스템은 에너지를 발생하는 태양전지, 최대전력점을 추종(MPPT)하도록 하는 Boost컨버터, 부하에 적합한 준위의 전압을 공급하는 Buck컨버터로 구성되어 있으며, 태양전지 어레이를 분할하여 제어하므로 Boost컨버터가 태양전지 어레이가 분할 된 만큼 추가된다. 제안된 방법은 디지털 제어기의 제어변수 값 들을 바꿈으로써 전체시스템의 출력특성을 쉽게 제어할 수 있어 사용되는 태양전지 어레이의 종류와 환경조건 변화에 따라 쉽게 제어변수 값들을 조정할 수 있다. 또한 하나의 디지털 제어기로 다수의 태양광 시스템을 제어하므로 고가의 디지털 제어기의 개수를 줄여 비용이 저렴한 장점이 있다.

자기구동 능동 클램프를 이용한 부스트 입력형 ZVS 컨버터에 관한 연구

진호상(Ho-Sang Jin),김희준(Hee-Jun Kim) 대한전기학회 2011 전기학회논문지 Vol.60 No.4

This paper proposes a boost-input self-driven active clamp ZVS converter eliminating the extra dirve circuit for the active clamp switch. The converter used the auxiliary winding of the transformer to drive the active clamp switch and to achieve asymmetrical duty control. This paper presents the operation principle and the analyzed results of dynamic characteristics including steady state characteristics of the converter proposed. The experimental results were used to verify the theoretical predictions. A 300W (15V/20A) prototype converter that only exhibited 2-turn winding number in the auxiliary winding was sufficient to drive the active clamp switch on the input voltage of 80V. Finally, the maximum efficiency of 91.2% was achieved for the prototype converter and the proposed converter had stable closed loop characteristic with phase margin 55°.

단일 디지털 제어기를 이용한 독립형 태양광 발전 시스템의 MPPT 및 DC-DC컨버터 제어

진호상(Ho-Sang Jin),김희준(Hee-Jun Kim),Jawad Ahman 대한전기학회 2009 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2009 No.4

본 논문은 단일 디지털 제어기를 이용하여 독립형 태양광 발진 시스템에 사용되는 태양전지에서 발생한 전력을 수집하고 필요에 따라 에너지 저장 장치에 전력을 저장하는 Boost 컨버터가 최대전력점에서 동작 하도록 제어하연서, 이 전압을 부하에 필요한 전압 값으로 변환하는 Buck 컨버터를 동시에 제어하는 방법을 제안한다. 제안된 독립형 태양광 발전 시스템의 구성은 에너지를 발생하는 태양전지, 최대전력점을 추종(MPPT)하도록 하는 Boost 컨버터, 부하에 적합한 준위의 진압을 공급하는 Buck 컨버터가 직렬로 연결되어있다. 제안된 방법은 디지털 제어기의 제어변수 값들을 바꿈으로써 전체시스템의 출력특성을 쉽게 제어 할 수 있어, 사용되는 태양전지 어레이의 종류와 환경조건 변화에 따라 쉽게 제어변수 값들을 조정할 수 있다. 또한 하나의 디지털 제어기로 최대전력점 제어부 및 Buck과 Boost 컨버터의 피드백 제어부를 구성하여 시스템의 구조가 간단해지기 때문에 소형 및 경량화를 이룰 수 있다.

