중합체 겔 선량계의 치료방사선 선량 평가를 위해 CCD 카메라와 LED 광원을 결합하여 소형 광학컴퓨터단층촬영 스캐너를 제작하였다. LED에서 나온 평행 빔은 아쿠아리움, 겔 팬텀, 텔레센트릭 렌즈를 통과한 후 CCD 카메라로 영상이 수집되었으며, MATLAB을 이용하여 영상을 재구성하였다. 겔 선량계는 구동 모타와 LabVIEW를 이용하여 $0.72^{\circ}$씩 회전시키었으며, 1회전 당 500장의 슬라이스 영상을 얻는데 걸린 시간은 20분 이내였다. 제작한 광학컴퓨터단층촬영 스캐너의 공간주파수 4.5 lp/mm에서 MTF값은 72%이었다. 중합체 겔 선량계의 광학컴퓨터단층촬영 스캐너의 선형상관계수 $r^2$ 값은 0.987이었다.
중합체 겔 선량계의 치료방사선 선량 평가를 위해 CCD 카메라와 LED 광원을 결합하여 소형 광학컴퓨터단층촬영 스캐너를 제작하였다. LED에서 나온 평행 빔은 아쿠아리움, 겔 팬텀, 텔레센트릭 렌즈를 통과한 후 CCD 카메라로 영상이 수집되었으며, MATLAB을 이용하여 영상을 재구성하였다. 겔 선량계는 구동 모타와 LabVIEW를 이용하여 $0.72^{\circ}$씩 회전시키었으며, 1회전 당 500장의 슬라이스 영상을 얻는데 걸린 시간은 20분 이내였다. 제작한 광학컴퓨터단층촬영 스캐너의 공간주파수 4.5 lp/mm에서 MTF값은 72%이었다. 중합체 겔 선량계의 광학컴퓨터단층촬영 스캐너의 선형상관계수 $r^2$ 값은 0.987이었다.
A CCD camera and an LED light source were combined to fabricate a compact optical CT scanner for the therapeutic radiation dose evaluation of a polymer gel dosimeter. After the collimated beam emitted by the LED passed through aquarium, gel phantom, and telecentric lens, an image was collected by th...
A CCD camera and an LED light source were combined to fabricate a compact optical CT scanner for the therapeutic radiation dose evaluation of a polymer gel dosimeter. After the collimated beam emitted by the LED passed through aquarium, gel phantom, and telecentric lens, an image was collected by the CCD camera and reconstructed using MATLAB. By using a stepping motor and LabVIEW, the gel dosimeter was rotated at every $0.72^{\circ}$, and the time for collecting 500 slice images per a revolution was within 20 min. At a spatial frequency of 4.5 lp/mm of the optical CT scanner, the modulation transfer function value was 72%. The linear correlation coefficient of the optical CT scanner for the polymer gel dosimeter was 0.987.
A CCD camera and an LED light source were combined to fabricate a compact optical CT scanner for the therapeutic radiation dose evaluation of a polymer gel dosimeter. After the collimated beam emitted by the LED passed through aquarium, gel phantom, and telecentric lens, an image was collected by the CCD camera and reconstructed using MATLAB. By using a stepping motor and LabVIEW, the gel dosimeter was rotated at every $0.72^{\circ}$, and the time for collecting 500 slice images per a revolution was within 20 min. At a spatial frequency of 4.5 lp/mm of the optical CT scanner, the modulation transfer function value was 72%. The linear correlation coefficient of the optical CT scanner for the polymer gel dosimeter was 0.987.
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문제 정의
영상 슬라이스 당 소요 시간에 대한 외국 논문 자료도 함께 표기하였다. 각 기기들이 갖는 일반적인 장단점들의 비교도 함께 정리하였다.
10) 이러한 점들을 해결하기 위해 최근 Optical CT가 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 CCD 카메라와 LED를 결합하여 병원 등 좁은 공간에서 사용이 용이하고 비용이 저렴한 소형 OCT 스캐너를 제작하였으며, 중합체 겔 선량계를 이용하여 OCT 스캐너의 기초적 성능을 평가하여 겔 선량계의 분석 도구로써의 유용성을 평가하였다.
