[논문]CT 모의치료장치에서 발생된 X-선 빔의 유효에너지 계산식 유도

김종언; 이상훈

doi:10.7742/jksr.2021.15.6.869

CT 모의치료장치에서 발생된 X-선 빔의 유효에너지 계산식 유도
Derivation of the Effective Energy Calculation Formula of the X-ray Beam Generated by the CT Simulator 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.15 no.6, 2021년, pp.869 - 875

초록
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이 연구의 목적은 CT 모의치료장치에서 발생된 X-선 빔의 유효에너지 계산식을 유도하는데 있다. 90, 120, 140 kVp X-선 빔 하에서, AAPM CT 성능 팬텀의 CT수 교정 삽입부는 CT 모의치료장치로 5번 스캔하였다. 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 그리고 아크릴의 CT수는 각각의 CT 슬라이스 영상에 대하여 측정하였다. 단일 관전압 하에서 측정된 CT수 평균값과 미국표준기술연구소의 자료로부터 계산된 각각의 광자에너지에 대응하는 선감쇠계수들을 선형정합하였다. 얻어진 상관계수들 중 최대값을 갖는 광자에너지를 유효에너지를 결정하였다. 이와 같은 방법으로, 각각의 관전압에서 생성된 X-선 빔의 유효에너지를 결정하였다. 결정된 유효에너지(y)들와 관전압(x)들을 선형정합하여 유효에너지 계산식으로서 y=0.33026x+30.80263을 유도하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to derive a formula for calculating the effective energy of an X-ray beam generated by a CT simulator. Under 90, 120, and 140 kVp X-ray beams, the CT number calibration insert part of the AAPM CT performance phantom was scanned 5 times with a CT simulator. The CT numbers of polyethylene, polystyrene, water, nylon, polycarbonate, and acrylic were measured for each CT slice image. The average value of CT number measured under a single tube voltage and the linear attenuation coefficients corresponding to each photon energy calculated from the data of the National Institute of Standards and Technology were linearly fitted. Among the obtained correlation coefficients, the photon energy having the maximum value was determined as the effective energy. In this way, the effective energy of the X-ray beam generated at each tube voltage was determined. By linearly fitting the determined effective energies(y) and tube voltages(x), y=0.33026x+30.80263 as an effective energy calculation formula was induced.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Experimental Set-up of the AAPM CT Performance Phantom.
표 Table 1. CT numbers for Each Pin and Water measured at 90, 120 and 140 kVp
표 Table 2. Chemical Formula, Physical Density of Elements for Each Peg and Water^[9]
표 Table 5. Correlation Coefficients Acquired from Experiment for Each Tube Voltage
표 Table 3. Mass Attenuation Coefficients for Polyethylene, Polystyrene, Water, Nylon, Polycarbonate and Acrylic
표 Table 4. Linear Attenuation Coefficients for Polyethylene, Polystyrene, Water, Nylon, Polycarbonate and Acrylic
그림 Fig. 2. Linear Fitting of Tube Voltages and Effective Energies.

AI 본문요약
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문제 정의

결론적으로, 이 연구는 CT 모의치료장치에서 발생되는 X-선 빔의 유효에너지를 쉽게 계산하여 사용할 수 있는 계산식 유도 방법을 제시한다.
AAPM CT 성능 팬텀에서 CT수 교정 삽입부의 물질인 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴에 대하여, 관전압 90, 120, 140 kVp X-선 빔 하에서, 각각의 관전압에서 측정된 CT수 평균값과 미국표준기술연구소의 자료로부터 계산된 다른 광자에너지 하에서 구하여진 선 감쇠 계수들을 선형정합하여 얻어진 상관계수들 중 최대값을 갖는 광자에너지를 유효에너지를 결정한다. 결정된 유효에너지들과 관전압들을 선형정합하여유효에너지 계산식을 유도하는 것이 이 연구의 목적이다.

