[논문]시뮬레이션 순람표와 최대우도함수를 이용한 감마카메라의 영상 획득 연구

이승재

doi:10.7742/jksr.2021.15.4.409

시뮬레이션 순람표와 최대우도함수를 이용한 감마카메라의 영상 획득 연구
A Study on Image Acquisition of Gamma Camera using Simulation LUT and MLPE 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.15 no.4, 2021년, pp.409 - 414

이승재 (동서대학교 방사선학과)

초록
AI-Helper

감마카메라에서 영상을 획득하기 위해서 직선성 보정을 시행해야 한다. 이를 위해서 섬광체와 감마선이 상호작용한 위치에 대한 정확한 위치 지정을 위해 직선성 맵을 활용하여 디지털 좌표를 획득한다. 본 연구에서는 직선성 맵을 사용하지 않고 순람표와 최대우도함수를 사용하여 왜곡되지 않은 영상을 획득함과 동시에 디지털 좌표를 획득하는 방법을 개발하였다. DETECT2000 시뮬레이션을 통해 소형의 감마카메라를 구성하여 제시된 방법에 대해 검증을 실시하였다. GAGG 섬광체와 SiPM 광센서를 사용하여 감마카메라를 구성하였고, 섬광체의 중심에서 감마선 반응을 일으켜 SiPM에서 획득한 신호의 비율을 사용하여 순람표를 작성하였다. 작성된 순람표와 최대우도함수를 통해 감마선 반응에 의해 획득한 신호의 위치를 디지털 좌표로 획득하여 영상을 구성하였다. 그 결과 일반적으로 획득되는 영상에 비해 직선성이 유지되었으며, 감마선 반응을 발생시킨 위치의 정확도가 우수하였으며, 위치 간 간격이 일정하게 나타났다. 시뮬레이션을 통해 획득한 순람표는 신호의 비율을 사용하여 작성되므로 이를 실험에 직접 활용할 수 있어, 직선성 맵을 작성하지 않고 편리하게 직선성이 보정된 디지털 좌표로 신호의 위치를 획득할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to acquire an image from a gamma camera, linearity correction must be performed. To this end, digital coordinates are acquired by using a linearity map to accurately specify the location where the scintillator and gamma rays interact. In this study, a method for acquiring undistorted images and digital coordinates was developed using a lookup table and maximum likelihood position estimation without using a linearity map. The proposed method was verified by configuring a small gamma camera through DETECT2000 simulation. A gamma camera was constructed using a GAGG scintillator and a SiPM optical sensor, and a gamma-ray interaction was generated at the center of the scintillator, and a lookup table was prepared using the ratio of the signals obtained from the SiPM. Through the prepared lookup table and the maximum likelihood position estimation, the position of the signal obtained by the gamma-ray interaction was acquired as digital coordinates to compose an image. As a result, the linearity was maintained compared to the generally acquired image, the accuracy of the location where the gamma-ray interaction was generated was excellent, and the distance between the locations was uniform. Since the lookup table obtained through simulation is created using the ratio of the signal, it can be directly used in the experiment, and the position of the signal can be conveniently obtained with digital coordinates with corrected linearity without creating a linearity map.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of a small gamma camera composed of GAGG scintillator and SiPM.
그림 Fig. 2. Flood image acquired through Anger equation using the signal obtained by gamma-ray interation at 1mm intervals in the GAGG scintillator.
그림 Fig. 3. Flood image acquired using maximum likelihood position estimation (MLPE) and look-up table (LUT). All positions where gamma-ray interaction occurred were uniformly spaced and appeared in the form of a linear line.
그림 Fig. 4. Flood image acquired by gamma-ray interaction at positions in the depth direction from 0.01 mm to 1.99 mm in an 11 × 11 array.
그림 Fig. 5. Flood image acquired through Anger equation using the signal obtained by gamma-ray interation at 1 mm intervals in the GAGG scintillator.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 소형의 감마카메라를 구성하여 왜곡된 형태의 영상을 직선성 보정 작업 없이 정확한 위치를 디지털 정보로 획득하는 연구를 수행하였다. 광센서로 사각형의 검출영역을 지닌 SiPM을사용하여 직선성 보정 전의 획득 영상의 왜곡이 크게 나타나지 않았다.

