[논문]온·습도센서(BME 280 센서)를 이용한 PET/CT 장비의 항온 항습기 온·습도 평가

류찬주; 김정아; 김준수; 윤근영; 허승희; 홍성종

doi:10.7742/jksr.2020.14.1.15

온·습도센서(BME 280 센서)를 이용한 PET/CT 장비의 항온 항습기 온·습도 평가
Evaluation of Temperature and Humidity of a Thermo-Hygrostat of PET/CT Equipment using a Temperature and Humidity Sensor(BME 280) 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.14 no.1, 2020년, pp.15 - 22

류찬주 (차의과학대학교 분당차병원 핵의학과) , 김정아 (을지대학교 방사선학과) , 김준수 (을지대학교 방사선학과) , 윤근영 (을지대학교 방사선학과) , 허승희 (을지대학교 방사선학과) , 홍성종 (을지대학교 대학원 보건학과)

초록
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PET(Positron Emission Tomography)장치는 해부학적 정보를 얻기 위한 CT와 MRI의 장치를 PET 장치와 융합시킨 PET/CT나 PET/MRI 장치로 사용된다. 그렇기 때문에 일반 의료장비들과 비교하여 Gantry(촬영부 본체)의 길이가 늘어나고 내부의 공간이 넓어지는 원형(ring)타입의 구조로 제작된다. PET 장치의 구성요소 중 하나인 신틸레이터는 Gantry 안쪽에 위치하는데 온·습도 변화에 민감한 크리스탈 성분으로 되어있기 때문에 커다란 온도 변화로 인해 신틸레이터의 손상을 가져올 수 있다. 신틸레이터는 항온항습기로 PET장치가 설치되어 있는 공간에 온·습도를 유지하지만 이러한 PET 장치의 구조적 원인과 CT 장비에서 발생하는 열로 인한 Gantry 내부의 온·습도의 변화가 예상된다. 항온항습기를 가동하여 온·습도를 유지중인 PET/CT 장치의 Gantry 내부를 6개의 구역으로 나눈 후 각 구역에 Arduino 온·습도 센서인 Adafruit BME 280을 부착하여 출력 값을 분석했다. 각 6개 구역에서 센서를 이용해 측정한 평균 온·습도 값과 항온항습기의 평균 측정값을 비교하면 평균적으로 온도는 2.71℃ 상승, 습도는 21.5% 감소의 차이가 발생하였고, PET Gantry의 온·습도 측정값은 국내에서 지정한 정도 관리 범위에서 벗어나는 결과 값이 나왔다. 연구 결과를 통해 앞으로 지속적인 온·습도의 변화를 가진다면 PET Gantry 안에 장착된 신틸레이터의 노후화가 예상되므로 Gantry구조 내부의 온·습도를 적절히 유지하는 방안을 모색해야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

PET(Positron Emission Tomography) devices are used as PET/CT or PET/MRI devices fused with the devices of CT or MRI for obtaining anatomical information. Therefore, the devices are constructed in circular ring-type structure whose length of gantry(the main part of filming) becomes wider and the interior depth becomes longer in comparison to other common medical equipments. scintillator, one of the components in PET devices, is inside the gantry, and as it is consisted of crystal which is sensitive to the change of temperature and humidity, large temperature change can cause the scintillator to be damaged. Though scintillator located inside the gantry maintains temperature and humidity with a thermo-hygrostat, changes in temperature and humidity are expected due to structural reasons. The output value was measured by dividing the inside of the gantry of the PET/CT device into six zones, each of which an Adafruit BME 280 temperature and humidity sensor was placed at. A thermo-hygrostat keeps the temperature and humidity constant in the PET/CT room. As the measured value of temperature and humidity of the sensor was obtained, the measured value of temperature and humidity appeared in the thermohygrostat was taken at the same time. Comparing the average measured values of temperature and humidity measured at each six zones with the average values of the thermo-hygrostat results in a difference of 2.71℃ in temperature and 21.5% in humidity. The measured temperature and humidity of PET Gantry is out of domestic quality control range. According to the results of the study, if there is continuous change in temperature and humidity in the future, the aging of the scintillator mounted in the PET Gantry is expected to be aging, so it is necessary to find a way to properly maintain the temperature and humidity inside the Gantry structure.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 2. Arduino thermo-hygrostat sensor.
표 Table 1. Technical specifications of Biograph mCT.
그림 Fig. 1. Thermo-hygrostat (Water cooled type).
그림 Fig. 3. Schematics of DCTH-A150DU sensor positions (Each number indicates the position of the sensor.).
그림 Fig. 4. Setting of section of gantry.
그림 Fig. 5. Temperature and humidity measurements using the sensors above and below.
그림 Fig. 6. Simultaneous measurement of temperature and humidity sensor and thermo-hygrostat.
그림 Fig. 7. Temperature measurement value of sensor output value and remote control system of thermo-hygrostat.
표 Table 2. Temperatures obtained with the sensor and thermo-hygrostat
그림 Fig. 8. Humidity measurement value of sensor output value and remote control system of thermo-hygrostat.
표 Table 3. Humidity obtained with the sensor and thermo-hygrostat
표 Table 4. The difference between the six temperature and humidity values measured by the temperature-humidity sens -or and the thermo-hygrostat(℃).

