3D 광학 스캐너를 이용한 인체모형 팬텀 표면 데이터 획득 및 X-ray 에너지의 몬테카를로 시뮬레이션(MCs)을 이용한 팬텀 선량 평가와 영상구현

• 영문명: Acquisition of anthropromophic phantom surface data using 3D optical scanners and phantom dose evaluation and image implementation using Monte Carlo simulations (MCs) of X-ray energy
• 발행기관: 대한영상의학기술학회
• 저자명: 신준봉(Jun-Bong Shin) 이도희(Do-Heui Lee) 윤경준(Kyoung-Jun Yoon) 박민재(Min-Jae Park) 고영문(Young-Moon Go) 김성우(Sung-Woo Kim) 홍승모(Seung-Mo Hong) 이현철(Hyun-Cheol Lee) 이의섭(Ui-Seob Lee) 노선영(Seon-Yeong No) 강석윤(Seok-Yoon Kang) 조병철(Byun-Gchul Cho) 곽정원(Jung-Won Kwak) 정치영(Chi-Young Jeong)
• 간행물 정보: 『대한영상의학기술학회 논문지』대한영상의학기술학회 2021년 춘계학술대회 논문지, 59~68쪽, 전체 10쪽
• 주제분류: 의약학 > 방사선과학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2021.03.30

국문 초록

목 적：본 연구의 목적은 기존 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, 이하 CT) 스캔 방법 대신 3D 광학 스캐너 (3D optical scanner)를 이용하여 인체모형 팬텀의 표면 데이터를 획득하고 기존 CT 스캔 표면 데이터와 3D 광학 스캔 표면 데이터 차이를 비교 분석하는 것이며, 3D 광학 스캔 표면 데이터를 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation, MCs)에 적용하여 일반 촬영 에너지조건으로 팬텀 선량 평가와 영상 구현을 연구하는 것입니다. 연구방법： 일반촬영의 선량 평가를 위해 환자 표면 데이터를 얻을 때 3D 광학 스캐너를 활용할 것을 제안합니다. 우리는 3D 광학 스캐너(Go!SCAN SPARKTM, CREAFORM) 사용하여 기존 CT 스캔 방법을 대신해 인체모형 팬텀의 표면 데이터를 얻었습니다. 3D 스캔 표면 데이터를 정렬하고 편집하기 위해 Meshlab 프로그램을 이용하였으며, 3D slicer 프로그램을 이용하여 CT 스캔 표면 데이터와 3D 스캔 표면 데이터 차이를 정량적으로 비교분석 하였습니다. 또한 3D 스캔 표면 데이터 분석 프로그램(VXelements, CREAFORM)을 사용하여 인체 모형 팬텀의 재현성을 평가 하였습니다. SpekCalc 프로그램을 이용하여 X-ray beam 에너지 스펙트럼을 계산하고 Geant4 기반의 MCs인 TOPAS를 이용하여 X-ray Beam을 모델링 하였습니다. 인체모형 팬텀을 MCs에 적용 하여 일반촬영 에너지 조건으로 팬텀 선량을 평가하고 Phase space data 통해 영상을 구현을 연구 하였습니다. 결 과：3D slicer를 이용한 CT 스캔 표면 데이터와 3D 광학 스캔 표면 데이터의 정량적 비교 분석에서 Hounsdroff distance는 Average 2.45 mm, Dice coefficient는 0.97로 나타나 CT 스캔 표면 데이터와 3D 스캔 표면 데이터가 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었습니다. 또한 인체모형 팬텀 재현성 평가에서 인체모형 팬텀의 AP position, RAO position, LAO position 기준으로 팔이 있는 팬텀의 error distribution은 2 mm 오차 범위에서 평균 89.78%가, 4 mm 오차 범위에서 96.05%가 일치하는 것으로 나타났으며, 팔을 제외한 경우 error distribution은 2 mm 오차 범위에서 평균 96.48%가, 4 mm 오차 범위에서 99.45%가 일치하는 것으로 나타나 3D 광학 스캐너의 표면 데이터 재현성이 우수한 것으로 나타났습니다. 인체모형 팬텀을 이용한 3D 스캔 표면 데이터를 MCs에 적용하여 전신일반촬영 에너지 조건으로 팬텀선량 평가가 가능하며, Phase space data 통해 영상을 구현할 수 있다는 것을 확인 하였습니다. 결 론：본 연구에서 3D 광학 스캐너를 사용한 인체모형 팬텀 데이터 획득은 기존 CT scan 방식보다 간편하고 방사선 노출 없이 다양한 위치와 균일한 표면 구조의 정보를 정밀하게 얻을 수 있으며 MCs을 이용한 선량계산이 가능하며, Phase space data 통해 영상을 구현이 가능함에 따라 앞으로 일반촬영 분야의 활용과 선량평가에 매우 유용할 것으로 생각 됩니다.

영문 초록

Purpose：The purpose of this work is to acquire surface data of anthropromophic phantom using 3D optical scanner instead of conventional computed tomography (CT) scanning methods and to compare the differences between existing CT scan surface data and 3D optical scan surface data. also it is to apply 3D optical scan surface data to Monte Carlo simulations (MCs) to study whether phantom dose evaluation and image implementation are possible under general shooting energy conditions. Targets and Methods：We suggest utilizing a 3D optical scanner when obtaining patient surface data for dose evaluation of normal photography. We obtained surface data of anthropromophic phantom instead of conventional CT scanning methods using 3D optical scanners (Go!SCAN SPARKTM, CREAFORM). The Meshlab program was used to sort and edit 3D scan surface data, and the CT scan surface data and 3D scan surface data differences were quantitatively compared using the 3D slicer program. The reproducibility of the dummy phantom was also evaluated using the 3D Scan Surface Data Analysis Program (VXelements, CREAFORM). Using the SpekCalc program, the X-ray beam energy spectrum was calculated and the X-ray beam was modeled using TOPAS, a Geant4-based MCs. We applied the anthropromophic phantom to MCs evaluate the phantom dose in X-ray energy conditions and study whether the image can be implemented through phase space data. Result：Quantitative comparative analysis of CT scan surface data and 3D optical scan surface data using 3D slicer showed that Hounsdroff distance was Average 2.45 mm and Dice coefficient was 0.97, indicating a close match between CT scan surface data and 3D scan surface data. In addition, the anthropromophic phantom reproducibility assessment shows that the error distribution of the phantom with arms by AP position, RAO position, and LAO position of the anthropromophic phantom averaged 89.78% in the 2 mm error range and 96.05% in the 4 mm error range. MCs using anthropromophic phantom confirmed that 3D scan surface data can be applied to Monte Carlo simulation to evaluate phantom dose under X-ray energy conditions through phase space data. Conclusion：In this study, anthropromophic phan tom data acquisition using 3D optical scanners is simpler than conventional CT scan methods, provides precise information of various locations and uniform surface structures without radiation exposure, enables dosing using MCs, and enables image implementation through phase space data.

목차

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 대상 및 방법

Ⅲ. 결과

Ⅳ. 고찰

Ⅴ. 결론

Ⅵ. 참고문헌

키워드

3D 광학 스캐너 3D 스캔 표면 데이터 몬테카를로 시뮬레이션 3D optical scanner 3D scan surface data Monte Carlo simulation (MCs)