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현탁 시
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1 Original Article PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, Multi-tracer Imaging of a Compton Camera Soo Mee Kim Department of Radiology, University of Washington, Seattle, USA Since a Compton camera has high detection sensitivity due to electronic collimation and a good energy resolution, it is a potential imaging system for nuclear medicine. In this study, we investigated the feasibility of a Compton camera for multi-tracer imaging and proposed a rotating Compton camera to satisfy Orlov s condition for 3D imaging. Two software phantoms of 140 and 511 kev radiation sources were used for Monte-Carlo simulation and then the simulation data were reconstructed by listmode ordered subset expectation maximization to evaluate the capability of multi-tracer imaging in a Compton camera. And the Compton camera rotating around the object was proposed and tested with different rotation angle steps for improving the limited coverage of the fixed conventional Compton camera over the field-of-view in terms of histogram of angles in spherical coordinates. The simulation data showed the separate 140 and 511 kev images from simultaneous multi-tracer detection in both 2D and 3D imaging and the number of valid projection lines on the conical surfaces was inversely proportional to the decrease of rotation angle. Considering computation load and proper number of projection lines on the conical surface, the rotation angle of 30 degree was sufficient for 3D imaging of the Compton camera in terms of 26 min of computation time and 5 million of detected event number and the increased detection time can be solved with multiple Compton camera system. The Compton camera proposed in this study can be effective system for multi-tracer imaging and is a potential system for development of various disease diagnosis and therapy approaches. Key Words: Compton camera, Multi-tracer imaging, Rotating Compton camera, Multiple Compton camera, Electronic collimation 서 핵의학에서방사성추적자 (radio-tracer) 를이용한분자영상법은인체내생리학적변화를반영하는현상을촬영하는비침습적영상법 (non-invasive imaging) 으로질병의진단및치료에있어널리사용되며그중요성이날로가중되고있다. 1-6) 인체내관심영역에축적된방사성추적자를검출하기위하여단일광자방출단층촬영법 (single photon emission This work was supported by the Nuclear Research & Development Program of the National Research Foundation of Korea (NRF) (grant code: , , ) and NRF Korea grant (NRF E00045) funded by the Ministry of Education, Science & Technology (MEST) of Korea. Received 2 January 2015, Revised 2 March 2015, Accepted 10 March 2015 Correspondence: Soo Mee Kim (smeekim@uw.edu) Tel: , Fax: cc This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 론 computed tomography: SPECT) 이나양전자방출단층촬영법 (positron emission tomography: PET) 이활발히사용되고있다. 7-9) 본논문에서연구하는컴프턴카메라 (Compton camera) 는방사성추적자로부터방출된일정한에너지를가진광자들을컴프턴산란현상을이용하여검출할수있는시스템이다 ) 핵의학영상을제공하는 SPECT 및 PET과비교해볼때컴프턴카메라는고민감도 (high sensitivity) 및고에너지해상도 (high energy resolution) 의잠재력을가진영상시스템이다. SPECT는광자의검출방향을결정하기위하여물리적조준법 (physical collimation) 을사용하므로검출민감도의손실을가져오는반면, 컴프턴카메라는전자적조준법 (electronic collimation) 을사용하므로검출손실을피하고민감도를향상시켜결과적으로영상의신호대잡음비를높일수있다. 511 kev의단일에너지광자들의동시검출을기반으로영상화하는 PET과달리, 컴프턴카메라는검출원리상뛰어난에너지분해능을가진검출기를요구하므로서로다른에너지의방사선을구분하여동시영상화할수