제안 방법

감마선과 섬광체의 상호작용을 통한 순람표를획득하기 위해 X 및 Y축으로 1.3 mm에서 11.3 mm 까지 1 mm 간격으로, 깊이 방향인 Z축 방향으로는섬광체의 중심에서 각 위치별 1, 000번의 감마선 반응을 일으켰다. 발생된 빛은 16개의 SiPM에서 획득되었으며, 이를 4채널의 신호로 감소시켜, 각 채널별 신호 비율의 평균과 표준편차로 순람표를 작성하였다.
3 mm 까지 1 mm 간격으로, 깊이 방향인 Z축 방향으로는섬광체의 중심에서 각 위치별 1, 000번의 감마선 반응을 일으켰다. 발생된 빛은 16개의 SiPM에서 획득되었으며, 이를 4채널의 신호로 감소시켜, 각 채널별 신호 비율의 평균과 표준편차로 순람표를 작성하였다. 작성된 순람표를 사용하여 최대우도 함수에 적용하여 감마선 반응을 일으킨 위치에 대한 평면 영상과 최대우도함수로 획득한 평면 영상을 비교 평가하였다.
본 연구에서는 이러한 작업 절차 없이 순람표와 최대우도함수를 사용하여 직선성 보정작업 수행 없이 디지털 위치 좌표를 획득하였다. 이를 위해 시뮬레이션을 통해 획득한 각 광센서들의 신호를 사용하여 4채널로 감소시키고 감소된 각 채널별 신호의 비율을 사용하여 순람표를 작성하였다.
본 연구에서는 이러한 작업 절차 없이 순람표와 최대우도함수를 사용하여 직선성 보정작업 수행 없이 디지털 위치 좌표를 획득하였다. 이를 위해 시뮬레이션을 통해 획득한 각 광센서들의 신호를 사용하여 4채널로 감소시키고 감소된 각 채널별 신호의 비율을 사용하여 순람표를 작성하였다. 작성된 순람표와 새롭게 획득한 신호의 비율을 최대우도 함수를 통해 가장 근접한 위치로 측정함으로써 감마선이 섬광체와 상호작용한 위치를 디지털 신호로 측정할 수 있었다.
그중 직선성 보정작업은 영상의 왜곡을 최소화하고 정확한 위치로 표현하기 위해 시행하는 중요한 작업이다. 이를 위해서 기존에는 직선성 보정 맵을 사용하여 어긋난 위치에 형성된 영상을 보정된 위치로 이동하는 작업을 통해 보정을 시행하였다.
발생된 빛은 16개의 SiPM에서 획득되었으며, 이를 4채널의 신호로 감소시켜, 각 채널별 신호 비율의 평균과 표준편차로 순람표를 작성하였다. 작성된 순람표를 사용하여 최대우도 함수에 적용하여 감마선 반응을 일으킨 위치에 대한 평면 영상과 최대우도함수로 획득한 평면 영상을 비교 평가하였다. 최대우도함수를 사용한 평면 영상의 위치는 Eq.
최대우도함수를 사용하여 각 감마선 반응이 발생된 위치의 측정 정확도의 평가를 위해 평면 영상을 획득하기 위해 감마선 반응을 일으킨 지점에서섬광체의 깊이 방향으로 서로 다른 위치에서 감마선 반응을 일으켰다. 정확도는 감마선 반응을 일으킨 X, Y 좌표 값과 순람표와 최대우도함수를 사용하여 계산된 좌표 값의 일치도를 통해 평가하였다.

대상 데이터

섬광 체 중심에서 감마선 반응을 일으켜 획득한 평면 영상과 동일하게 11 × 11 배열의 영상으로 획득되었다
시뮬레이션을 통해 획득한 16채널의 신호를 사용하여 1 mm 간격으로 발생시킨 감마선 반응에 대한 평면 영상을 획득하였다. 영상은 앵거 식을 사용하였으며, Fig.

데이터처리

그러나 깊이 방향에서 여러 위치에서 발생된 감마선 반응에 의한 위치 측정은 달라질 수 있다. 이러한 여러 깊이 방향의 위치에서발생된 감마선 반응에 의해 획득된 신호에 대한 위치 측정 정확도를 평가하였다. 깊이 방향에 대한신호 획득은 Z축 방향으로 0.
최대우도함수를 사용하여 각 감마선 반응이 발생된 위치의 측정 정확도의 평가를 위해 평면 영상을 획득하기 위해 감마선 반응을 일으킨 지점에서섬광체의 깊이 방향으로 서로 다른 위치에서 감마선 반응을 일으켰다. 정확도는 감마선 반응을 일으킨 X, Y 좌표 값과 순람표와 최대우도함수를 사용하여 계산된 좌표 값의 일치도를 통해 평가하였다. Fig.
02 mm 간격으로 감마선 반응을 일으켰고, 각 위치별 서로 다른 발생 정보를 바탕으로 10번 반복하여 감마선 반응을 일으켰다. 즉 (X, Y) 위치에서 총 1,000번의 감마선 반응을 일으켜 위치 측정의 정확도를 평가하였다.

이론/모형

시뮬레이션을 통해 획득한 16채널의 신호를 사용하여 1 mm 간격으로 발생시킨 감마선 반응에 대한 평면 영상을 획득하였다. 영상은 앵거 식을 사용하였으며, Fig. 2와 같이 나타났다.

