ViewRay MRIdian System을 이용한 MRI only based plan의 유용성 고찰

전창우,이호진,안범석,김찬용,이제희,Jeon, Chang Woo,Lee, Ho Jin,An, Beom Seok,Kim, Chan young,Lee, Je hee 대한방사선치료학회 2015 대한방사선치료학회지 Vol.27 No.2

목 적 : MRI를 기반으로 한 CT fusion plan과 MRI only based plan을 비교함으로써 MRI only plan의 유용성을 평가하고, 나아가 Simulation과 치료계획을 포함한 방사선치료의 전 과정을 CT 촬영 없이 MRI 영상으로 구성하여 실시간 MR-IGRT를 구현하고자 한다. 대상 및 방법 : 본원에서 사용중인 BBB CT (Brilliance Big Bore CT, 16slice, Philips)와 Viewray MRIdian System (Viewray, USA)으로 환자 11명(Head and Neck 1명, Breast 5명, Lung 1명, Liver 3명, Prostate 1명)을 대상으로 CT & MR simulation 및 치료계획을 세웠다. Head and Neck, Breast, Prostate환자는 자유호흡(Free Breathing) 상태로, Lung과 Liver 환자는 흡기 호흡중지(Inhalation Breathing Holdng)상태로 Simulation을 진행하였다. Viewray의 Bore 크기 및 Coil 위치를 고려하여 환자 자세 및 고정기구를 동일한 조건을 유지하여 CT simulation을 시행하였다. Viewray MRIdian 시스템을 이용하여 MR 영상을 기반으로 한 CT fusion plan과 CT fusion 없이 [ICRU 46]에서 권고하는 폐, 공기, 뼈의 전자밀도를 입력한 동일한 조건의 MR only plan을 세웠다. Head and Neck, Breast, Prostate는 IMRT, Lung과 Liver 는 Gating치료계획을 세웠고, 치료계획의 평가는 PTV의 균질성 지표 (Homogeneity Index, HI)와 일치성 지표 (Conformity Index, CI), 그리고 각 PTV와 OAR의 DVH와 선량차이를 각각 비교하였다. 결 과 : 두 치료계획간 치료부위별 PTV에 대한 HI 값의 차이는 Head and Neck, Breast, Lung, Liver, Prostate 부위별로 각각 0.089, 0.26, 0.67, 0.2, 0.4%로 나타났으며, CI 값의 차이는 부위별로 각각 0.043, 0.84, 0.68, 0.46, 0.3%로 두가지 평가 값 모두 Head and Neck 부위가 가장 작은 차이를 나타냈다. PTV에 대한 평균선량 차이는 치료부위별로 각각 0.07, 0.29, 0.18, 0.3, 0.18 Gy로 나타났다. 이를 백분율로 나타냈을 때 0.06, 0.7, 0.29, 0.69, 0.44%으로 모두 1% 이하의 차이를 보였다. 두경부암의 각 OAR은 전체적으로 0.01~0.12 Gy의 평균선량 차이를 보였으며, 유방암은 0.04~0.06 Gy, 폐암에서는 0.01~0.21 Gy, 간암은 0.06~0.27 Gy, 전립선암은 0.02~0.23 Gy의 평균선량 차이를 나타냈다. 결 론 : MR 영상을 이용한 치료계획은 연부조직에서 탁월한 대조도를 나타낼 뿐만 아니라 CT fusion한 MR 치료계획과 비교했을 때 PTV의 HI, CI, 선량차이 모두 1%미만의 차이를 보였으며, OAR의 경우 비균질한 조직이 많은 부위일수록 최대 0.89 Gy 선량차이를 보였다. 이결과를 토대로 두경부암, 부분적 유방암이나 전립선암등 비균질도 차이가 적은 부위에는 CT촬영 없이 MR 영상만을 이용한 방사선치료의 가능성을 확인 할 수 있었다. Purpose : By comparing a CT fusion plan based on MRI with a plan based on only MRI without CT, we intended to study usefulness of a plan based on only MRI. And furthermore, we intended to realize a realtime MR-IGRT by MRI image without CT scan during the course of simulation, treatment planning, and radiation treatment. Materials and Methods : BBB CT (Brilliance