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이에 따라 본 연구의 목적은 PET/CT Gantry 내부 구조에서 6곳의 위치를 설정하여, 각 위치별에 따라 온ㆍ습도 센서를 이용한 출력 값과 항온항습기에서 유지되고 있는 측정값을 비교하여 PET/CT 기기가 정도관리의 기준 범위 안에 온ㆍ습도를 유지하고 있는지 평가하고자 한다.

제안 방법

Arduino MOUSER ELECTRO-NICS의 Arduino UNO의 BME 280 sensor를 Fig. 5 같이 지정한 6개의 구역에 부착하여 Arduino 프로그램을 통해 온도와 습도에 대한 출력되는 값을 받아들였다. 그리고 Fig.
3와 같이 Gantry 안쪽 상단부와 하단부에 각각 3개(총 6구역)의 위치를 선정하였다. 이를 선정한 구역은 Fig. 4과 같이 Gantry 내부는 CT부분, CT와 PET이 접합하는 부분, PET부분의 3 부분으로 나누고, 각 부분의 항온 항습기의 위치가 천장형에서 장비 쪽 으로 공기가 흐르기 때문에 3 부분에서 상층부분과 하층부분으로 다시 나누어 구역을 설정하였다.
PET 영상의 분해능에 크게 영향을 주는 신틸레이터는 온ㆍ습도에 민감하기 때문에 작은 변화에 따라 손상이 발생하므로 PET 장비실 내의 온ㆍ습도를 적절히 유지하기 위해 각 병원마다 항온항습기를 설치해야한다. 이점을 착안하여 PET/CT Gantry 안을 온 ㆍ습도를 측정하고 항온 항습기의 온ㆍ습도 값과 비교하는 실험을 진행하였다. 실험에 따르면 항온항습기와 온ㆍ습도 센서를 통한 측정값의 차이가 국내 의료장비의 온ㆍ습도 유지 조건의 범위 안에 있으나, PET Gantry 부분에서는 조건이 유지되지 않고 있었다.
장비의 온ㆍ습도를 365일 유지시켜 주기 위한 항온항습기는 Fig. 1과 같이 수냉식 천장형인 드림에어의 DCTH-A150DU를 사용하였으며, 공기의 흐름을 자연대류식으로 유도하여 실내 온ㆍ습도의 분포가 더욱 균일하게 하며, 집진효과를 높이기 위하여 실내공기의 환기 흡입구 위치시켜 천장에서부터 전체적인 공간의 온ㆍ습도를 유지할 수 있다.^[7]

대상 데이터

Fig. 3와 같이 Gantry 안쪽 상단부와 하단부에 각각 3개(총 6구역)의 위치를 선정하였다. 이를 선정한 구역은 Fig.
본 연구에서 사용된 PET/CT 장비는 Siemens사의 Biograph mCT Flow PET/CT Scanner이며, 기본 사양은 Table 1에 표시하였다.^[6]
연구에 사용된 온ㆍ습도 센서는 Arduino MOUSER ELECTRONICS의 Arduino UNO의 BME 280이다(Fig. 2). 센서의 온도 측정 범위는 –40~+85℃(±1.

데이터처리

6과 같이 출력되어지는 동일 시간에 항온 항습기의 원격 모듈 시스템에서 측정한 현재의 온도와 습도 값을 저장하였다. 신뢰도 향상을 위해 이와 같은 측정을 각 구역마다 30회의 반복을 거쳐 반복한 30회의 모든 값을 평균을 내었다.