제안 방법

AAPM CT 성능 팬텀에서 CT수 교정 삽입부의 물질인 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴에 대하여, 관전압 90, 120, 140 kVp X-선 빔 하에서, 각각의 관전압에서 측정된 CT수 평균값과 미국표준기술연구소의 자료로부터 계산된 다른 광자에너지 하에서 구하여진 선 감쇠 계수들을 선형정합하여 얻어진 상관계수들 중 최대값을 갖는 광자에너지를 유효에너지를 결정한다. 결정된 유효에너지들과 관전압들을 선형정합하여유효에너지 계산식을 유도하는 것이 이 연구의 목적이다.
AAPM CT 성능 팬텀의 CT수 교정 삽입부(CT number calibration insert part)의 CT 슬라이스 영상을 얻기 위하여, CT 모의치료장치 내부의 isocentor 지점에 AAPM CT 성능 팬텀의 CT수 교정 삽입부의 중심을 배치하였으며, 이 배치는 Fig. 1에서 보여준다.
CT 슬라이스 영상 데이터들은 CT 모의치료 장치에 관전류량 250 mAs, 빔 콜리메이션 16×1.5과 50 ㎝의 스캔 시야(FOV, field of view)를 공통으로 설정한 후 관전압 90, 120, 140 kVp에 대하여 5번의 single slice conventional scan을 실시하여 획득하였다
단일 관 전압 하에서 측정된 CT수 평균값과 미국표준기술연구소의 자료로부터 계산된 각각의 광자 에너지에 대응하는 선감쇠계수를 선형정합(linear fit)하여 얻어진 상관계수들 중 최대값을 갖는 광자 에너지를 유효에너지를 결정하였다. 결정된 유효 에너지들과 관 전압들을 선형정합하여 유효에너지 계산식을 유도하였다.
관전압 90, 120, 140 kVp와 90, 120, 140 kVp X- 선 빔에서 결정된 유효에너지들을 선형 정합하여 얻어진 식으로 유효에너지 계산식을 유도하였다.
미국표준기술연구소 자료로부터 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴에 대하여 각각의 광자에너지에 대한 질량감쇠계수를 얻은 후에 밀도를 곱하여 선감쇠계수를 산출하였다. 단일 관 전압 하에서 측정된 CT수 평균값과 미국표준기술연구소의 자료로부터 계산된 각각의 광자 에너지에 대응하는 선감쇠계수를 선형정합(linear fit)하여 얻어진 상관계수들 중 최대값을 갖는 광자 에너지를 유효에너지를 결정하였다. 결정된 유효 에너지들과 관 전압들을 선형정합하여 유효에너지 계산식을 유도하였다.
획득된 CT 슬라이스 영상들로부터 CT수 교정삽입부의 물질인 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴에 대하여 CT수를 측정하여 평균값을 산출하였다. 미국표준기술연구소 자료로부터 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴에 대하여 각각의 광자에너지에 대한 질량감쇠계수를 얻은 후에 밀도를 곱하여 선감쇠계수를 산출하였다. 단일 관 전압 하에서 측정된 CT수 평균값과 미국표준기술연구소의 자료로부터 계산된 각각의 광자 에너지에 대응하는 선감쇠계수를 선형정합(linear fit)하여 얻어진 상관계수들 중 최대값을 갖는 광자 에너지를 유효에너지를 결정하였다.
본 연구는 관전압 90, 120, 140 kVp X-선 빔 하에서, AAPM CT 성능 팬텀의 CT 수 교정 삽입부를 CT 모의치료장치로 CT 스캔하여 CT 슬라이스 영상을 획득하였다. 획득된 CT 슬라이스 영상들로부터 CT수 교정삽입부의 물질인 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴에 대하여 CT수를 측정하여 평균값을 산출하였다.
얻어진 CT 슬라이스 영상들은 CT 모의치료 장치에서 각 핀(peg)에 해당하는 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴과 바탕을 이루고 있는 물에 관심영역(1.5 ㎠)을 설정하여 CT 수를 측정하였다. 측정되어진 CT수로부터 평균값과 표준편차를 산출하였다.
본 연구는 관전압 90, 120, 140 kVp X-선 빔 하에서, AAPM CT 성능 팬텀의 CT 수 교정 삽입부를 CT 모의치료장치로 CT 스캔하여 CT 슬라이스 영상을 획득하였다. 획득된 CT 슬라이스 영상들로부터 CT수 교정삽입부의 물질인 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴에 대하여 CT수를 측정하여 평균값을 산출하였다. 미국표준기술연구소 자료로부터 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 물, 나일론, 폴리카보네이트, 아크릴에 대하여 각각의 광자에너지에 대한 질량감쇠계수를 얻은 후에 밀도를 곱하여 선감쇠계수를 산출하였다.

데이터처리

얻어진 질량감약계수 자료는 다시 Origin pro 8.0 통계 프로그램에서 광자에너지 0.5 keV 간격으로 cubic spline 내삽(interpolate)하여, 최종적으로 0.5 keV 간격의 질량감약계수를 산출하였다. 산출된 질량감약계수에 물리적 밀도를 곱하여 선 감약계수를 얻었다.
5 ㎠)을 설정하여 CT 수를 측정하였다. 측정되어진 CT수로부터 평균값과 표준편차를 산출하였다.

이론/모형

5과 50 ㎝의 스캔 시야(FOV, field of view)를 공통으로 설정한 후 관전압 90, 120, 140 kVp에 대하여 5번의 single slice conventional scan을 실시하여 획득하였다. 획득된 CT 슬라이스 영상 데이터에 표준 재구성 연산식(standard reconstruction algorithm)을 적용하여 CT 슬라이스 영상들을 얻었다.

참고문헌 (12)

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J. E. Kim, "Measurement of CT Numbers for Effective Atomic Number and Physical Density of Compound", Journal of the Korean Society of Radiology, Vol. 15, No. 2, pp. 125-130, 2021. https://doi.org/10.7742/jksr.2021.15.2.125

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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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