제안 방법
3차원 영상 재구성 특성을 확인해 보기 위해 음료수가 채워진 곰 인형을 글리세린으로 채워진 겔 용기 안에 넣고 얻은 영상을 재구성하여 입체적으로 표현(rendering)하였다(Fig. 8). 3차원 영상재구성에 소요되는 시간은 복셀(voxel) 크기에 따라 10분(128×128×128)에서 수 시간(1,024×1,024×1,024)까지도 소요되었다.
CCD 카메라(model#:BM-500GE, diameter:2/3“, 15 frames/sec, JAI, Japan)는 2,456 (h)×2,058 (v) 개의 화소(pixels)를 가지며 영상영역(field of view, FOV)은 13 cm×11 cm이다. CCD 카메라는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens, part#1-17820, Diameter: 146 mm, MTF ＞40@70 lp/mm%, Navitar, USA)와 결합하여 0.08o 이내의 각으로 입사된 빛만을 수집시켜서 영상의 찌그러짐(distortion)을 줄일 수 있도록 하였다. 겔 선량계는 아쿠아리움(aquarium)안에 설치하여 스테핑 모터(stepping motor, RKD514H-C, Korea Oriental motor)로 0.
MRI와 OCT로 얻은 각각의 영상은 Matlab을 이용하여 3차원으로 영상재구성 과정을 수행하였다. MRI 촬영 전에 겔 선량계는 온도 평형을 위하여 MRI실 안에 24시간 동안 보관 후 측정하였다.
OCT 스캐너의 겔 선량계에 대한 기초 선량반응 특성을 조사하였다. 흡수선량에 대한 광학밀도(optical density) 곡선을 Fig.
OCT 스캐너의 광학특성은 Distortion Target (model#:K57-983, Edmund Optics, USA)과 MTF Target (model#:1951 USAF, Edmund Optics, USA)을 이용하여 측정하였다. 이들 타깃들은 겔 용기 안에 고정 시킨 후 OCT 스캐너로 촬영 하여 영상을 획득하였다.
OCT와의 선량 특성 비교를 위해서 겔 선량계를 MRI (Magnetom Trio a Tim, 3.0 Tesla, SIEMENS, Germany)로도 측정하였다. MRI와 OCT로 얻은 각각의 영상은 Matlab을 이용하여 3차원으로 영상재구성 과정을 수행하였다.
5 mm인 콘(cone)을 부착하여 1∼11 Gy 선량 범위에서 하였다. 겔 선량계는 배경잡음(background noise)을 보정하기 위해서 방사선 조사 전(pre-irradiation)에 OCT 스캐너를 이용하여 사전 배경영상을 얻었다.
고순도 증류수(3N)가 든 플라스크에 6% 젤라틴 (300 bloon, Sigma-Aldrich, USA)을 넣고 50oC까지 가열하며 완전히 녹을 때까지 교반하였다. 다음 41oC로 서서히 식히고 8% 메타크릴산(Sigma-Aldrich, USA)과 0.05 mM 하이드로 퀴논(HQ, Sigma-Aldrich, USA) 그리고 산화방지제 THPC(Sigma-Aldrich, USA)을 첨가하였다. 준비된 겔은 투명한 폴리에틸렌 용기에 넣고 광 차단을 위해 알루미늄 호일로 포장하여 4oC에 냉장 보관하였다.
6). 빔은 직경 7.5 mm 콜리메이터를 이용하여 선원으로부터 85 cm 거리에서 최대선량기준깊이가 약 15 mm가 되게 조사하여 깊이선량백분율(Percent Depth Dose, PDD)을 측정하였다. 동일한 겔 선량계에 대하여 50 mm 깊이에서 이온함과 겔 선량계를 MRI로 측정한 PDD 값은 50 mm 깊이에서 각각 84.
실험실에서 OCT 스캐너의 장치의 성능을 평가하여 치료 방사선 영역에서 중합체 겔 선량계의 분석 도구로써의 가능성을 평가하였다. OCT 스캐너는 중합체 겔 선량계의 선량 평가 분석 도구로서 MRI 보다는 저비용으로 크기가 작고 사용이 용이하며 빠른 시간 특성을 보이므로 기초적 선량평가 영역에서 경쟁력이 있음을 확인하였다.