Big Bore CT, 16slice, Philips), Viewray MRIdian system (Viewray, USA) were used for CT & MR simulation and Treatment plan of 11 patients (1 Head and Neck, 5 Breast, 1 Lung, 3 Liver, 1 Prostate). When scanning for treatment, Free Breathing was enacted for Head&Neck, Breast, Prostate and Inhalation Breathing Holding for Lung and Liver. Considering the difference of size between CT and Viewray, the patient's position and devices were in the same condition. Using Viewray MRIdian system, two treatment plans were established. The one was CT fusion treatment plan based on MR image. Another was MR treatment plan including electron density that [ICRU 46] recommend for Lung, Air and Bone. For Head&Neck, Breast and Prostate, IMRT was established and for Lung and Liver, Gating treatment plan was established. PTV's Homogeneity Index(HI) and Conformity Index(CI) were use to estimate the treatment plan. And DVH and dose difference of each PTV and OAR were compared to estimate the treatment plan. Results : Between the two treatment plan, each difference of PTV's HI value is 0.089% (Head&Neck), 0.26% (Breast), 0.67% (Lung), 0.2% (Liver), 0.4% (Prostate) and in case of CI, 0.043% (Head&Neck), 0.84% (Breast), 0.68% (Lung), 0.46% (Liver), 0.3% (Prostate). As showed above, it is on Head&Neck that HI and CI's difference value is smallest. Each difference of average dose on PTV is 0.07 Gy (Head&Neck), 0.29 Gy (Breast), 0.18 Gy (Lung), 0.3 Gy (Liver), 0.18 Gy (Prostate). And by percentage, it is 0.06% (Head&Neck), 0.7% (Breast), 0.29% (Lung), 0.69% (Liver), 0.44% (Prostate). Likewise, All is under 1%. In Head&Neck, average dose difference of each OAR is 0.01~0.12 Gy, 0.04~0.06 Gy in Breast, 0.01~0.21 Gy in Lung, 0.06~0.27 Gy in Liver and 0.02~0.23 Gy in Prostate. Conclusion : PTV's HI, CI dose difference on the Treatment plan using MR image is under 1% and OAR's dose difference is maximum 0.89 Gy as heterogeneous tissue increases when comparing with that fused CT image. Besides, It characterizes excellent contrast in soft tissue. So, radiation therapy using only MR image without CT scan is useful in the part like Head&Neck, partial breast and prostate cancer which has a little difference of heterogeneity.

