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문제 정의
- 이 연구에서는 소형 감마카메라의 임상 적용에 앞서 산란매질의 종류와 두께가 유방암 진단을 위해 개발한 소형감마카메라 영상의 분해능과 민감도에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션과 실험을 수행하였다. 또한 평행구멍 형조준기와 확산형조준기를 사용하였을 때의 기하학적 검출효율 특성을 몬테카를로 시뮬레이션과 실험으로 고찰하였다.
제안 방법
- 실험의 수행은 시뮬레이션과 같은 조건으로 검출부 앞에 모형을 밀착하여 영상을 얻은 후 아크릴매질과 공기매질을 1 cm부터 8 cm까지 1cm씩 늘리면서 영상을 획득하였다. 공간분해능은 원형 아크릴판에 지름이 2 mm부터 7 mm까지 각기 다른 체적을 갖는 원형 구멍을 내어 그곳에 동위원소(Tc-99m, 140keV) 44 "Ci/ cc를 채워 공간분해능을 측정, 비교할 수 있게 하였다. 섬광결정은 시뮬레이션과 똑같은 60 mm><60 mm><6 mm Nal(Tl)을 사용하였으며 외벽처리는 검정흡수체 처리를하여 섬광결정안에서 외벽 방향으로 산란되는 광자가 흡수되게하여 공간분해능의 저하를 방지하였다3).
- Fig. 1과 같은 장치도를 시뮬레이션 하였으며 먼저 검출부 앞에 모형을 밀착하여 영상을 얻은 후 아크릴과 공기각 매질의 두께를 1 cm부터 8 cm까지 1 cm씩 늘려가며영상을 얻어 산란매질과 두께에 대한 영상과 민감도의 변화를 관찰하였다. 그리고 조준기 종류에 따른 영상 변화도관찰하였다.
- 개발중인 소형 감마카메라 시스템을 이용하여 검출기와방사선원 사이에 위치한 산란매질의 종류와 두께에 따른감마카메라의 민감도와 영상 변화를 고찰하였다. 시뮬레이션과 실험으로 매질의 종류와 두께가 영상에 많은 영향을미치며 산란과 감쇠로 인해 민감도의 변화가 나타남을 볼수 있었다.
- 들어간다. 검출부는 조준기, Nal(Tl)섬광결정 그리고 위치민감형 광전자증배관(PSPMT, R3941 Hamamatsu, Japan)으로 구성하였으며 평행구멍형조준기와 확산형조준기를 소형 감마카메라에 맞게 제작하였다.
- 1과 같은 장치도를 시뮬레이션 하였으며 먼저 검출부 앞에 모형을 밀착하여 영상을 얻은 후 아크릴과 공기각 매질의 두께를 1 cm부터 8 cm까지 1 cm씩 늘려가며영상을 얻어 산란매질과 두께에 대한 영상과 민감도의 변화를 관찰하였다. 그리고 조준기 종류에 따른 영상 변화도관찰하였다.
- 섬광결정은 시뮬레이션과 똑같은 60 mm><60 mm><6 mm Nal(Tl)을 사용하였으며 외벽처리는 검정흡수체 처리를하여 섬광결정안에서 외벽 방향으로 산란되는 광자가 흡수되게하여 공간분해능의 저하를 방지하였다3). 또한 섬광결정 Nal(Tl)를 밀봉하고 있는 유리와 굴절률이 같은 광학용 그리스를 사용하여 섬광결정과 검출기의 최적 광학적 결합을 구현하였다. 영상획득 시간을 300초로 하였으며시간경과에 따른 붕괴는 보정하였다.
- 수행하였다. 또한 평행구멍 형조준기와 확산형조준기를 사용하였을 때의 기하학적 검출효율 특성을 몬테카를로 시뮬레이션과 실험으로 고찰하였다.
- 몬테카를로 시뮬레이션으로 산란매질의 종류와 두께가영상에 미치는 영향과 민감도를 고찰하였다. 시뮬레이션에사용한 모형은 지름 60 mm, 높이 10 mm인 아크릴로 설정하였으며 섬광결정은 60 mmX60 mmX6 mm의 Nal (T1)로 하였다.
- 시뮬레이션에사용한 모형은 지름 60 mm, 높이 10 mm인 아크릴로 설정하였으며 섬광결정은 60 mmX60 mmX6 mm의 Nal (T1)로 하였다. 산란매질은 아크릴매질과 공기매질로 하였으며 검출되어지는 감마선의 방향성과 영상의 공간분해능에 영향을 주는 조준기는 평행구멍형조준기와 확산형조준기로 설정하였다.