다중투사영상을 이용한 표적체적의 3차원 재구성

정광호,진호상,이형구,최보영,서태석 한국의학물리학회 2003 의학물리 Vol.14 No.3

정위적방사선수술과 같은 경우 치료계획 수립 시 병변의 정확한 위치뿐만 아니라 정확한 부피와 모양을 아는 것도 매우 중요하다. 병변의 확인을 위해서 때로는 혈관조영영상이 이용되기도 하는데 동정맥 기형과 같은 경우 이 방법이 병변의 구별을 위하여 가장 좋은 방법이기 때문이다. 병변의 정확한 위치는 두개의 투사영상으로부터 얻을 수 있지만 두 개의 투사영상 만으로는 병변을 3차원적으로 재구성하는 것은 불가능하다고 여겨지고 있다. 본 연구의 목적은 다수의 투사 영상들을 이용하여 병변을 3차원적으로 재구성하는 것이다. 이때 병변의 위치는 기존에 제안된 방법에 의하여 이미 알고 있다고 가정하였으며 모든 과정은 병변의 중심을 원점으로 하는 표적좌표계에서 수행되었다. 본 연구에서는 6개의 투사영상이 이용되었는데 정면과 측면 투사영상은 체적소(voxel)로 구성된 재구성상자를 구하기 위하여 이용되었으며 나머지 네 개의 투사영상은 역투사 방법(back-projection method)에 의하여 재구성 상자(Reconstruction Box) 내에서 3차원적으로 재구성하는데 이용되었다. 이 방법의 정확도와 해상도는 병변의 크기와 모양에 따라 달라질 수 있다. 본 연구에서 제안된 알고리듬의 검증을 위하여 C 언어와 Matlab을 이용하여 타원체 모델과 말굽형 모델에 대하여 투사영상을 얻고 그 영상을 이용하여 재구성해보았다. 타원체모델의 경우에는 원래의 모델보다 약간 크게 재구성되었지만 모양과 방향, 위치가 정확함을 확인할 수 있었다. 말굽형 모델은 재구성된 모양이 원래의 모양과 차이가 많이 났지만 기존 방법에 비하여 실제 모양에 근접하게 재구성할 수 있었으므로 병변을 확인하는 경우에는 도움이 될 것으로 사료된다. In the radiation treatment planning (RTP) process, especially for stereotactic radiosurgery (SRS), knowing the exact volume and shape and the precise position of a lesion is very important. Sometimes X-ray projection images, such as angiograms, become the best choice for lesion identification. However, while the exact target position can be acquired by bi-projection images, 3D target reconstruction from bi-projection images is considered to be impossible. The aim of this study was to reconstruct the 3D target volume from multiple projection images. It was assumed that we knew the exact target position in advance, and all processes were performed in Target Coordinates, where the origin was the center of the target. We used six projections: two projections were used to make a Reconstruction Box and four projections were for image acquisition. The Reconstruction Box was made up of voxels of 3D matrices. Projection images were transformed into 3D in this virtual box using a geometric back-projection method. The resolution and the accuracy of the reconstructed target volume were dependent on the target size. An algorithm was applied to an ellipsoid model and a horseshoe-shaped model. Projection images were created geometrically using C program language, and reconstruction was also performed using C program language and Matlab ver. 6(The Mathwork Inc., USA). For the ellipsoid model, the reconstructed volume was slightly overestimated, but the target shape and position proved to be correct. For the horseshoe-shaped model, reconstructed volume was somewhat different from the original target model, but there was a considerable improvement in determining the target volume.

전신 정위 고정장치 제작과 임상효과에 대한 연구

정진범,정원균,서태석,최경식,진호상,지영훈 한국의학물리학회 2004 의학물리 Vol.15 No.1

목적: 방사선 치료 시 환자의 움직임을 최대한 고정시켜 줄 수 있으며 환자 자세에 대한 Setup 오차를 감소시키고 환자 전신에 산재한 병소를 위치화하고 좌표화할 수 있는 전신 정위 고정장치 제작과 제작한 고정장치에 대한 고정효과 및 재현성을 나타내는 환자 자세의 Setup 오차를 평가하였다. 대상 및 방법: 자체 제작한 고정장치는 크게 기본판(base plate)과 고정틀(Immobilizer), Vacuum cushion, 벨트로 이루어진다. 기본판은 50${\times}$130${\times}$1 ㎤ 베크라이트로 고정틀은 견고한 아세탈 재질을 사용하여 제작하였다. 초기의 Lax frame의 경우, side panel에 부착되어 있는 좌표계(coordinates)를 기본판 바닥에 radiopaque catheter wire를 사용하여 N 타입으로 새겨서 넣어 위치측정이 가능한 좌표계로 적용할 수 있도록 하였다. 제작된 고정장치에 대한 성능실험으로 방사선 투과율 측정 실험과 가상표적을 부착한 지원 환자를 대상으로 표적에 대한 위치측정실험이 수행되었다. 그리고 CCTV 카메라와 Digital Video Recorder (DVR)를 이용하여 획득된 환자 영상을 Matlab 프로그램으로 환자 자세에 대한 Setup 오차를 분석하였다. 결과: 전신 정위 고정장치는 CT 촬영과 방사선치료 시 사용 가능성에 중점을 두고 제작되었다. 이 고정장치의 구조는 갠트리의 회전각의 변화에 따라 충돌하지 않게 제작되었고 측면으로 경사지게 입사되는 빔의 투과율을 최대화할 수 있게 제작되었다. 고정틀의 고정효과를 높여주는 고정벨트는 입사된 빔의 방향에 방해되지 않게 제작되었다. 고정장치에 대한 방사선 투과율은 10과 21 MV의 에너지에서 95, 95%로 측정되었고 지원 환자에 부착한 가상 표적의 위치는 CT 촬영으로 파악할 수 있었다. Matlab 프로그램으로 분석한 setup 오차는 흉부의 측면과 중심부위에서 3.69$\pm$1.60, 2.14$\pm$0.78 mm이고 복부의 측면과 중심부위에서 7.11$\pm$2.10, 6.54$\pm$2.22 mm이며 여자 환자 경우, 가슴 측면의 Setup 오차는 6.33$\pm$1.55 mm으로 측정되었다. 결론: 전신 정위 고정장치의 제작과 실험을 통해 extra-cranial 암에 대한 방사선수술에서 매우 실용적이고 유용하게 사용될 것으로 사료되며 표적 위치 결정과 환자 고정 도구로서 사용될 것이다. 더 많은 환자 치료자세의 Setup 오차 측정이 수행되면 정확한 환자의 Setup 오차의 결과를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. Purpose: To develop a whole body frame for the purpose of reducing patient motion and minimizing setup error for extra-cranial stereotactic radiotherapy, and to evaluate the repositioning setup error of a patient in the frame. Materials and Methods: The developed whole body frame is composed of a base plate, immobilizer, vacuum cushion, ruler and belts. The dimension of the base plate is 130 cm in length, 50 cm in width and 1 cm in thickness. The material used in the base plate of the frame was bakelite and the immobilizer was made of acetal. In addition, Radiopaque angio-catheter wires were engraved on the base plate for a coordinate system to determine the target localization. The measurement for radiation transmission and target localization is peformed in order to test the utilization of the frame. Also, a Matlab program analyzed the patients setup error by using the patient's setup images obtained from a CCTV camera and digital record recorder (DVR). Results: A frame that is useful for CT simulation and radiation treatment was fabricated. The frame structure was designed to minimize collisions from the changes in the rotation angle of the gantry and to maximize the transmission rate of the Incident radiation at the lateral or posterior oblique direction. The lightening belts may be used for the further reduction of the patient motion, and the belts can be adjusted so that they are not in the way of beam direction. The radiation transmission rates of this frame were measured as 95% and 96% at 10 and 21 MV, respectively. The position of a test target on the skin of a volunteer is accurately determined by CT simulation using the coordinate system in the frame. The estimated setup errors by Matlab program are shown 3.69$\pm$1.60, 2.14$\pm$0.78 mm at the lateral and central chest, and 7.11 $\pm$2.10, 6.54$\pm$2.22 mm at lateral and central abdomen, respectively. The setup error due to the lateral motion of breast is shown as 6.33$\pm$ 1.55 mm. Conclusion: The development and test of a whole body frame has proven very useful and practical in the radiosurgery for extra-cranial cancers. It may be used in determining target localization, and it can be used as a patient immobilization tool. More experimental data should be obtained in order to improve and confirm the results of the patient setup error.