성능/효과

5 보건복지부)을 만족시키는 온ㆍ습도 조건을 설정하여야 한다.^[4] 현재 PET/CT 장비의 정도관리 기준에서는 온도는 20~25℃ 습도는 40~60%를 유지하는 것을 기준항목으로 지정하고 있다.^[5] 이에 따라 임상에서는 실내 공기에 영향을 받는 장비나 기기가 정도관리의 기준 상태를 유지 하도록 공기 상태를 조절하는 항온 항습기를 사용하여 온ㆍ습도를 유지하고 있다.
이에 따라 Gantry 내부에 6곳의 위치를 설정하고 각 위치에 따라 온ㆍ습도 센서에서 출력되는 값과 항온항습기에서 유지되고 있는 측정값을 비교·분석해본 결과, 각 위치에서 측정된 온ㆍ습도 측정값이 모두 항온항습기가 유지하고 있는 값과 차이가 발생했다. 또한 항온 항습기가 PET/CT 전면부의 천장 부근에 위치하므로 인해 Gantry 내부의 전면부에서 후면부로 갈수록 측정된 온도 값이 증가하였고, 습도 값은 감소하였으며 상단부가 하단부에 비해 상대적으로 온도는 높았고, 습도는 낮았다.
이점을 착안하여 PET/CT Gantry 안을 온 ㆍ습도를 측정하고 항온 항습기의 온ㆍ습도 값과 비교하는 실험을 진행하였다. 실험에 따르면 항온항습기와 온ㆍ습도 센서를 통한 측정값의 차이가 국내 의료장비의 온ㆍ습도 유지 조건의 범위 안에 있으나, PET Gantry 부분에서는 조건이 유지되지 않고 있었다.
온도와 습도를 각 구역에서 측정하였을 때, PET Gantry 에서 PET/CT 장비의 정도관리 유지 기준에 서 벗어나는 것을 알 수 있었다. 이는 항온항습기의 Remote Management System은 적정한 온․습도를 유지하는 것으로 측정이 되지만 실제적인 장비의 온․습도가 다르게 유지되고 있다는 것을 의미 한다.
이에 따라 Gantry 내부에 6곳의 위치를 설정하고 각 위치에 따라 온ㆍ습도 센서에서 출력되는 값과 항온항습기에서 유지되고 있는 측정값을 비교·분석해본 결과, 각 위치에서 측정된 온ㆍ습도 측정값이 모두 항온항습기가 유지하고 있는 값과 차이가 발생했다.
종합적으로 각 구간별 온․습도의 차이는 Table 4와 같으며, 온도는 평균 2.71℃, 습도는 평균 21.05%로 온도보다는 습도에서 Gantry의 내ㆍ외부의 차이가 많이 발생함을 알 수 있다.
첫째로 CT Gantry 부분의 상ㆍ하의 구역(District 1, District 4)에서는 1.99, 1.72℃ 온도 차이 값을 보였으며, 두번째 Gantry 내의 CT와 PET의 접합부위 구역의 상ㆍ하의 구역(District 2, District 5)에서는 1.98, 3.64℃ 온도 차이 값을 보였으며, 마지막으로 PET Gantry 부분의 상ㆍ하의 구역(District 3, District 6)에서는 2.99, 3.96℃ 온도 차이 값을 보였다. 측정을 통해 항온항습기의 Remote Management System의 측정값과 온ㆍ습도 센서 출력 값의 온도가 가장 많은 차이를 보이는 구역은 Gantry 내부 구조 중 PET Gantry 구역(District 3, District 6)으로 측정되었다.
첫째로 CT Gantry 부분의 상ㆍ하의 구역(District 1, District 4)에서의 18.43, 20.45% 습도 차이 값을 보였으며, 두 번째 Gantry 내의 CT와 PET의 접합 부위 구역의 상ㆍ하의 구역(District 2, District 5)에서는 19.06, 24.21% 습도 차이 값을 보였으며, 마지막으로 PET Gantry 부분의 상ㆍ하의 구역(District 3, District 6)에서는 21.91, 24.91% 습도 차이 값을 보였다.
PET/CT 장비의 정도관리의 기준의 경우 온도는 20~25℃를 유지해야 하여야 한다. 항온 항습기의 Remote Management System에서 측정되고 있는 현재의 PET/ CT 시설 공간은 정도관리의 기준 안에 알맞은 온도를 유지는 것으로 나타나고 있으나, BME 280 sensor의 측정을 통해 나오는 출력 값을 통해서는 Gantry 내부 중 CT와 PET이 접합하는 부분의 하향 구역(District 5), PET 구역(District3, District 6)에서는 각 25.94, 25.09, 26.16℃로 정도관리 기준 온도 범위에서 벗어나는 것을 측정할 수 있었다.
PET/CT 장비의 정도관리 기준의 경우 습도는 40~60%를 유지해야 한다. 현재의 PET/CT 시설 공간은 정도관리의 기준 안에 알맞은 습도를 유지하고 있는 것으로 나타나고 있으나, BME 280 sensor의 측정을 통해 나오는 출력 값을 통해서는 Gantry 내부 중 CT와 PET이 접합하는 부분의 하향 구역(District 5), PET 구역(District 3, District 6)에서는 각 37.99, 39.29, 37.09%로 정도관리 기준 습도 범위에서 벗어나는 것을 측정할 수 있었다.