2 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 있는다중추적자영상화 (multi-tracer imaging) 가가능한시스템이다 ) 민감도는핵의학영상의질을결정하는중요한시스템적요인중의하나이다. 민감도를향상시킴으로써저선량의방사선으로기존의영상의질을유지하거나혹은동일한방사선량으로검사시간을단축시켜환자의움직임을줄이고저비용의핵의학영상촬영이가능하게한다. 암및뇌질환의진단및치료계획에있어널리사용되는핵의학영상은질병의경과및예후평가를위하여반복적촬영이종종요구되며반복촬영으로인하여증가된방사선조사량및검사비용은환자에게부담이되고있다. 고민감도를제공하는컴프턴카메라는 SPECT 혹은 PET이이용되는핵의학분야에서저선량및저비용의핵의학영상촬영이가능하게한다. 또한각종 PET/SPECT용리포터유전자및새로운의약품및방사성추적자개발, 각종질병모델에대한이해, 새로운치료방법의효과판정을위하여최적의방사성추적자에대한선이해가필요한경우, 다양한방사성동위원소를표지하여동시에검출할수있는다중추적자영상법은큰도움이될것이다. 고에너지해상도를제공하는컴프턴카메라를이용하면 SPECT 및 PET의주요에너지인 140 및 511 kev뿐아니라다양한에너지를가진다중추적자들을동시검출함으로유용한최적의방사성추적자를찾을수있다. 이러한다중추적자영상기법에대한가능성을확인하기위하여본논문에서는다중추적자영상을위한소프트웨어모형을개발하고몬테카를로전산모사데이터를이용하여핵의학영상의주요검출에너지인 140 및 511 kev의다중추적자영상을위한컴프턴카메라의효용성을검증할것이다. 또한산란부와흡수부를평행하게위치시킨고정된컴프턴카메라는두검출기의물리적크기의제한으로 인하여모든방향으로방출되는광자를제한적으로검출하는단점이있다. 이러한현상은영상재구성시그대로전이되어두검출기가놓인축을따라 3차원영상의질이저하되는것으로알려져있다. 이를해결하는한방법은산란부및흡수부의크기를물리적으로무한하게증가시키는것이다. 두검출기는주로에너지분해능이우수한반도체검출기를사용하므로두검출기의크기증가는비용측면뿐아니라현실적인측면에서비효율적인방법이다. 본논문에서는충분한데이터를얻으며보다정확한영상을재구성하기위하여촬영대상주위 360 o 를회전하는컴프턴카메라를구성하며컴프턴카메라의회전각도샘플링에대한전략을연구할것이다. 최적의회전각도샘플링을결정하기위하여구좌표계의각도 (, ϕ) 의 2차원히스토그램을평가할것이다. 재료및방법일반적으로컴프턴카메라는 Fig. 1에서보는바와같이산란부 (scatterer) 와흡수부 (absorber) 검출기의배열로구성되며두검출기의동시검출을통하여유효이벤트를검출하게된다. 산란부검출기는인체내에서방출된광자의컴프턴산란 (Compton scattering) 현상을일으키며검출기내산란된위치와산란될때발생한에너지손실을검출하게된다. 산란후손실된에너지만큼초기입사방향이바뀐광자는흡수부검출기에서완전하게검출되게된다. 두검출기에서동시검출된위치와측정된에너지들로부터계산된산란각을이용하여광자의초기방출위치를추정하게된다. 즉산란부의검출위치를정점으로갖는타원추를재구성될영상공간으로반대로투사하여타원추표면상에서광자가방출되어검출되었음을모델링하는것이다. Fig. 1. Two-dimensional circular disk software phantom containing two radiation sources of 140 and 511 kev energies for multi-tracer imaging simulation