Conventional, IMRT, VMAT을 이용한 CSI 치료시, Setup 오차에 따른 각 Junction부의 선량변화측정을 통한 치료계획 비교

이호진,전창우,안범석,유숙현,박소연,Lee, Ho Jin,Jeon, Chang Woo,Ahn, Bum Suk,Yu, Sook Hyeon,Park, So Yeon 대한방사선치료학회 2014 대한방사선치료학회지 Vol.26 No.2

목 적 : Conventional, IMRT, VMAT을 이용한 CSI치료 시, Setup 오차에 따른 각 Junction부의 선량변화측정을 통해 치료계획을 비교한다. 대상 및 방법 : 본원에서 CSI 치료환자를 대상으로 이클립스 10.0(Eclipse10.0, Varian, USA)를 이용하여 Conventional, IMRT, VMAT 치료계획을 세웠다. 또한 필름측정을 위하여 각 치료계획마다 IMRT QA phantom을 적용한 Verification plan을 생성하였다. 이때, 각 치료기법의 Setup 오차는 0, 머리방향으로 2, 4, 6mm, 다리방향으로 2, 4, 6mm로 적용하였다.(이하, '+'는 머리 방향, '-'는 다리방향을 의미한다.) IMRT QA Phantom과 EBT2 film을 이용하여, 각 치료기법별로 Junction부의 Setup 오차를 0, +2, +4, +6, -2, -4, -6mm로 이동하여 조사하였다. Film을 Scan하여 감마지수(Gamma index,${\gamma}$)를 도출하여, 측정된 Film과 치료계획상의 선량분포와의 일치성을 확인한 후, Setup 오차에 따른 Conventional, IMRT, VMAT 치료계획별 선량분포도를 비교하였고, Homogeneity Index(HI)를 계산하여 표적 내 선량분포의 균일성을 분석하였다. 결 과 : Film으로 측정하여 얻은 감마지수는 90.49%로 Film scan값과 치료계획상의 선량분포와의 일치성을 확인하였다. 또한, 거리에 따른 선량분포도에 따르면, Setup 오차를 머리 방향으로 2, 4, 6mm설정하면 Conventional의 $^*Diff$(%)는 3.1, 4.5, 8.1, IMRT는 1.1, 3.5, 6.3, VMAT은 1.6, 2.5, 5.7으로 나타났다. 같은 방법으로 Setup 오차를 다리방향으로 2, 4, 6mm로 설정을 하면 Conventional의 $^*Diff$(%)는 -1.6, -2.8, -4.4, IMRT는 -0.9, -1.6, -2.9, VMAT은 -0.5, -2.2, -2.5으로 나타났다. Homogeneity Index(HI)는 Conventional 1.216, IMRT 1.095, VMAT 1.069로 값을 얻었다. 결 론 : Dose homogeneity와 Junction 부위에 대한 완만한 Dose gradient의 장점을 가진 IMRT와 VMAT을 이용한 CSI치료는 Conventional 기법보다 Setup 오차에 따른 Junction 부위의 선량의 변화가 적었고, 균일성 또한 좋게 나타났다. 이러한 적은 선량의 변화는 CSI치료 시 발생하는 Setup 오차에도 환자에게 위험성이 적음을 의미한다. Purpose : Conventional, IMRT, at CSI treatment with VMAT, this study compare the treatment plan with dose changes measured at Junction field according to the error of Setup. Materials and Methods : This study established Conventional, the IMRT, VMAT treatment planning for CSI therapy using the Eclipse 10.0 (Eclipse10.0, Varian, USA) and chose person in Seoul National University Hospital. Verification plan was also created to apply IMRT QA phantom for each treatment plan to the film measurements. At this time, the error of Setup was applied to the 2, 4, 6mm respectively with the head and foot direction. ("+" direction of the head, "-" means that the foot direction.) Using IMRT QA Phantom and EBT2 film, was investigated by placing the error of Setup for each Junction. We check the consistency of the measured Film and plan dose distribution by gamma index (Gamma index, ${\gamma}$). In addition, we compared the error of Setup by the dose distribution, and analyzing the uniformity of the dose distribution within the target by calculating the Homogeneity Index (HI). Results : It was figured out that 90.49%-gamma index we obtained with film is agreement with film scan score and dose distribution of treatment plan. Also, depend on the dose distribution on distance, if we make the error of Setup 2, 4, 6mm in the head direction, it showed that 3.1, 4.5, 8.1 at $^*Diff$(%) of Conventional, 1.1, 3.5, 6.3 at IMRT, and 1.6, 2.5, 5.7 at VMAT. In the same way, if we make the error of Setup 2, 4, 6mm in the foot direction, it showed that -1.6, -2.8, -4.4 at $^*Diff$(%) of Conventional, -0.9, -1.6, -2.9 at IMRT, and -0.5, -2.2, -2.5 at VMAT. Homogeneity Index(HI)s are 1.216 at Conventional, 1.095 at IMRT and 1.069 at VMAT. Discussion and Conclusion : The dose-change depend on the error of Setup at the CSI RT(radiation therapy) using IMRT and VMAT which have advantages, Dose homogeneity and the gradual dose gradients on the Junction part is lower than that of Conventional CSI RT. This a little change of dose means that there is less danger on patients despite of the error of Setup generated at the CSI RT.

고에너지 전자빔 투사방법으로 제조된 Zr계 비정질 합금 표면복합재료의 탄도충격 성능

도정현 ( Jeong Hyeon Do ),전창우 ( Chang Woo Jeon ),남덕현 ( Duk Hyun Nam ),김충년 ( Choongnyun Paul Kim ),송영범 ( Young Buem Song ),이성학 ( Sung Hak Lee ) 대한금속·재료학회 2010 대한금속·재료학회지 Vol.48 No.12

