The Effects of Image Quality due to Scattering X-ray according to increasing Patient Thickness

Ji-Koon Park(박지군),Sung-Woo Yang(양승우),Jae-Hoon Jun(전제훈),Su-Yeon Cho(조수연),Kyo-Tae Kim(김교태),Ye-Ji Heo(허예지),Sang-Sik Kang(강상식) 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.7

본 연구에서는 피사체 두께 증가에 따른 산란선 발생이 의료 영상화질에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위한 연구를 수행하였다. 기존 병원에서 검사빈도가 높은 흉부를 조직등가물질로 제작한 미국표준 협회(ANSI; American National Standards Institute) 팬텀을 이용하여 피사체 두께가 증가함에 따라 발생하는 산란선 비율을 MCNPX 전산모사 하였으며, 실제 측정값과의 비교 분석을 수행하였다. 또한 피사체 두께 증가에 따라 획득된 X선 영상을 이용하여 RMS 입상성 평가, RSD 및 NPS 분석을 통해 산란선 발생 증가 에 따른 화질 영향을 평가하였다. 흉부 팬텀위에 두께 1 인치의 아크릴 팬텀을 추가적으로 증가시키면서 분석한 결과, 표준 두께인 6.1 inc h에서 산란선 비율은 48.9 %를 기준으로 1 인치 증가시마다 57.2 %, 62.4 %, 66.8 %로 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 MCNPX 모의실험과 실제 측정한 산란선량은 유사한 결과를 보였다. 획득한 영상의 RMS 측정 결과, 피사체 두께가 증가함에 따라 표준편차가 낮아지는 값으로 도출되었다. 하지만 이를 평균 입사 선량을 고려한 RDS 분석에서는 6.1 inch에서 0.028, 7.1 inch의 경우 0.039, 8.1 inch 경우 0.051 및 9.1 inch에 서 0.062으로 증가하는 결과를 나타났다. 이는 피사체 두께 증가에 따른 산란선 발생 증가가 신호대 잡음비를 감소시킨다는 것을 알 수 있었다. 또한 검출기에 입사한 산란선 분포만 이용하여 측정한 NPS 결과에서도 피사체 두께가 증가할수록 노이즈가 증가하는 결과로 도출되었다. In this study, scattering factors affecting the quality of medical images were quantitatively analyzed and investigated. MCNPX simulation was conducted by using ANSI phantom, made of tissue equivalent materials, to calculate the scattering ratio occurred by the increase of the object thickness. Then, the result of the simulation was compared with the result of actual radiation measurement. In addition, we evaluated the image quality by the RMS evaluation, RSD and NPS analysis using X-ray images acquired with increasing object thickness. Furthermore, the scattering ratio was analyzed by increasing the thickness of acrylic phantom on chest phantom. The result showed that the scattering ratio was increased to 57.2%, 62.4%, and 66.8% from 48.9%, respectively, when the acrylic phantom thickness was increased by 1 inch from 6.1 inches. The results of MCNPX simulation and the actual measured scattering dose showed similar results. Also, as a result of RMS measurement from acquired x-ray images, the standard deviation decreased as the object thickness increased. However, in the RSD analysis considering the average incident dose, the results were increased from 0.028 to 0.039, 0.051, 0.062 as the acrylic phantom thickness was increased from 6.1 inches to 7.1 inch, 8.1 inch, and 9.1 inch, respectively. It can be seen that the increase of the scattering effect due to the increase of the object thickness reduces the SNR. Also, the NPS results obtained by measuring scattered radiation incident on the detector resulted in the increase of the noise as the object thickness increased.