국소 최소자승 잡음 감소 필터를 이용한 광자선 및 전자선 몬테칼로 선량 계산 시간 단축

정광호,서태석,조병철,진호상,Cheong Kwang-Ho,Suh Tae-Suk,Cho Byung-Chul,Jin Hosang 한국의학물리학회 2005 의학물리 Vol.16 No.3

The Monte Carlo method cannot have been used for routine treatment planning because of heavy time consumption for the acceptable accuracy. Since calculation time is proportional to particle histories, we can save time by decreasing the number of histories. However, a small number of histories can cause serious uncertainties. In this study, we proposed Monte Carlo dose computation time and uncertainty reduction method using specially designed filters and adaptive denoising process. Proposed algorithm was applied to 6 MV photon and 21 MeV electron dose calculations in homogeneous and heterogeneous phantoms. Filtering time was negligible comparing to Monte Carlo simulation time. The accuracy was improved dramatically in all situations and the simulation of 1 $\%$ to 10$\%$ number of histories of benchmark in photon and electron dose calculation showed the most beneficial result. The empirical reduction of necessary histories was about a factor of ten to fifty from the result. 몬테칼로 선량계산 시 적절한 정확도를 얻기 위해서는 계산입자수를 늘려야 하고 그로 인해 계산 시간이 오래 걸리게되므로 일상적 치료계획의 선량계산 방법으로 이용되지 못했다. 본 연구에서는 몬테칼로 모의실험 시 계산입자 수를 줄여서 선량계산을 수행한 후 잡음 감소 필터를 적용하여 선량계산 결과를 개선하고자 하였다. 이를 위해 국소 최소자승 잡음 감소 필터를 제작하고 광자선 및 전자선 균질/비균질 팬텀 내 선량계산 결과에 대하여 적용하여 선택적 여과를 수행하였으며 그 유효성을 등선량 곡선 비교 및 감마시험을 통하여 검증하였다. 연구 결과 통계적 불확실도를 2$\%$ 이내로 유지하기 위해 필요한 계산입자수의 10$\%$ 이하의 계산입자 수를 이용하여 몬테칼로 선량계산 뒤 후처리한 결과가 기준계산 입자수를 이용하여 얻은 몬테칼로 선량계산 결과와 유사해질 수 있음을 확인하였다.

차량 충전용 고효율 절연형 컨버터 개발

박민준(Park. Minjun),진호상(Jin. Hoshang),이건희(Lee. Gunhee),황광규(Hwang. Kwangkyu),김우섭(Kim. Woosup),이재호(Lee. Jaeho) 전력전자학회 2015 전력전자학술대회 논문집 Vol.2015 No.07

This paper is about the suggestion for the development in the commercialization for 3.6kW Class On-Board charger. It is suggesting non-insulation AC-DC Boost Power Factor correction circuit and insulation DC-DC resonant Converter for circuit design. In addition, Input AC voltage in the power supply is DCM control which can be designed to decrease the inductance for the inductor size to be reduced. DCM controls and Interleaved PFC can be designed to decrease the inductor size increasing the power conversions. Also, using the insulation DC-DC resonant converter, the efficiency can be increased. This system is verified using prototype hardware.