아쿠아리움은 빛의 투과율을 높이기 위해 아크릴수지 (polymethylmethacrylate, PMMA)를 사용하였고, 양쪽 표면에 반사방지를 위한 코팅(anti-reflective coating)을 하여 반사율을 4%까지 낮추어 주였다. 또한 투명한 PET수지(굴절율 n=1.
치료방사선 겔 선량계의 선량 분석용 OCT 스캐너의 기초적 특성들을 알아보기 위해서 방사선이 조사된 겔 선량계에 대한 스캔 영상과 기초 선량 평가를 위한 선형성 조사, 깊이선량 분포 등을 측정하였다. 전반적으로 OCT 성능 측정이 가능했던 것은 반사광을 줄이기 위해서 반사 방지 코팅을 하고, 굴절율에 의한 정보 손실을 줄이기 위해서 아쿠아리움 내 글리세린으로 굴절율 정합(matching)을 시키고, 일정한 각 이상의 산란선을 영상에서 배제하기 위해서 텔레센트릭 렌즈를 사용한 것이 도움이 된 것으로 생각된다.
대상 데이터
08o 이내의 각으로 입사된 빛만을 수집시켜서 영상의 찌그러짐(distortion)을 줄일 수 있도록 하였다. 겔 선량계는 아쿠아리움(aquarium)안에 설치하여 스테핑 모터(stepping motor, RKD514H-C, Korea Oriental motor)로 0.72o씩 움직이며 1회전 당 평균 총 500장의 영상을 얻었다.
아쿠아리움은 빛의 투과율을 높이기 위해 아크릴수지 (polymethylmethacrylate, PMMA)를 사용하였고, 양쪽 표면에 반사방지를 위한 코팅(anti-reflective coating)을 하여 반사율을 4%까지 낮추어 주였다. 또한 투명한 PET수지(굴절율 n=1.57)로 되어있는 겔 선량계 용기(container)와 아쿠아리움 사이의 굴절율을 정합(matching)시켜 주기위해 글리세린(glycerin, 굴절율n=1.47)을 사용하였다. 겔 선량계가 회전하는 시간과 CCD 카메라가 영상수집하기 위한 시간지연(time delay)을 조절할 수 있도록 LabVIEW (National InstrumentsTM, 2011)를 이용하여 프로그래밍 하였다.
획득한 데이터들은 ‘Image J’ 프로그램으로 분석하여 영상의 찌그러짐(distortion)을 확인하였고, MTF 타깃으로 찍은 영상으로는 공간분해능(spatial resolution)을 구하였다.
이론/모형
0 Tesla, SIEMENS, Germany)로도 측정하였다. MRI와 OCT로 얻은 각각의 영상은 Matlab을 이용하여 3차원으로 영상재구성 과정을 수행하였다. MRI 촬영 전에 겔 선량계는 온도 평형을 위하여 MRI실 안에 24시간 동안 보관 후 측정하였다.
47)을 사용하였다. 겔 선량계가 회전하는 시간과 CCD 카메라가 영상수집하기 위한 시간지연(time delay)을 조절할 수 있도록 LabVIEW (National InstrumentsTM, 2011)를 이용하여 프로그래밍 하였다.
TIF’ data로는 획득되는 영상을 실시간으로 확인하는데 사용하였다. 모든 과정은 LabVIEW를 이용하여 자동화 조정되었다.
성능/효과
8%로 보고되어 있다.11) 본 연구에서 사용한 OCT로 측정한 PDD 값은 동일한 깊이에서 약 80%정도로 약간 낮게 측정되었다.
4에 보였다. 6 Gy 선량까지는 선형성을 유지하다 그 이상의 선량 영역에서는 더 이상 중합반응이 생성되지 않는 포화(saturation) 현상을 보였다.10,11) 이러한 현상은 중합체 겔의 제한된 선량반응 특성에 기인한 것으로 해석된다.