후속연구

본 연구의 제한점으로는 제조사에 따른 PET/CT 장비와 항온항습기의 타입에 따라 차이가 있기 때문에 다양한 조건을 고려할 수 없었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양전자방출단층촬영이란?	양전자방출단층촬영(Positron Emission Tomography, PET)이란 환자에 투여한 방사성 의약품의 분포를 기능적 단면 영상으로 얻을 수 있는 촬영이다. PET은 여러 생화학적 물질의 생체 내 분포를 영상화하고 체내의 생리적 지표들을 정량적으로 측정이 가능하여 생화학ㆍ병리현상의 규명, 질병 진단, 치료 후 예후 판정, 치료계획 등에 탁월하다.
	Gantry의 내부 길이가 길어지고 넓이가 커지는 원형 타입의 구조로 제작되는 이유는?	PET 영상은 해상도가 상대적으로 낮고 해부학적 정보가 부족한 단점이 있어서 CT와 MRI의 장치를 PET 장치와 융합시킨 PET/CT나 PET/MRI 장치로 사용된다. 그렇기 때문에 일반 의료 장비들과 비교하여 Gantry의 내부 길이가 길어지고 넓이가 커지는 원형(ring) 타입의 구조로 제작된다.
	PET 영상으로 해부학적 상세 정보를 구분하기 힘든 이유는?	[1] 또한 비침습적으로 암을 진단하고 한 번의 검사로 원격 전이도 진단할 수 있기 때문에 임상적 유용성이 많이 알려지게 되면서 PET 장치의 사용이 증가하게 되었다.[2] 하지만 영상의 해상도가 비교적 낮고 해부학적 위치와 주변 조직과의 관계를 평가하기 어렵기 때문에 PET 영상으로 해부학적 상세 정보를 구분하기는 힘들다. PET의 이러한 불선예함은 CT와 결합한 PET/CT나 PET/MRI를 통하여 극복할 수 있었다.

참고문헌 (9)

T. Beyer, G. Antoch, S. Muller, T. Egelhof, L. S. Freudenberg, J. Debatin eas Bockisch, "Acquisition Protocol Considerations for Combined PET/CT Imaging," The Journal of Nuclear Medicine, Vol. 45, No. 1, pp. 25-35, 2004.
Korea Medical Devices Industry Association,"Medical device usage statistics," 2019.
T. Beyer, G. Antoch, S. Muller, T. Egelhof, L. S. Freudenberg, J. Debatin, A. Bockisch "Acquisition Protocol Considerations for Combined PET/CT Imaging," The Journal of Nuclear Medicine, Vol. 45 No. 1, pp. 25-35, 2004.
D. Mattes, D. R. Haynor, H. Vesselle, T. K. Lewellen, W. Eubank, "PET-CT Image Registration in the Chest Using Free form Deformations," Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Transactions on Medical Imaging, Vol. 22, No. 1, pp. 120-128, 2003.
P. V. Haibach, F. P. Kuhn, F. Wiesnger, "PET-MR imaging using a tri-modality PET/CT-MR system with a delicated shuttle in clinical routine," Springer Science + Business Media, Vol. 26, No. 1, pp. 25-35, 2013.
J. L. Humm, A. Rosenfeld, A. D. Guerra, "From PET detectors to PET scanners," European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, Vol. 30, No. 11, pp. 1574-1597, 2003.

상세보기
W. Sureshbabu, O. Mawl, "PET/CT Imaging Artifacts," Journal of Nuclear Medicine Technology, Vol. 33, No. 3, pp. 156-161, 2005.

상세보기
Z. Burbar, C. Michel, D. Towsend, B. Jakoby, "Continuous Bed Motion Data Processing for a High Resolution LSO PET/CT Scanner," Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Transactions on Medical Imaging, Vol. 4, No. 1, pp. 2046-2048, 2005.
W. Hettinga, "Questions&Answers Arduino," Circult Cellar, Vol. 321, No. 1, pp. 40-43, 2017.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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