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3D 프린팅용 금속 입자 필라멘트의 물성 및 차폐 능력 평가
박기석(Ki-Seok Park),최우전(Woo-Jeon Choi),김동현(Dong-Hyun Kim) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.5
3D 프린팅 FDM방식의 재료인 필라멘트 중 차폐성능을 지닌 필라멘트는 국내에 판매되지 않고 있으며 관련 연구도 미비하다. 이에 본 연구는 금속 입자가 함유된 필라멘트의 물성과 방사선의 차폐능력을 평가하여 3D 프린트를 이용한 방사선 차폐체 개발의 기초자료를 제공하고자 한다. 금속입자 강화재가 함유된 금속 필라멘트 5가지를 선정 후 ASTM의 평가방법을 이용하여 인장강도, 밀도, XRD, 무게측정 등 물성을 평가하고 방사선 차폐능력을 알아보기 위하여 한국산업표준의 방호용구류 시험방법에 따라서 방사선 차폐율을 구하였다. 인장강도는 PLA + SS가 가장 높았고 ABS + W가 가장 낮았으며 밀도는 ABS + W 가 3.13 g/cm3으로 가장 높게 나타났다. XRD결과 시편의 표면의 입자의 XRD peak 패턴이 각 입자 강화재 분말 금속의 패턴과 일치함을 확인 할 수 있어 프린트된 시편이 분말금속이 함유 되었음을 확인하였다. 3D 프린트 복합 필라멘트별 차폐효과는 ABS + W, ABS + Bi, PLA + SS, PLA + Cu, PLA + Al의 순서로 실효원자번호와 밀도에 비례하여 차폐율이 높게 나타났다. 본 연구에서는 강화재로 금속 분말이 함유된 금속입자 복합 필라멘트는 방사선의 차폐능력을 가지는 것이 확인되었으며 향후 방사선 차폐용 필라멘트의 사용가능성을 확인하였다. It is hard to get Filaments which are materials of the 3D printing Fused Deposition Modeling(FDM) method as radiation shielding in Korea. and also related research is insufficient. This study aims to provide basic data for the development of radiation shields using 3D printing by evaluating the physical properties and radiation shielding capabilities of filaments containing metal particles. after selecting five metal filaments containing metal particle reinforcement materials, the radiation shielding rate was calculated according to the Korean Industrial Standard s protective equipment test method to evaluate physical properties such as tensile strength, density, X-ray Diffraction(XRD), and weight measurement using ASTM s evaluation method. In the tensile strength evaluation, PLA + SS was the highest, ABS + W was the lowest, and ABS + W is 3.13 g/cm3 which value was the highest among the composite filaments in the density evaluation. As a result of the XRD, it may be confirmed that the XRD peak pattern of the particles on the surface of the specimen coincides with the pattern of each particle reinforcing material powder metal, and thus it was confirmed that the printed specimen contained powder metal. The shielding effect for each 3D printed composite filament was found to have a high shielding rate in proportion to the effective atomic number and density in the order of ABS + W, ABS + Bi, PLA+SS, PLA + Cu, and PLA + Al. In this study, it was confirmed that the metal particle composite filament containing metal powder as a reinforcing material has radiation shielding ability, and the possibility of using a radiation shielding filament in the future.
Dual Energy CT를 이용한 금속물질 인공물 감소방법 : Dual Energy와 MAR알고리즘의 임상적 응용
박기석(Ki Seok Park),최우전(Woo Jeon Choi),김동현(Dong Hyun Kim) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.3
전산화단층촬영 검사 시 인체 내에 삽입되어 있는 금속물질은 금속주위에 있는 인체조직이나 뼈와 큰 밀도차이가 있어 인공물을 발생시킨다. 이 실험을 통해 Single source Dual energy CT에서 Dual energy검사 및 MAR 알고리즘의 특성을 비교분석하여 임상적으로 적용방법에 대한 기초자료를 제시하려 한다. MAR알고리즘을 적용하거나 Dual Energy를 이용하여 검사하였을 때 금속 인공물이 감소하였는데 MAR알고리즘을 적용한 영상은 세부적인 부분을 왜곡시키는 단점이 있다. Dual Energy로 검사한 영상은 MAR알고리즘을 적용한 영상보다 세부적인 부분까지 구현 해 낼 수 있다는 장점이 있으나 재구성에 소요되는 시간이 길며 피폭선량이 MAR알고리즘을 적용한 영상보다 약 4배가량 높았다. 수술 후 Follow up 및 금속물질의 위치를 파악하기 위해서는 MAR알고리즘을 적용하여 영상을 획득하는 것이 검사 적 측면에서 유용하며 미세 병변 확인 및 수술계획을 세우거나 진단적인 측면에서 검사를 시행하였을 때는 Dual Energy로 검사하는 것이 더 유용하다. Metal material inserted into the body have a large difference in density from human tissues or bones around the Metal during CT scans.. Therefore, the Metal material inserted into the body produces Artifact. Metal Artifact, which occurs around Metals, can degrade the quality of CT images, causing confusion when medical team diagnose lesions. Through this experiment, we confirm that the occurrence of Artifacts decrease by using Dual energy CT and MAR algorithm in Single source Dual energy CT. We also want to present basic data on clinical application methods by comparing and analyzing the characteristics of images obtained by each method. Using GE 750HD CT, artificial implants were scanned using general method and Dual energy. Then we apply the MAR algorithm to each image obtained. And all previously acquired images were compared and analyzed the characteristics of the examination, such as image quality evaluation and dose evaluation. Images with MAR algorithm and Dual Energy confirmed a decrease in Metal Artifact. Images with MAR algorithm have reduced Metal Artifact, but have the disadvantage of distorting the details of artificial joint implants. On the other hand images teseted with Dual Energy have the advantage of being able to implement details than those applied with MAR algorithms, it takes longer to reconstruct the image and the exposure dose was about four times higher than those applied with MAR algorithm. In order to locate Metals, such as the post-operative follow-up period, it is useful to apply MAR algorithm to obtain images. And it is more useful to examine with Dual Energy when micro lesion identification, such as cardiac examination, and surgical planning or when tests are performed in diagnostic way.