- 섬광결정은 시뮬레이션과 똑같은 60 mm><6 mm Nal(Tl)을 사용하였으며 외벽처리는 검정흡수체 처리를하여 섬광결정안에서 외벽 방향으로 산란되는 광자가 흡수되게하여 공간분해능의 저하를 방지하였다3).
- 1과 같은 장치를 구성하였다. 실험의 수행은 시뮬레이션과 같은 조건으로 검출부 앞에 모형을 밀착하여 영상을 얻은 후 아크릴매질과 공기매질을 1 cm부터 8 cm까지 1cm씩 늘리면서 영상을 획득하였다. 공간분해능은 원형 아크릴판에 지름이 2 mm부터 7 mm까지 각기 다른 체적을 갖는 원형 구멍을 내어 그곳에 동위원소(Tc-99m, 140keV) 44 "Ci/ cc를 채워 공간분해능을 측정, 비교할 수 있게 하였다.
- 또한 섬광결정 Nal(Tl)를 밀봉하고 있는 유리와 굴절률이 같은 광학용 그리스를 사용하여 섬광결정과 검출기의 최적 광학적 결합을 구현하였다. 영상획득 시간을 300초로 하였으며시간경과에 따른 붕괴는 보정하였다.
- 원하는 방향에서 입사하는 감마선만을 투과시키는 조준기의 재질은 방사선 투과를 최소화하기 위해 밀도가 높은납으로 하였으며, 평행구멍형조준기와 확산형조준기 두 가지를 설계, 제작하였다. 평행구멍형조준기는 구멍모양 육각형, 구멍크기 1.
- 설계, 제작하였다. 평행구멍형조준기는 구멍모양 육각형, 구멍크기 1.3 mm, 격벽두께 0.16 mm, 구멍길이 40 mm로 하였고, 확산형조준기는 구멍모양 육각형, 구멍크기 1.5 mm, 격벽두께 0.2 mm, 구멍길이 30 mm, 초점길이 60 mm로 하였다.
대상 데이터
- 소형 감마카메라 검출기로는 Nal(Tl)섬광결정과 위치민감형 광전자증배관(PSPMT)을 사용하였다. 섬광결정에서검출된 감마선은 위치 민감형 광전자증배관에서 위치정보를 가진 16+18개의 전기적 신호로 변환되고 표준저항분배회로에 의해 다시 4개의 위치신호(X*, X; Y+, Y「)로 축소된다.
- 시뮬레이션에사용한 모형은 지름 60 mm, 높이 10 mm인 아크릴로 설정하였으며 섬광결정은 60 mmX60 mmX6 mm의 Nal (T1)로 하였다. 산란매질은 아크릴매질과 공기매질로 하였으며 검출되어지는 감마선의 방향성과 영상의 공간분해능에 영향을 주는 조준기는 평행구멍형조준기와 확산형조준기로 설정하였다.
- 실험에 사용한 소형 감마카메라는 검출부와 신호처리부로 구성되어 있으며, 검출부에서 검출된 광자는 위치정보를 가진 전기적 신호로 변환되어 신호처리부로 들어간다. 검출부는 조준기, Nal(Tl)섬광결정 그리고 위치민감형 광전자증배관(PSPMT, R3941 Hamamatsu, Japan)으로 구성하였으며 평행구멍형조준기와 확산형조준기를 소형 감마카메라에 맞게 제작하였다.
성능/효과
- 확산형조준기의 경우 평행구멍형조준기와 비슷한 경향을 보였으나 평행구멍형조준기보다 공간분해능이 떨어지는 것으로 나타났다. 그리고 확산형조준기의 기하학적 특성에 의해 모형과 검출기의 거리가 멀어질수록 영상의 크기가 작아짐을 볼 수 있었다. 평행구멍형조준기와 확산형조준기의 민감도 변화 실험결과, 시뮬레이션결과와 유사하게 평행구멍형조준기의 경우, 매질이 공기일때는 매질의 두께에 따라 민감도가 거의 변하지 않았으나, 매질이 아크릴일 때는 매질두께에 따라 민감도가 감소하였고, 확산형조준기의 경우, 매질이 공기일 때와 아크릴일때 모두 매질두께에 따라 민감도가 감소하였으며, 아크릴일 때가 공기일 때보다 더 크게 감소하였다.
- 5에 보였다. 두 조준기 모두 매질의 두께가 두꺼워질수록 영상의 공간분해능은 떨어졌으며, 매질이 공기일 때 보다 아크릴일 때 공간분해능이 저하되었다. 확산형조준기의 경우 선원과 검출기사이의 거리가 멀어질수록 영상의 크기가 작아지는 것이관찰되었다.