판재형 활성탄을 이용한 라돈 저감 연구

최일홍(Il-Hong Choi),강상식(Sang-Sik Kang),전제훈(Jae-Hoon Jun),양승우(Seung-Woo Yang),박지군(Ji-Koon Park) 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.5

최근 실내공기 중의 라돈기체의 농도를 저감하기 위하여 친환경 숯을 이용한 공기정화 필터 및 건축자재를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 종래의 입상 활성탄 필터에 비해 취급이 용이하고, 효율적으로 라돈을 흡착 및 제거할 수 있는 새로운 판재형 활성탄을 설계 및 제작하여 라돈 저감 성능을 평가하였다. 판재형 활성탄은 분말 활성탄과 폴리우레탄 폼을 일정한 비율로 혼합하고 믹싱 및 압착 공정을 통해 성형제품으로 제작하였으며, 다이아몬드 절삭을 통해 2 mm, 4 mm, 6 mm 두께로 각각 제작하였다. 제작된 활성탄 필터에 대한 물리적 특성을 분석하기 위해 비표면적과 휨 강도를 측정을 하였다. 또한, 실내 라돈기체의 저감성능을 평가하기 위해 3개의 아크릴 챔버를 이용하였으며, 일정한 공기유량에 대해 필터 통과 전과 후의 라돈 농도를 연속 측정하여 저감율을 평가하였다. 측정결과, 제작된 판재형 활성탄의 비표면적은 약 1,008 m 2 /g으로 종래의 활성탄과 유사한 값을 보였으며, 휨 파괴 하중은 435 N으로 석고보드보다 3배 이상 높은 강도를 가지는 것을 알 수 있었다. 끝으로, 실 내 라돈기체의 저감은 활성탄의 두께가 증가함에 따라 저감효율이 증가하였으며, 6 mm 두께의 활성탄 필터에서 90 % 이상의 우수한 라돈제거율을 보였다. 이러한 결과로부터 본 연구에서 제작된 판재형 활성탄 은 밀폐된 실내에서 라돈 기체의 농도를 감소시키기 위한 친환경 건축 재료 및 공기 정화 필터로 활용이 가능할 것으로 기대된다. Recently, building materials and air purification filters with eco-friendly charcoal are actively studying to reduce the concentration of radon gas in indoor air. In this study, radon reduction performance was assessed by designing and producing new panel-type activated carbon filter that can be handled more efficiently than conventional charcoal filters, which can reduce radon gas. For the fabrication of our panel-type activated carbon filter, first the pressed molding product after mixing activated carbon powder and polyurethane. Then, through diamond cutting, the activated carbon filter of 2 mm, 4 mm and 6 mm thickness were fabricated. To investigate the physical characteristics of the fabricated activated carbon filter, a surface area and flexural strength measurement was performed. In addition, to evaluate the reduction performance of radon gas in indoor, the radon concentration of before and after the filter passes from a constant amount of air flow using three acrylic chambers was measured, respectively. As a result, the surface area of the fabricated activated carbon was approximately 1,008 m 2 /g showing similar value to conventional products. Also, the flexural load was found to have three times higher value than the gypsum board with 435 N. Finally, the radon reduction efficiency from indoor gas improved as the thickness of the activated carbon increases, resulting in an excellent radon removal rate of more than 90 % in the 6 mm thick filter. From the experimental results, the panel-type activated carbon is considered to be available as an eco-friendly building material to reduce radon gas in an enclosed indoor environment.

Reliability Verification of FLUKA Transport Code for Double Layered X-ray Protective Sheet Design

Sang Sik Kang(강상식),Seung Wook Heo(허승욱),Il Hong Choi(최일홍),Jae Hoon Jun(전제훈),Sung Woo Yang(양승우),Kyo Tae Kim(김교태),Ye Ji Heo(허예지),Ji Koon Park(박지군) 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.7

