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    열린실험실 게시판 내용
    열린실험실명 부산대학교 의료메카트로닉스 연구실(PADIOLOGICAL IMAGIN SCIENCES LAB.)
    등록일 2008-09-30 오전 11:18:47

     

     

     
         
     
      본 연구실은 방사선의 의료적, 산업적 이용을 위해 다양한 응용기법의 연구개발을 목표로 하고 있으며, 최근 각광받고 있는 의용 생체 공학과 밀접한 관계가 있다. 방사선 영상 계측 시스템의 설계, 성능평가, 그리고 응용을 바탕으로 한 본 연구실의 주요 연구 내용 및 연구 결과는 아래와 같다.
         
     

    선형시스템 전달이론을 이용한 방사선 영상시스템 설계 및 성능평가

       

     

     

    몬테칼로 기법을 이용한 방사선 수송 해석

       

     

     

    디지털 방사선 영상 계측 시스템의 성능평가

       

     

     

    3차원 단층영상재구성 알고리즘

       

     

     

    3차원 데이터의 CAD 파일 변환 및 응용

         
      선형 시스템 이론을 이용한 방사선 영상 시스템 설계 및 성능평가
     
        방사선 영상 시스템이 입력신호에 대해 선형적인 동시에 위치불변의 반응특성을 가지며, 잡음의 통계적인 특성 또한 공간적으로 불변의 특성을 가진다고 가정하면, 선형시스템 이론을 바탕으로 입사한 엑스선이 엑스선 컨버터(섬광체 혹은 광도전체)와 반응 후 궁극적으로 픽셀 다이오드에서 전기신호로 변환되는 과정 및 영상화를 위한 샘플링 등을 고려한 물리적 반응 메커니즘을 수학적으로 모델링할 수 있다. 수학적으로 모델링된 방사선 영상시스템을 통하여 시스템을 설계, 제작하기 전에 미리 성능평가를 수행할 수 있으며 이를 통해 방사선 영상시스템의 최적화된 설계 변수(fill factor, pixel pitch, screen thickness 등)를 도출할 수 있다. 또한 이는 이미 제작된 영상시스템의 성능 또한 평가하는 등 여러 쓰임새를 가지고 있다. 최종적으로 선형시스템 이론을 기반으로 수학적으로 모델링된 방사선 영상 시스템은 간단한 모델링으로부터 복잡한 방사선 영상화 메커니즘 및 성능을 미리 예측할 수 있는 강력한 도구라고 할 수 있다.
         
       
         
      몬테칼로 기법을 이용한 방사선 수송 해석
     
        몬테칼로를 이용한 방사선 수송 해석은 각종 방사선에 대한 거동과 빛의 거동에 대한 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 몬테칼로 기법을 이용하여 방사선 검출기의 최적 설계 변수를 도출하고 각종 실제 모델을 모사함으로써 실제 현상과 유사한 결과를 제시할 수 있다. 본 연구실에서는 방사선 수송해석을 위해 MCNPXTM를 사용하고, 빛의 거동에 대한 시뮬레이션을 수행하기 위해서 DETECT2000TM을 사용하고 있다. 또한, 부수적으로 Geant4를 이용함으로써 시뮬레이션 수행의 효율을 더하고 있다.
         
       
         
      3차원 단층영상재구성 알고리즘
     
        3차원 단층영상 재구성은 방사선 투과영상의 조합을 이용하여 역문제를 풀어나가는 과정이다. 이는 360° 회전하면서 촬영된 각 방향의 투과영상을 이용하여 방정식을 세우고 역행렬을 구하는 과정이라 하겠다. 단층영상은 피검사체의 내부를 중첩 없이 잘라 볼 수 있으므로 의료용으로 환자의 병변을 검사하기 위해 사용 되어져 왔으며 최근 산업적인 활용측면에서도 주목 받고 있다. 최근 연구는 고속화 및 영상의 최적화에 초점을 맞추어 이루어지고 있으며 보다 정밀하고 정확한 영상을 얻기 위해 노력하고 있다.
         
       
         
      Digital Tomosynthesis
     
        일반적으로 많이 알려져 있는 CT (Computed Tomography)는 촬영하고자 하는 물체를 중심축으로 하여 X선원과 X선 검출기가 짝을 이루어 원형궤도를 따라 180° 이상 움직이면서 수백장의 투사영상 데이터를 바탕으로 영상을 재구성하는 방법이다. 이에 반해, Digital Tomosynthesis는 X선원과 검출기가 촬영하고자 하는 물체를 사이에 두고 평행한 평면 내에서 혹은 원호 궤도 내에서 제한된 각도로 획득한 X선 투사영상 데이터를 바탕으로 영상을 재구성하기 때문에 CT에 비해 하드웨어적으로 접근성이 용이하며, 적은 수의 투사영상으로 영상을 재구성하기 때문에 방사선량을 줄이는 효과 및 빠른 영상재구성 등의 이점이 있다.
         