3 Soo Mee Kim:Multi-tracer Imaging of a Compton Camera 1. 다중추적자영상기법의몬테카를로전산모사 Fig. 1은다중추적자영상을위한몬테카를로전산모사용소프트웨어모형의구성도를나타내고있다. 5 cm의지름을가진원형디스크팬텀안에는 140 kev의에너지를가지는배경선원이균일하게분포하여있으며디스크팬텀의중심에다른에너지인 511 kev의점선원 (point source) 이위치하였다. 몬테카를로전산모사시, 원형디스크팬텀은컴프턴카메라로부터 6 cm의거리에위치하였다. 컴프턴카메라는 DSSD (double-sided silicon strip detector) 산란부와 25-SEGD (25-segmented germanium detector) 흡수부검출기로구성되었다. DSSD 산란부는 16 16의격자로이루어진검출기배열이며각격자의크기는 mm의너비와 1.5 mm의두께이다. 5 5 격자로이루어진 25-SEGD 흡수부의각검출기격자의크기는 10 mm의너비와 20 mm의두께이며산란부검출기로부터 5 cm의간격을두고위치하였다. 해상도저하를일으키는모든조건, 즉검출위치의샘플링, 에너지해상도및도플러퍼짐현상이모두포함된몬테카를로전산모사데이터를얻었다. 19) 몬테카를로전산모사를수행한컴퓨터의사양은 2.2 GHz의 AMD 애슬론 X 이중코어 CPU와 4 GB의메모리이다. 총 과 10배로증가한 개수의몬테카를로전산모사데이터를얻었으며각몬테카를로전산모사에서 140과 511 kev의에너지별검출된이벤트수의비율은 1:13이다. 몬테카를로전사모사후얻어진데이터를두에너지로구분한뒤각에너지의데이터를 10개의부분집합으로구성된리스트모드배열된부분집합기댓값최대화 (listmode ordered subset expectation maximization: LMOSEM) 알고리즘의 10번반복연산을수행하여재구성하였다 ) LMOSEM 은리스트모드로저장된데이터에적용하는 OSEM 재구성방법이며검출된컴프턴리스트모드데이터를주어진개수 의부분집합으로등분한뒤각부분집합에해당하는데이터를이용하여반복적으로기댓값최대화재구성방법을수행하는방법이다. 각에너지별로재구성한후최종다중추적자영상을얻기위하여각재구성한두에너지의재구성결과를더하였다. Fig. 2는다중추적자영상기법을위한 3차원원통형소프트웨어모형을나타내고있다. 8 cm의지름과 5 cm의길이를가지고있는원통형모형은 140 kev의배경선원을균일하게분포할수있도록고안되었다. 그리고원통형모형안에는 4개의다른지름을가진구선원이포함되어있다. 4개의구는 511 kev의다른에너지를가진선원으로채워져있다. 각구의지름은각각 3.2, 4.2, 5.4, 7 mm이며직경 4 cm의원둘레에각구의중심이위치하고있다. 3차원원통형모형을산란부로부터 6 cm만큼위치시키고몬테카를로전산모사를통하여얻어진총이벤트수는 919,270이다. 총검출이벤트내 140과 511 kev 에너지의데이터비율은 98:1이다. 2. 다중컴프턴카메라시스템의몬테카를로전산모사 Fig. 3에나타난바와같이 DSSD 산란부및 25-SEGD 흡수부검출기가평행하게위치한컴프턴카메라를 z-축에대하여촬영대상주위로 ΔR ϕ 만큼회전하여광자를검출한다. 컴프턴카메라에대한최적의회전각도 ΔR ϕ 를구하기위하여 Fig. 4와같이각검출위치및산란각에대하여정의된타원추표면을정점을지나는여러투사선으로샘플링하였다. 타원추표면에놓인각샘플된투사선의방향벡터 D(D x,d y,d z) 는식 (1) 과같이구좌표계좌표 (r,,ϕ) 로표현할수있다. θϕ θϕ ϕ = ϕ ϕ (1) θϕ θϕ θ Fig. 2. Three-dimensional cylindrical software phantom and 4 spheres (dia.=3.2, 4.2, 5.4, 7.0 mm) containing two radiation sources of 140 and 511 kev energies for multi-tracer imaging simulation