현재 의료분야에서는 방사선 차폐체로서 납(Pb)이 널리 쓰이고 있다. 하지만 납은 무게가 매우 무거워 납 치마 등의 방호복은 장시간 착용이 어려우며, 인체에 치명적인 납 중독의 위험이 상시 가지고 있다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 납을 대체 할 수 있는 물질에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 현재 납의 대체물질로써 대표적인 바륨(Ba)과 요오드(I) 등은 우수한 차폐능을 가지고 있지만, 30keV 근처의 에너지 영역에서 특성 X선을 방출하는 특성을 가지고 있다. 환자나 방사선 종사자의 경우 차폐체를 인체에 접촉하고 있는 경우가 많으므로 차폐체에서 발생되는 특성 X선이 인체에 직접 조사되어 방사선 피 폭을 증가시킬 위험이 매우 높다. 본 연구에서는 바륨(Ba)과 요오드(I)등에서 발생되는 특성 X선을 제거하기에 적절한 이중구조 차폐체를 방사선 수송코드 중 하나인 FLUKA 수송코드를 개발하여 선행연구로서 진행된 MCNPX 시뮬레이션과 비교 분석하여 이중구조 차폐체의 차폐율에 대한 신뢰성을 검증하고자 하였다. MCNPX와 FLUKA를 이용하여 황산바륨(BaSO4)과 산화비스무스(Bi2O3)로 이루어진 다양한 두께조합의 이중구조 차폐체를 설계하였으며, IEC61331-1에 제시된 모식도를 기하학적으로 동일하게 시뮬레이션 상에 구현하였다. 또한, 120 kVp의 연속 X선 스펙트럼에 대한 차폐체의 투과스펙트럼과 흡수선량을 납과 비교 평가하였다. 평가결과, 0.3mm-BaSO 4 /0.3mm-Bi2O3와 0.1mm-BaSO4 /0.5 mm-Bi2O3 구조에서는 33keV와 37keV의 특성 X선을 모두 흡수하였으며, 90 keV 이상의 고에너지 X선에 대해서도 납과 거의 유사한 차폐효율을 보였다. 또한, FLUKA의 수송코드는 33keV 이하에서는 cut-off 가 발생하여 저에너지 X선 광자에 대한 전산모사에 제약이 있지만, 40keV 이상의 고에너지 영역에서 MCNPX와의 상대오차가 6% 이내로 신뢰성이 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. In the current medical field, lead is widely used as a radiation shield. However, the lead weight is very heavy, so wearing protective clothing such as apron is difficult to wear for long periods of time and there is a problem with the danger of lethal toxicity in humans. Recently, many studies have been conducted to develop substitute materials of lead to resolve these problems. As a substitute materials for lead, barium(Ba) and iodine(I) have excellent shielding ability. But, It has characteristics emitting characteristic X-rays from the energy area near 30 keV. For patients or radiation workers, shielding materials is often made into contact with the human body. Therefore, the characteristic X-rays generated by the shielding material are directly exposured in the human body, which increases the risk of increasing radiation absorbed dose. In this study, we have developed the FLUKA transport code, one of the most suitable elements of radiation transport codes, to remove the characteristic X-rays generated by barium or iodine. We have verified the reliability of the shielding fraction of the structure of the structure shielding by comparing with the MCPDX simulations conducted as a prior study. Using the MCNPX and FLUKA, the double layer shielding structures with the various thickness combination consisting of barium sulphate (BaSO 4 ) and bismuth oxide(Bi 2 O 3 ) are designed. The accuracy of the type shown in IEC 61331-1 was geometrically identical to the simulation. In addition, the transmission spectrum and absorbed dose of the shielding material for the successive x-rays of 120 kVp spectra were compared with lead. In results, 0.3 mm-BaSO 4 /0.3 mm-Bi 2 O 3 and 0.1 mm-BaSO 4 /0.5 mm-Bi 2 O 3 structures have been absorbed in both 33 keV and 37 keV characteristic X-rays. In addition, for high-energy X-rays greater than 90 keV, the shielding efficiency was shown close to lead. Also, the transport code of the FLUKA’s photon transport code was showed cut-off on low-energy X-rays(below 33keV) and is limited to computerized X-rays of the low-energy X-rays. But, In high-energy areas above 40 keV, the relative error with MCNPX was found to be highly reliable within 6 %.