       
         
      디지털 방사선 영상 계측 시스템의 성능평가
     
        영상 시스템의 성능을 나타내는 지표는 콘트라스트, 해상도, 노이즈가 있다. 이런 특성의 상호관계를 표현하는 성능평가 지표는 콘트라스트와 해상도의 Modulation Transfer Function (MTF), 해상도와 노이즈의 Noise Power Spectrum (NPS), 그리고 콘트라스트와 노이즈의 Signal-to-Noise Ratio (SNR)가 있다. MTF는impulse 입력에 대해서 시스템의 응답을 주파수 분석을 통해서, NPS는 노이즈 성분의 주파수 분석을 통해서 획득할 수 있다. 시스템의 MTF, NPS와 입력신호의 크기를 이용해서, 시스템 입출력의 SNR비인 Detective Quantum Efficiency (DQE)라는 지표로 산출할 수 있다. 이런 DQE는 영상 시스템의 콘트라스트, 해상도, 노이즈의 특성을 모두 담고 있는 성능평가 요소이다.
         
       
         
      3차원 데이터의 CAD 파일 변환 및 응용
     
        제품을 개발하고 생산하기 위해서는 경쟁사의 제품 및 선진 연구 분석을 위한 reverse engineering이 급증하고 있고 이를 위해서 고해상도를 가지는 3차원 비파괴적 영상 획득 기술이 필요하다. 3차원 스캐닝 중 특히 CT 스캐닝을 통해 획득된 영상은 3D tomographic reconstruction, segmentation, trangulation, decimation등을 통해 CAD file로 추출할 수 있다. 이렇게 추출한 캐드 파일은 원본 데이터와의 비교를 통한 에러를 분석함에 의해 제품의 완성도를 추구하거나, 공장 개선을 위한 결함분석 또한 인공 관절의 설계, 턱관절 교정 수술 등 산업, 의료계 등 다양한 곳에 활용된다.
         
       
     
         
       
     
       
      방사선 발생장치  
         
     
       
      방사선 디텍터  
         
     
       
      방사선 계측 시스템  
         
     
       
      디텍터의 정량적 평가를 위한 팬텀  
         
     
       
     
       
     
     
      우리 실험실에서는 다양한 방사선 관련 업체와 상호 발전적인 관계를 유지하고 있다. (주) Vatech은 국내 치과용 CT등을 개발하는 업체로써 치과용 CT 분야에서는 국내 시장에서 가장 큰 규모의 매출을 나타내고 있다. 우리 실험실에서는 Vatech과의 상호 협력을 통해 CT 시스템을 위한 영상재구성 알고리즘 개발과 방사선 검출기의 성능평가 그리고 방사선 검출기 최적 설계를 위한 각종 변수 선정에 대한 연구 등을 진행함으로써 산학간 연계 연구를 활발히 진행하고 있다. 그리고 (주)DRTECH은 x-ray 검출기 생산의 전문 업체로써 해외의 유수 업체와 경쟁을 하며 성장하고 있는 업체이다. 우리 실험실에서는 DRTECH와 연구의 상호 협력 관계를 구축함으로써 해외 업체에 의지하고 있는 x-ray 검출기 연구/개발에 협력 관계를 맺고 있다. 또한, 세이프텍(주)은 산업용 비파괴 검사 전문 업체로써 산업환경에서 효과적으로 적용할 수 있는 방사선 비파괴 검사기기의 개발에 서로 협력하고 있다. (주)MEDISON은 초음파 검사장비 개발 업체로써 세계적으로 크게 인정받고 있는 업체이다. 우리 실험실에서는 향후 MEDISON과의 연구 협력을 통해 연구의 다양화와 전문화를 이루기 위해 노력하고 있다.
     
