GATE 시뮬레이션을 이용한 I-131 영상의 산란 및 격벽통과 보정방법 연구 = Investigation of Scatter and Septal Penetration in I-131 Imaging Using GATE Simulation

국문 초록 (Abstract)

I-131은 갑상선에 주로 집적되어 갑상선의 기능을 평가하는데 활용됨은 물론 높은 에너지의 베타선을 방출함으로써 암의 치료에도 널리 사용되고 있는 방사선 핵종이다. 그러나 I-131은 다양한 에너지의 감마선을 방출함으로써 핵의학 영상의 정량화가 어렵다. 특히 고에너지 영역의 감마선에 의한 격벽투과(septal penetration)와 산란선은 핵의학 진단영상에 악 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 격벽투과가 영상에 미치는 영향과 I-131의 산란보정 방법을 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여 알아보고자 하였다. 본 실험을 위하여 임상에서 사용되고 있는 범용성 고에너지 조준기를 장착한 핵의학 영상 기기인 FORTE 시스템(Philips, Netherlands)에 대해 모사하였다. 격벽투과가 영상에 미치는 영향을 알아보기 위하여 고에너지 조준기의 격벽을 두 가지 종류로 모사하여 보았다. 한 종류는 실제로 사용하고 있는 납으로 격벽을 모사하였으며, 다른 한 종류는 높은 에너지의 감마선이 투과할 수 없는 밀도와 원자번호가 아주 높은 임의의 물질로 구성하여 모사하였다. 각 각의 조준기를 통해 물팬텀안의 I-131 선 선원의 영상을 획득한 결과 납 격벽에서 획득한 선 선원의 반치폭 (Full Width at Half with Maximum, FWHM)과 십치폭(Full width at Tenth with Maximum, FWTM)은 각 각 41.2 mm, 206.5 mm였으며, 높은 에너지의 감마선이 투과할 수 없는 임의의 물질로 만든 격벽의 조준기에서는 반치폭과 십치폭이 각 각 27.3 mm, 47.6 mm로 측정되었다. 이는 고에너지의 감마선에 의한 격벽투과가 핵의학 영상의 선예도를 나쁘게 한다는 것을 알 수 있다. 또한 I-131을 이용한 핵의학 영상의 산란보정을 위하여 물 팬텀 속의 점 선원을 모사하고 영상을 획득하였다. 산란보정 방법으로는 삼중광봉우리창(Triple Energy Window method, TEW)을 이용하여 획득 영상 내의 산란선을 유추하는 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 중심에너지 창의 범위에 따라 유추된 산란선의 양에 영향이 있으므로 더 정확한 산란선 유추를 위해 확장된 삼중광봉우리창(Extended Triple energy Window method, ETEW)을 적용, 기존의 방법과 비교하였다. 실험 결과 시뮬레이션의 데이터 분류를 통한 산란선으로만 획득된 점 선원 영상과 TEW와 ETEW 방법을 통해 유추된 산란선 영상결과, ETEW 방법으로 산란선을 유추한 방법이 기존의 TEW 방법보다 더 정확함을 알 수가 있었다. 본 연구는 시뮬레이션을 통한 I-131의 특성을 평가함으로써 I-131을 이용한 동위원소 치료 및 GATE 프로그램 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Scatter correction for I-131 plays a very important role to improve image quality and quantitation. I-131 has multiple and higher energy gamma-ray emissions. Image quality and quantitative accuracy in I-131 imaging are degraded by object scatter as well as scatter and septal penetration in the collimator. The purpose of this study was to estimate scatter and septal penetration and investigate two scatter correction methods using Monte Carlo simulation. The gamma camera system simulated in this study was a FORTE system (Phillips, Nederland) with high energy, general-purpose, parallel hole collimator. We simulated for two types of high energy collimators. One is composed of lead, and the other is composed of artificially high Z number and high density. We simulated energy spectrum using a point source in air. We estimated both full width at half maximum (FWHM) and full width at tenth maximum (FWTM) using line spread function (LSF) in cylindrical water phantom. We applied two scatter correction methods, triple energy window scatter correction (TEW) and extended triple energy window scatter correction (ETEW). The TEW method is a pixel-by pixel based correction which is easy to implement clinically. The ETEW is a modification of the TEW which corrects for scatter by using abutted scatter rejection window, which can overestimate or the underestimate scatter. The both FWHM and FWTM were estimated as 41.2 mm and 206.5 mm for lead collimator, respectively. The FWHM and FWTM were estimated as 27.3 mm and 45.6 mm for artificially high Z and high density collimator, respectively. ETEW showed that the estimation of scatter components was close to the true scatter components. In conclusion, correction for septal penetration and scatter is important to improve image quality and quantitative accuracy in I-131 imaging. The ETEW method in scatter correction appeared to be useful in I-131 imaging.

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