실험실에서 OCT 스캐너의 장치의 성능을 평가하여 치료 방사선 영역에서 중합체 겔 선량계의 분석 도구로써의 가능성을 평가하였다. OCT 스캐너는 중합체 겔 선량계의 선량 평가 분석 도구로서 MRI 보다는 저비용으로 크기가 작고 사용이 용이하며 빠른 시간 특성을 보이므로 기초적 선량평가 영역에서 경쟁력이 있음을 확인하였다. 앞으로 영상의 질에 영향을 미치는 광학적 문제를 개선하고, 3차원 영상의 재구성을 완전하게 구현할 할 수 있는 프로그램이 더욱 보완된다면 치료방사선 분야의 3차원적 방사선량 분포를 검증할 수 있는 유용한 도구로서 자리 잡을 수 있을 것이며 생물학 등 다른 분야에도 폭 넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
그러나 슬라이스 당 소요시간의 경우 MRI 보다 빠른 것이 확인되었다. 또한 선형감쇠계수의 경우도 아직은 MRI에 못 미치지만 경쟁력을 가짐을 확인 할 수 있었다. 겔 선량계를 이용한 OCT 스캐너의 선량 평가 시스템은 상대적 선량만을 제공하기 때문에 절대 측정을 위한 이온함과의 교정이 필요할 것으로 보인다.
997이었다. 이로서 OCT 스캐너로 분석한 중합체 겔 선량계의 선형성 결과가 MRI 측정값에 상당히 근접했음을 알 수 있다.
후속연구
12-15) 따라서 특히 LED 에서부터 아쿠아리움, 겔 선량계, CCD 카메라에 이르는 경로에서의 각기 다른 재질들의 경계면에서의 굴절, 반사 그리고 산란에 의한 광손실 및 잡음영상(artifacts)이 영상에 영향을 미치기 때문에 이를 개선시키기 위한 연구가 계속 수행되어야 할 것으로 사료된다.
OCT 스캐너는 중합체 겔 선량계의 선량 평가 분석 도구로서 MRI 보다는 저비용으로 크기가 작고 사용이 용이하며 빠른 시간 특성을 보이므로 기초적 선량평가 영역에서 경쟁력이 있음을 확인하였다. 앞으로 영상의 질에 영향을 미치는 광학적 문제를 개선하고, 3차원 영상의 재구성을 완전하게 구현할 할 수 있는 프로그램이 더욱 보완된다면 치료방사선 분야의 3차원적 방사선량 분포를 검증할 수 있는 유용한 도구로서 자리 잡을 수 있을 것이며 생물학 등 다른 분야에도 폭 넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
MRI의 장단점은?
MRI는 높은 선량분해능(dose resolution)으로 가장 널리 사용되고 있으나 접근성이 용이하지 않으며 온도 의존성이 있고 촬영하는데 시간이 오래 소요되고 비용이 큰 점이 어려움으로 작용하고 있다.9) X-ray CT의 경우 사용이 비교적 용이하지만 공간 분해능이 낮고 촬영 시에 X선에 의한 겔의 선량피폭으로 인해 정보가 손실될 수 있기 때문에 한계가 있다.
현재 3차원 겔 선량계의 선량 평가 도구인 MRI, X-ray, CT, OCT 스캐너 등의 문제점을 해결하기 위한 새로운 기술은?
9) X-ray CT의 경우 사용이 비교적 용이하지만 공간 분해능이 낮고 촬영 시에 X선에 의한 겔의 선량피폭으로 인해 정보가 손실될 수 있기 때문에 한계가 있다.10) 이러한 점들을 해결하기 위해 최근 Optical CT가 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 CCD 카메라와 LED를 결합하여 병원 등 좁은 공간에서 사용이 용이하고 비용이 저렴한 소형 OCT 스캐너를 제작하였으며, 중합체 겔 선량계를 이용하여 OCT 스캐너의 기초적 성능을 평가하여 겔 선량계의 분석 도구로써의 유용성을 평가하였다.
현재 3차원 겔 선량계의 선량 평가 도구에는 무엇이 있는가?
4) 기존의 이온함, 필름과 같은 선량계(dosimeters)들은 3차원적인 공간선량 분포를 측정하는데 제한이 있어 이를 극복하고자 최근 겔 선량계를 이용한 3차원적 선량평가 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 3차원 겔 선량계의 선량 평가 도구로는 MRI, X-ray CT, 그리고 광학컴퓨터단층촬영(Optical Computed Tomography, OCT) 스캐너(scanner)가 있다.5-8)
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