     
     
    우리 실험실은 지난 4년간 방사선 영상 계측 분야에 끊임없는 연구를 수행해 오고 있다. 방사선 영상처리와 CT영상 재구성을 위한 알고리즘 개발 및 적용, 그리고 방사선 계측기의 특성평가와 설계등 많은 분야로의 접근을 이루어 왔고 또한 왕성한 연구를 수행하고 있다. 또한 현재 새로운 디텍터의 설계를 위한 연구를 수행중이며 향후 설계가 끝난 디텍터를 직접 평가함으로써 세계에 비해 뒤쳐져 있는 국내 방사선 디텍터 개발 기술을 더욱 발전키기 위해 노력할 것이다. 또한, 국내에서 개발되는 각종 디텍터의 개발에 참여하여 우리 실험실과 우리 학교의 위상을 드높일 기회로 삼으려 한다. CT 영상 재구성 분야에 있어서는 기존의 영상 재구성 방법을 벋어나 새로운 알고리즘을 개발하고 있으며, 현재 많은 논문을 통해 빠르고 정확한 재구성 알고리즘을 개발하고 있다. 앞으로 국내 뿐만이 아니라 국외의 수많은 연구 그룹과의 정보 교류를 추진하고, 공동 연구를 위한 방안도 마련할 계획이다.
     
     
     
     
    성 명 김 호 경(Kim, Ho Kyung)
    학 과 기계공학부
    전 공 Nuclear Engineering
    Phone 82-51-510-3511
    Fax 82-51-518-4613
    E-mail hokyung@pnu.edu
    URL http://bml.pusan.ac.kr


    주요학력
     

    1985.08 Ph.D. 원자력공학 KAIST
    1978.02 M.S. 원자력공학 KAIST
    1976.02 B.S. 원자력공학 한양대학교


    주요경력
     

    2004.03 ~ 현재 부산대학교 공과대학 기계공학부 교수
    2003.03 ~ 2004.02 경희대학교 임피던스영상신기술연구센터 연구원
    2001.03 ~ 2003.02. KAIST 응용과학연구소 Post-doc

    전문분야
     
    - Radiation imaging physics
    - Cascaded linear-systems analysis
    - Monte Carlo methods
    - Digital radiography
    - Computed tomography

    대표논문
     
    - H. K. Kim, "Generalized cascaded model to assess noise transfer in scintillator-based x-ray imaging detectors," Appl. Phys. Lett. 89, pp. 233504-1-233504-3 (2006).
    - H. K. Kim, "Analytical model for incomplete signal generation in semiconductor detectors," Appl. Phys. Lett. 88, pp. 132112-1-132112-3 (2006).
    - H. K. Kim, J. K. Ahn and G. Cho, "Development of a lens-coupled CMOS detector for an x-ray inspection system," Nucl. Instr. Meth. A 545, pp. 210-216 (2005).
    - H. K. Kim, S. C. Lee, M. H. Cho, S. Y. Lee, and G. Cho, "Use of a flat-panel detector for microtomography: a feasibility study for small-animal imaging," IEEE Trans. Nucl. Sci. 52, pp. 193-198 (2005).


    학회 활동
     

    2007.12 ~ 현재 SPIE Member
    2007.05 ~ 현재 대한방사선과학회 이사, 평생회원
    2006.12 ~ 현재 IEEE Member
    2004.03 ~ 현재 한국비파괴검사학회 회원
    1998.03 ~ 현재 대한의용생체공학회 평생회원
    1995.03 ~ 현재 한국원자력학회 평생회원
     
     
     
    Ph. D. course
     
    임 창 휘(Lim, Chang Hwy)
    학 과 : 기계공학부
    관심분야 : Monte Carlo simulation, Digital radiography
    Phone : 82-51-510-3511
    Fax : 82-51-518-4613
    E-mail : hwy@pnu.edu
    조 민 국(Cho, Min Kook)
    학 과 : 기계공학부
    관심분야 : Image reconstruction, Computed tomography
    Phone : 82-51-510-3511
    Fax : 82-51-518-4613
    E-mail : mk2000@pnu.edu
     
    M. S. course
     
    한 종 철(Han, Jong Chul)
    학 과 : 기계공학부
    관심분야 : Volume graphics, Digital radiography
    Phone : 82-51-510-3511
    Fax : 82-51-518-4613
    E-mail : madness78@pnu.edu
    윤 승 만(Yun, Seung Man)
    학 과 : 기계공학부
    관심분야 : Cascaded linear-systems analysis, Digital mammography
    Phone : 82-51-510-3511
    Fax : 82-51-518-4613
    E-mail : smane1547@pnu.edu
     
    윤 한 빈(Youn, Han Bean)
    학 과 : 기계공학부
    관심분야 : Image reconstruction, Computed tomography
    Phone : 82-51-510-3511
    Fax : 82-51-518-4613
    E-mail : been@pnu.edu
     
     
     
         
     