The objective of this study is to investigate the ballistic properties of Zr-based amorphous alloy surface composites fabricated by high-energy electron-beam irradiation. The mixture of Zr-based amorphous powders and LiF+MgF2 flux powders was deposited on a pure Ti substrate, and then an electron beam irradiated this powder mixture to fabricate a one-layer surface composite. A four-layer surface composite, in which the composite layer thickness was larger than 3 mm, was also fabricated by irradiating the deposited powder mixture by an electron beam three times on the one-layer surface composite. The microstructural analysis results indicated that a small amount of fine crystalline particles were homogeneously distributed in the amorphous matrix of the surface composite layer. According to the ballistic impact test results, the surface composite layers effectively blocked a fast traveling projectile, while many cracks were formed at the composite layers, and thus the surface composite plates were not perforated. The surface composite layer containing ductile β dendritic phases showed a better ballistic performance than the one without dendrites because dendritic phases hindered the propagation of shear bands or cracks.

유효검출양자효율과 선량을 이용한 소아 흉부 X-선 영상의 기술적인 인자에 관한 조사

박혜숙,김예슬,김상태,박옥섭,전창우,김희중,Park, Hye-Suk,Kim, Ye-Seul,Kim, Sang-Tae,Park, Ok-Seob,Jeon, Chang-Woo,Kim, Hee-Joung 한국의학물리학회 2011 의학물리 Vol.22 No.4

The purpose of this study was to investigate the effect of various technical parameters for the dose optimization in pediatric chest radiological examinations by evaluating effective dose and effective detective quantum efficiency (eDQE) including the scatter radiation from the object, the blur caused by the focal spot, geometric magnification and detector characteristics. For the tube voltages ranging from 40 to 90 kVp in 10 kVp increments at the FDD of 100, 110, 120, 150, 180 cm, the eDQE was evaluated at the same effective dose. The results showed that the eDQE was largest at 60 kVp when compares the eDQE at different tube voltage. Especially, the eDQE was considerably higher without the use of an anti-scatter grid on equivalent effective dose. This indicates that the reducing the scatter radiation did not compensate for the loss of absorbed effective photons in the grid. When the grid is not used the eDQE increased with increasing FDD because of the greater effective modulation transfer function (eMTF). However, most of major hospitals in Korea employed a short FDD of 100 cm with an anti-scatter grid for the chest radiological examination of a 15 month old infant. As a result, the entrance surface air kerma (ESAK) values for the hospitals of this survey exceeded the Korean DRL (diagnostic reference level) of $100{\mu}Gy$. Therefore, appropriate technical parameters should be established to perform pediatric chest examinations on children of different ages. The results of this study may serve as a baseline to establish detailed reference level of pediatric dose for different ages. 본 연구에서는 피사체에 의한 산란, 초점에 의한 흐림, 기하학적 확대도 그리고 검출기의 특성이 반영된 유효검출양자효율(effective detective quantum efficiency, eDQE)과 유효선량을 평가하여 소아 흉부 X선 촬영 시 선량의 최적화를 위한 조사조건의 영향을 평가하였다. 100, 110, 120, 150, 180 cm의 FDD (focus-to-detector distance)일 때 관전압을 40 kVp에서 90 kVp까지 10 kVp씩 증가시켜가며 동일한 유효선량일 때 eDQE를 평가하였다. 그 결과 eDQE는 다른 관전압과 비교 시60 kVp에서 가장 높은 값을 보였다. 특히, 동일한 유효선량일 때 그리드가 없을 경우 상대적으로 매우 높은 eDQE를 나타냈다. 이는 그리드에 의한 산란선의 감소가 그리드에서 흡수된 유효 광자의 손실을 보상하지 못하기 때문이다. 그리드 가 없을 경우 FDD가 증가할수록 향상된 유효변조전달함수(effective modulation transfer function, eMTF)로 인하여 eDQE는 증가하였다. 국내 대형병원들의 대부분은 15개월 소아의 흉부 X선 촬영 시 그리드와 함께 100 cm의 짧은 FDD를 사용하고 있다. 그 결과 대부분의 경우는 국내 환자선량권고량(diagnostic reference level, DRL) $100{\mu}Gy$을 초과하였다. 이는 5세 소아 흉부 X선 촬영 시 150 cm에서 180 cm 사이의 긴 FDD를 사용하지만, 15개월을 모사하고 있는 표준 소아팬텀의 흉부 X선 촬영의 경우 100 cm의 짧은 FDD를 사용했기 때문이다. 따라서, 나이에 따른 소아의 흉부 X선 촬영을 시행하기 위한 적절한 조사조건이 확립되어야 한다. 본 연구 결과는 나이에 따른 소아 선량의 권고량을 설립하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