- 시뮬레이션과 실험으로 매질의 종류와 두께가 영상에 많은 영향을미치며 산란과 감쇠로 인해 민감도의 변화가 나타남을 볼수 있었다. 평행구멍형조준기의 경우 산란매질이 공기일때는 매질의 두께에 따른 민감도의 변화가 거의 없었지만, 산란매질이 아크릴일 때는 매질의 두께에 따라 민감도가감소함을 볼 수 있었다.
- 실제실험을 통한 매질의 종류와 거리에 따른 영상 변화를 보면 두 조준기 모두 산란매질이 공기일 때보다 아크릴일 때 분해능이 많이 떨어짐을 알 수 있다. 평행구멍형조준기의 경우 방사선 동위원소를 채운 모형을 검출기에밀착시켰을 때의 영상은 동위원소를 채운 위치와 분포가선명하게 나타남을 알 수 있다.
- 실험으로 확인하였다. 연구결과에 의하면 감마카메라를임상적으로 사용하고자 할 때, 감마카메라를 환자신체의질환 부위에 최대한 밀착시켜 산란매질 두께를 최소화할수록 검출효율과 영상의 공간분해능이 향상됨을 알 수 있었다. 개발중인 소형 감마카메라는 현재 사용중인 부피가큰 감마카메라와 비교하여 영상부위에 가깝게 접근 가능하므로 영상획득에 유용할 것으로 판단되며, 산란과 감쇠에 의한 분해능의 저하를 막는 물리적 기술 개발과 다양한 보정 방법 연구가 지속되어야 할 것이다.
- 요약하면 산란매질의 두께가 증가할수록 영상의 분해능이 감소되며 산란매질이 아크릴일 때가 공기일 때보다 산란과 감쇠에 의해 검출효율이 감소되는 것을 시뮬레이션과 실험으로 확인하였다. 연구결과에 의하면 감마카메라를임상적으로 사용하고자 할 때, 감마카메라를 환자신체의질환 부위에 최대한 밀착시켜 산란매질 두께를 최소화할수록 검출효율과 영상의 공간분해능이 향상됨을 알 수 있었다.
- 그리고 확산형조준기의 기하학적 특성에 의해 모형과 검출기의 거리가 멀어질수록 영상의 크기가 작아짐을 볼 수 있었다. 평행구멍형조준기와 확산형조준기의 민감도 변화 실험결과, 시뮬레이션결과와 유사하게 평행구멍형조준기의 경우, 매질이 공기일때는 매질의 두께에 따라 민감도가 거의 변하지 않았으나, 매질이 아크릴일 때는 매질두께에 따라 민감도가 감소하였고, 확산형조준기의 경우, 매질이 공기일 때와 아크릴일때 모두 매질두께에 따라 민감도가 감소하였으며, 아크릴일 때가 공기일 때보다 더 크게 감소하였다.
- 평행구멍형조준기의 경우 산란매질이 공기일때는 매질의 두께에 따른 민감도의 변화가 거의 없었지만, 산란매질이 아크릴일 때는 매질의 두께에 따라 민감도가감소함을 볼 수 있었다. 확산형조준기의 경우 산란매질이공기일 때와 아크릴일 때 모두 매질의 두께에 따라 민감도가 감소함을 보였지만, 감쇠계수가 큰 아크릴일 때가 공기일 때보다 감소율이 더 큰 것으로 나타났다.
- 공기매질 영상이 3 mm의 구멍을보인데 반해 아크릴매질 영상은 6 mm와 7 mm 구멍을관찰하는 데 그쳤다. 확산형조준기의 경우 평행구멍형조준기와 비슷한 경향을 보였으나 평행구멍형조준기보다 공간분해능이 떨어지는 것으로 나타났다. 그리고 확산형조준기의 기하학적 특성에 의해 모형과 검출기의 거리가 멀어질수록 영상의 크기가 작아짐을 볼 수 있었다.
후속연구
- 연구결과에 의하면 감마카메라를임상적으로 사용하고자 할 때, 감마카메라를 환자신체의질환 부위에 최대한 밀착시켜 산란매질 두께를 최소화할수록 검출효율과 영상의 공간분해능이 향상됨을 알 수 있었다. 개발중인 소형 감마카메라는 현재 사용중인 부피가큰 감마카메라와 비교하여 영상부위에 가깝게 접근 가능하므로 영상획득에 유용할 것으로 판단되며, 산란과 감쇠에 의한 분해능의 저하를 막는 물리적 기술 개발과 다양한 보정 방법 연구가 지속되어야 할 것이다.
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