      연구목표
     
        우리 실험실은 공학자가 가져야 할 공학윤리를 가진 인재 양성과 세계적 수준으로의 기술 향상과 인력 양성을 큰 목표로 하고 있다. 현재 국내의 방사선 계측 관련 기술은 선진국에 비해 기술 수준이 많이 뒤쳐져 있는 실정이다. 이러한 상황에서 방사선 계측 관련 기술의 성장은 국가의 성장 동력 부분에 있어서도 큰 도움이 될 것이라 확신한다. 또한, 연구원 개개인의 기술과 연구능력, 공학자로써의 덕목을 향상시킴으로써 연구자로써 가져야할 조건을 최대한 향상시키고 졸업 후 많은 분야로 진출할 경우 현장 적응 능력과 개인의 가치 향상을 주력 할 수 있도록 도움을 줄 것이다. 개인의 역량 향상은 작게는 개인에게만 적용될 부분이지만 넓게 본다면 학과, 그리고 부산대학교의 연구능력 향상에도 도움을 줄 수 있다. 그러므로 우리 실험실은 개인의 가치 향상을 최우선 목표로 연구를 수행하고 있고 개인의 가치 향상을 위한 기준을 innovation, creation, advance 세 가지 기준으로 잡고 있으며, 이러한 세 가지 기준이 같이 향상됨으로써 연구자로써의 가치 향상을 실험실의 주된 목표로 삼고 있다.
         
      연구 내용 및 현황
     
     
    연구기간 지원기관 지원연구사업 과제명
    2008.05.19 ~ 2008.08.18 주)이우
    테크놀로지
    산학협력 치과용 마이크로 CT에 대한 선행 연구
    2008.01.01 ~ 2008.12.31 (주)이우
    테크놀로지
    산학협력 디지털 마모그라피 시스템에 관한 연구
    2008.01.01 ~ 2010.12.31 (주)이우
    테크놀로지
    산학협력 차세대 구조화 섬광체에 관한 연구
    2006.05.01 ~ 2006.06.15 (주)바텍 산학협력 바텍 Dental CT 시스템 특성 평가
    2006.04.01 ~ 2008.03.28 한국과학 재단 원자력연구
    기반확충사업
    CT 데이터를 이용한 정량적 결함 검사 및 분석에 관한 연구
    2006.03.01 ~ 2009.02.29 한국과학 재단 특정기초연구 의료영상시스템 정량적 성능평가에 관한 연구
    2005.12.01 ~ 2006.11.30 기초전력공학공동연구소
    (산업자원부)
    전력산업연구개발사업 몬테칼로 해석을 이용한 방사선 영상 계측기 설계에 관한 연구
    2005.12.01 ~ 2006.11.30 학술진흥재단 선도연구자
    지원사업
    의료영상의 방사선 영향에 관한 연구
    2004.07.01 ~ 2005.06.30 학술진흥재단 신진교수
    연구지원사업
    MEMS 기술을 이용한 기체전자증폭형 마이크로패턴 방사선 센서의 개발
       
      연구 내용 및 현황
     
     
    '08 02.20 제14회 휴먼테크 논문대상(삼성전자) 장려상 수상 :
    3차원 CT 데이터를 이용한 치과용 RP 모델링에 관한 연구
    '07 02.15 제13회 휴먼테크 논문대상(삼성전자) 동상 수상 :
    컴퓨터 원용 결함진단을 위한 그래픽 솔루션 개발
    '06 12.01 한국 소프트웨어 공모대전(정보통신부) 은상 수상 :
    Industrial Computer-Aided Fault Diagnosis
      09.20 ILIC 캡스톤 디자인 경진대회(동남권부품소재산학협력혁신사업단) 금상 수상 :
    CT 영상 재구성 및 CAD 데이터 추출을 위한 그래픽 솔루션
      02.21 제12회 휴먼테크 논문대상(삼성전자) 금상 수상 :
    CMOS 영상센서를 이용한 머신 비전 시스템
    '05 12.02 2005년도 대한의용생체공학회 추계학술대회
    Student Paper Competition (대한의용생체공학회) 최우수상 수상 :
    Development of Desktop Micro-CT System
      11.04 2005 창의적 종합설계 경진대회(한국산업기술재단) 은상 수상 :
    부품소재 내부 결함 검사용 소형카메라
      09.07 ILIC 캡스톤 디자인 경진대회(동남권부품소재산학협력혁신사업단) 대상 수상 :
    부품소재 내부 결함 검사용 소형카메라 개발
    '04 10.23 2004 한국물리학회 연구논문 발표회(한국물리학회) 으뜸 포스터상 :
    기체전자증폭기의 다양한 기하학적 구조에 대한 전기장 시뮬레이션
     

    서브 사이드

    서브 우측상단1