손상위험장기에 인접한 표적 Coverage 개선을 위한 Planning Target Volume 중복 설정에 관한 연구

이정웅,김보겸,문준기,우헌,이양훈,전창우,이제희,Lee, Jung Woong,Kim, Bo Kyum,Mun, Jun Ki,Woo, Hun,Lee, Yang Hoon,Jeon, Chang Woo,Lee, Jea Hee 대한방사선치료학회 2019 대한방사선치료학회지 Vol.31 No.2

목 적: 용적변조회전 방사선치료(Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)시, Planning Target Volume(PTV)을 중복 설정하여 손상위험장기(Organ At Risk, OAR)에 인접한 PTV Coverage 감소를 개선하기 위한 연구이다. 대상 및 방법: 본원에서 전뇌(Whole Brain), 담낭(Gall Bladder), 직장(Rectum) 방사선치료를 받은 환자를 대상으로 하였으며, PTV 내 Coverage가 부족한 부분에 PTV를 중복 적용한 치료계획과 적용하지 않은 치료계획으로 구성하여 Coverage 변화와 최대선량, 선량균질지수(Homogeneity Index, H.I.), 처방선량지수(Conformity Index, C.I.)를 비교하였으며, 손상위험장기(Organ At Risk, OAR)의 최대선량과 평균선량의 변화 또한 비교하였다. 결 과: 중복하여 적용한 PTV의 Coverage는 모든 환자에게서 증가하였고, 이에 따른 영향으로 전체 Coverage 또한 4명의 환자에게서 증가하였다. PTV의 최대선량은 5명의 환자에게서 증가하였으며, 모든 환자의 선량균질지수와 처방선량지수는 큰 차이를 나타내지 않았다. 수정체의 최대선량은 최대 1.12배 증가하였으나, 뇌줄기의 경우 2명의 환자에게서 최대선량이 감소하였다. 안구의 평균선량은 최대 1.15배 증가하였으며, 양측 이하선의 경우 큰 차이를 나타내지 않았다. 담낭암 환자의 경우 간과 결장의 평균선량은 각각 0.95배, 0.94배 감소하였으며, 십이지장의 평균선량은 큰 차이가 없었다. 직장암 환자의 경우 OAR로 설정한 양측 대퇴골두와 방광 모두 평균선량은 감소하였으며, 전체 MU는 1명을 제외한 4명의 환자에게서 비슷한 수준으로 나타났다. 결 론: OAR의 선량제한을 고려해가면서 적절하게 사용한다면, PTV의 Coverage 개선에 유용한 방법이라 생각한다. Purpose: The purpose of this study is to improve the reduction of coverage of PTVs adjacent to organ at risk (OAR) by setting up overlapping Planning Target Volume (PTV) during Volumetric Modulated Arc Therapy(VMAT). Materials and Methods: In patients who received Whole Brain, Gall Bladder and Rectum radiation therapy, We compared the cover change, maximum dose, Homogenicity Index and Conformity Index of PTV and also compared the maximum dose and average dose change of Organ At Risk by organizing treatment plans that are not applied overlaped PTV and treatment plans that are applied overlaped PTV in areas where coverage is insufficient. Results: overage of treatment plans with overlapping PTVs was increased in all patients, and overall coverage was also increased in each of the four patients. The maximum dose for PTV was increased in five patients, and the Homogenicity Index and Conformity Index for all patients did not differ much. The maximum dose of the lens was increased by 1.12 times, and the maximum dose was decreased in two patients for brain stem. The mean dose of the eyeball was increased by a maximum of 1.15 times, and there was no significant difference between both parotid gland. In case of gallbladder cancer patients, the mean dose in the liver and colon was decreased, and the mean dose in the duodenum was increased. In the case of rectal cancer patients, the mean dose was reduced for both femur and bladder set as OARs. The overall MU was shown to be similar in four patients, excluding one. Conclusion: If the critical dose of OAR is considered and used properly, I think it is a useful way to improve coverage of PTV.