성능/효과

그러나 감마선과 섬광체가 상호작용한 위치가 전반적으로 영상의 중심에 형성되었으며, 각 위치 간격이 차이가 나고 곡선의 형태로 나타난 것을 확인할 수 있었다. 그러나 순람표와 최대우도함수를 적용하여 획득한 영상에서는 영상의 모든 영역에 걸쳐 감마선과 섬광체가 상호작용한 위치가 기록되었으며, 각 위치의 간격이 모두 동일하고 직선 형태로 영상화된 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 본 연구의 결과는 직선성 보정을 수행하지 않더라도 충분히 영상의 왜곡을 보정할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
작성된 순람표와 새롭게 획득한 신호의 비율을 최대우도 함수를 통해 가장 근접한 위치로 측정함으로써 감마선이 섬광체와 상호작용한 위치를 디지털 신호로 측정할 수 있었다. 이러한 순람표와 최대우도 함수를 이용하는 방법은 신호의 비율을 사용함으로써 데이터의 차이에 의한 시뮬레이션 순람표를 실험에 적용하지 못하는 부분을 극복가능하며, 기존 장비에 적용 가능하여 보다 편리하고 간결하게 디지털 위치 정보를 획득할 수 있을 것으로 판단된다.
그러나 순람표와 최대우도함수를 적용하여 획득한 영상에서는 영상의 모든 영역에 걸쳐 감마선과 섬광체가 상호작용한 위치가 기록되었으며, 각 위치의 간격이 모두 동일하고 직선 형태로 영상화된 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 본 연구의 결과는 직선성 보정을 수행하지 않더라도 충분히 영상의 왜곡을 보정할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이를 위해 시뮬레이션을 통해 획득한 각 광센서들의 신호를 사용하여 4채널로 감소시키고 감소된 각 채널별 신호의 비율을 사용하여 순람표를 작성하였다. 작성된 순람표와 새롭게 획득한 신호의 비율을 최대우도 함수를 통해 가장 근접한 위치로 측정함으로써 감마선이 섬광체와 상호작용한 위치를 디지털 신호로 측정할 수 있었다. 이러한 순람표와 최대우도 함수를 이용하는 방법은 신호의 비율을 사용함으로써 데이터의 차이에 의한 시뮬레이션 순람표를 실험에 적용하지 못하는 부분을 극복가능하며, 기존 장비에 적용 가능하여 보다 편리하고 간결하게 디지털 위치 정보를 획득할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (11)

Y. Choi, J-H. Kim, J-Y. Kim, K-C. Im, S-E. Kim, Y-S. Choe, K-H. Lee, B-T. Kim, "Investigation of the Signal Characteristics of a Small Gamma Camera System Using NaI(T1)-position Sensitive Photomultiplier Tube", Korean Journal of Nuclear Medicine, Vol. 34, No. 1, pp. 82-93, 2000.
K-Y. Lyu, Nuclear Medicine Technology, Academya, 1st edition, pp. 60-61, 2018.
Timothy K Johnson, Charles Nelson, Dennis L Kirch, "A new method for the correction of gamma camera nonuniformity due to spatial distortion", Physics in Medicine and Biology, Vol. 41, No. 10, pp. 2179-2188, 1996. http://dx.doi.org/10.1088/0031-9155/41/10/023

상세보기
S. J. Lee, C.. H. Baek, "Digital Position Acquisition Method of PET Detector Module using Maximum Likelihood Position Estimation", Journal of the Korean Society of Radiology, Vol. 15, No. 1, pp. 1-6, 2021. http://dx.doi.org/10.7742/jksr.2021.15.1.1

원문보기 상세보기
Y. H. Chung, S. J. Lee, C. H. Baek, Y. Choi, "New design of a quasi-monolithic detector module with DOI capability for small animal pet", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 593, pp. 588-591, 2008. https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.05.059

상세보기
Seung-Jae Lee, Cheol-Ha Baek, Yong Hyun Chung, Yong Choi, Wonho Lee, "A Cross-Stack Quasi-Monolithic Detector with DOI Capability for a Small Animal PET", Journal of the Korean Physical Society, Vol. 54, No. 6, pp. 2429-2434, 2009. https://doi.org/10.1109/NSSMIC.2008.4774286

상세보기
F. Cayouette, D. Laurendeau, C. Moisan, "DETECT2000: an improved Monte-Carlo simulator for the computer aided design of photon sensing devices," Proceedings of SPIE, Quebec, Vol. 4833, pp. 69-76, 2003. https://doi.org/10.1117/12.474315
F. Cayouette, C. Moisan, N. Zhang, C. J. Thompson, "Monte Carlo Modeling of Scintillator Crystal Performance for Stratified PET Detectors With DETECT2000", IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 49, No. 3, pp. 624-628, 2002. https://doi.org/10.1109/TNS.2002.1039539

상세보기
https://www.epic-crystal.com/oxide-scintillators/gagg-cescintillator.html
J. Y. Yeom, S. Yamamoto, S. E. Derenzo, V. Ch. Spanoudaki, K. Kamada, T. Endo, C. S. Levin, "First Performance Results of Ce:GAGG Scintillation Crystals With Silicon Photomultipliers", IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 60, No. 2, pp. 988-992, 2013. https://doi.org/10.1109/TNS.2012.2233497

상세보기
https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s14160_s14161_series_kapd1064e.pdf

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증