영상 분해능 개선을 위한 초해상도 알고리즘

엄경배 ( Kyoung Bae Eum ),이신우 ( Shin Woo Lee ),전창우 ( Chang Woo Jeon ) 한국화상학회 2015 한국화상학회지 Vol.21 No.4

표본기반 초해상도(Super Resolution) 기법은 데이터베이스에 저장된 고해상도 영상의 패치와 저해상도 영상의 패치 사이에 대응관계를 이용하여, 저해상도의 입력영상에 가장 유사한 고해상도 패치를 덧붙여서 고해상도를 구성하는 방식이다. 이러한 방식은 한 장의 영상만으로 고해상도 영상을 얻을 수 있고, 위의 과정을 반복하여 2배 이상의 확대된 영상을 얻을 수 있어서 기존의 고전적 초해상도 기법의 문제점을 해결할 수 있다. 표본기반 초해상도 방법들중 네이버 임베딩(Neighbor Embedding 이하 NE) 기법의 기본 원리는 지역적 선형 임베딩(locally linear embedding) 이라는 매니폴드 학습 방법의 개념과 같다. 그러나, NE의 국부 학습 데이터 집합의 크기가 너무 작아서 빈약한 일반화 능력으로 인하여 알고리즘의 성능을 크게 저하시킨다. 또한, NE는 신뢰할 수 있는 성능을 위해 커다란 크기의 학습 데이타가 요구되어, 메모리 비용뿐만 아니라 연산 부담이 요구된다. 본 논문에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 효율적으로 구축된 딕셔너리(dictionary)를 이용하였고, NE의 국부 학습 데이터 집합의 크기가 너무 작은데에 기인한 빈약한 일반화 능력을 보완하기 위해 각 시험 패치와 딕셔너리들 간의 평균거리 이내에 있는 데이터들을 국부 학습 데이타들로 이용하였다. 또한, 본 논문에서는 NE의 부족한 일반화 능력을 보완하기 위해 일반화 능력이 뛰어난 Support Vector Regression(이하 SVR)을 이용하여 훈련하였으며 훈련된 SVR을 이용하여 고해상도의 해당화소 값을 예측하였다. 실험을 통하여 제안된 기법이 bicubic 보간법 및 NE 기법 등에 비해 정량적인 척도 및 시각적으로도 향상된 결과를 보여 주었다. Example based Super Resolution(SR) is using the correspondence between the low and high resolution image from a database. This method uses only one image to estimate a high resolution image and can get the larger image than 2 times. Example based SR is proposed to solve the problem of classical SR. Among Example based SRs, Neighbor Embedding(NE) has been inspired by manifold learning method, particularly locally linear embedding. However, the poor generalization of NE decreases the performance. The sizes of local training sets are always too small to improve the performance of NE. The NE needs huge training data for reliable performance and requires the cost of memory and computation. We propose the advanced method based on SVR having an excellent generalization ability to solve this problem. In proposed method, the compact dictionary is applied. The data which are within the average distance between test patch and a dictionary are used as the local training data. The learned dictionary is more compact representation of the patch, which simply sample a large amount of image patch, reducing the computational cost. Given a low resolution image, we estimate a pixel in its high resolution version by using proposed method. Through experimental results, we quantitatively and qualitatively confirm the improved results of the proposed method when comparing with bicubic interpolation method and NE.

ROS를 이용한 IIOT 원격 제어 로봇에 관한 연구

정승호 ( Seung-ho Jeong ),손영대 ( Young-dae Son ),전창우 ( Chang-woo Jeon ),이주연 ( Ju-yeon Lee ),정오성 ( O-sung Jung ) 한국정보처리학회 2022 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.29 No.2

기술의 무궁한 발전을 이루고 있는 현대사회에서도 전기 산업 현장에서는 크고 작은 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 그에 따라 해당 장비는 안정성, 자율성, 내구성을 겸비하고, 무선 통신 시스템을 갖추어 위험 요소와 작업자 간 사이를 이격시켜 안전한 작업 환경을 구축 및 제공한다. 원격 제어외에도 장비 자체의 결함 감지, 악력 측정, 실시간 영상 제공, 작업 데이터 저장 기능 등 다양한 서비스를 추가하여 제품의 완성도 및 실용성을 증가, 사용자의 작업 편의를 보장한다.