4 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 식 (1) 에서 r은방향벡터 D의크기를나타내며, 구좌표계의각도 (,ϕ) 는 x-축에놓인기준벡터 R(r,0,0) 을회전하여계산하였다. 즉, 식 (1) 에서각샘플된투사선의방향벡터 D는기준벡터 R을 (,ϕ) 만큼회전한벡터이다. 샘플된투사선의방향벡터 D는 Fig. 4에서나타난바와같이두검출위치 P 1(x 1,y 1,z 1) 과 P 2(x 2,y 2,z 2) 로부터주어진다. 샘플된투사선의방향벡터 D와기준벡터 R이주어지면구좌표계의파라미터인크기 r과각도 와 ϕ를각각식 (2) 와같이계산하였다. 는 z-축으로부터이루는각도이며범위는 이며 ϕ는 x-y 평면내에서 x-축과이루는각도로범위는 0 ϕ 360 이다. θ ϕ (2) 몬테카를로전산모사에서사용된컴프턴카메라의두검출기는 5 cm 거리를가지고평행하게위치하였으며두검출기의면적은 5 5 cm 2 이다. 산란부와흡수부의검출위치는 16 16의격자배열로구성되었으며측정된산란각은 사이를 32개의이산각으로샘플링하였다. 모든검출위치및산란각으로정의된타원추표면은 120개의투사선으로균일하게샘플링하였다. 주어진시스템에서재구성될영상공간의부피는 cm 3 이며영상공간에포함되는반지름이 5 cm인구를지나는타원추표면의샘플된투사선을유효투사선으로간주하였다. 모든타원추상의샘플된투사선에대하여방향벡터의구좌표계각도 (,ϕ) 를계산하고각도에대한 2차원히스토그램을구성하여보다정확한영상을재구성하기위한컴프턴카메라의최적의회전각도 ΔR ϕ 를결정하였다. 히스토그램은 의배열크기를가지며계산된각도 와 ϕ는각각 1 o 와 2 o 로샘플링하였다. 결 과 1. 다중추적자영상기법의효용성평가 Fig. 3. Rotating Compton camera around z-axis with a rotation angle of ΔR ϕ. Fig. 5는 140과 511 kev의두에너지에대한재구성된영상을더한최종재구성된다중추적자영상을나타내고있다. Fig. 5a와 b는 10배의신호대잡음비의차이를두고몬테카를로전산모사한데이터의재구성결과이다. 컴프턴카메라자체의해상도저하가재구성된영상에그대로영향을미치고있지만 511 kev의점선원과 140 kev의균일한배경선원의구분이잘되는것을확인할수가있다. Fig. 5a와 b를비교해보면 10배의총이벤트수를가진 b의결과영상이 LMOSEM 재구성방법의모든반복횟수에서보다좋은 Fig. 4. Sampling technique of lines on conical surface defined with two detection positions and a scattering angle and the corresponding angles and ϕ of the sampled lines in spherical coordinate

Soo Mee Kim:Multi-tracer Imaging of a Compton Camera Fig. 5.

kev: total event number of (a) 98 10 3 (98K) and (b) 980 10 3 (980K). 신호대잡음비를유지하였다. Fig. 6은 3차원원통형모형에대한다중추적자영상을나타내고있다.

두에너지에대해데이터구분이잘이루어진것을재구성된영상에서확인할수있다. 2. 다중컴프턴카메라시스템의최적화평가 Fig.

5 Soo Mee Kim:Multi-tracer Imaging of a Compton Camera Fig. 5. Multi-tracer images reconstructed from the Monte-Carlo simulation data of 2D circular disk of 140 kev and a point source of 511 kev: total event number of (a) (98K) and (b) (980K). 신호대잡음비를유지하였다. Fig. 6은 3차원원통형모형에대한다중추적자영상을나타내고있다. 두에너지 511과 140 kev에대한각재구성영상을 a와 b에나타내고있으며 c는 a와 b를더한최종다중추적자영상을나타내고있다. Fig. 6a에서 4개의구선원데이터는 10개의부분집합으로구분한뒤 5번의 LMOSEM 을수행하였다. Fig. 6b는 50개의부분집합과 1번의반복연산후 LMOSEM으로재구성된원통형배경선원의영상이다. 두에너지에대해데이터구분이잘이루어진것을재구성된영상에서확인할수있다. 2. 다중컴프턴카메라시스템의최적화평가 Fig. 7a와 b는각각 x-축에고정된컴프턴카메라와 z-축을중심으로회전각도 ΔR ϕ=10 o 만큼회전하는컴프턴카메라의검출된타원추표면상의샘플된투사선들에일치하는각도 와 ϕ의히스토그램을나타낸다. Fig. 7에나타난바와같이 x-축에고정된컴프턴카메라와비교하여 z-축을중심으로회전하는컴프턴카메라는 cm 3 의영상공간을표현하기에보다충분한유효투사선을포함하는것을확인할수있다. 또한검출된유효이벤트수는고정된

PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 Fig. 6.

cylinder of 140 kev, (c) summed multi-tracer image of 3D cylindrical phantom (top: y-z planes, bottom: x-y planes of the reconstructed images).

Histogram of spherical angles and ϕ for the sampled lines on the detected conical surfaces: (a) fixed Compton camera at x-axis and (b) rotating

6 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 Fig. 6. Multi-tracer images reconstructed from the Monte-Carlo simulation data of 3D cylindrical phantom: (a) four spheres of 511 kev, (b) uniform cylinder of 140 kev, (c) summed multi-tracer image of 3D cylindrical phantom (top: y-z planes, bottom: x-y planes of the reconstructed images). Fig. 7. Histogram of spherical angles and ϕ for the sampled lines on the detected conical surfaces: (a) fixed Compton camera at x-axis and (b) rotating Compton camera around z-axis with an angle ΔR ϕ=10. 컴프턴카메라의경우 이며회전하는컴프턴카메라는 로 33배증가한이벤트수를검출하였다. Fig. 8은 z-축을중심으로회전하는컴프턴카메라의회전각도 ΔR ϕ 가 90, 45, 30, 그리고 10 일때 (,ϕ) 의 2차원히스토그램을나타낸것이다. 각히스토그램을비교해볼 때 ΔR ϕ 가작을수록 x-y 평면상에놓인각도 ϕ의균일한검출분포를보였다. ΔR ϕ=90 (Fig. 8a) 를기준으로할때 ΔR ϕ 에반비례하여유효투사선과검출시간이증가하였다. 즉, 회전각도 90 과 10 의 Fig. 8a와 d를비교해볼때, 회전각도가 9배만큼감소하면유효투사선은 에서

8분에서 80.2분으로 9배증가하였다. ΔR ϕ=10 (Fig. 8d) 일때가장균일한히스토그램을보였다. 고찰및결론본연구에서는컴프턴카메라를이용한다중추적자영상화의효용성을검증하고자원형디스크와원통형소프트웨어모형에대한몬테카를로전산모사를수행하였으며핵의학영상법의주요에너지인 140과 511 kev의에너지를동시검출하는다중추적자영상을얻었다.

7 Soo Mee Kim:Multi-tracer Imaging of a Compton Camera Fig. 8. Histogram of spherical angles and ϕ for the sampled lines on the detected conical surfaces in rotating Compton camera with (a) ΔR ϕ=90, (b) ΔR ϕ= 45, (c) ΔR ϕ=30, (d) ΔR ϕ= 로, 검출시간은 8.8분에서 80.2분으로 9배증가하였다. ΔR ϕ=10 (Fig. 8d) 일때가장균일한히스토그램을보였다. 고찰및결론본연구에서는컴프턴카메라를이용한다중추적자영상화의효용성을검증하고자원형디스크와원통형소프트웨어모형에대한몬테카를로전산모사를수행하였으며핵의학영상법의주요에너지인 140과 511 kev의에너지를동시검출하는다중추적자영상을얻었다. 3차원소프트웨어모형의몬테카를로전산모사결과를보이는 Fig. 6에서컴프턴카메라의두검출기표면에평행하는 yz-단면에비교하여수직하는 xy-단면에서 y-축을따라영상이잘복원되지않는것을확인할수있다. 이는 x-축에놓인고정된컴프턴카메라가 y-축에평행하는투사선을검출할수없는 제한점이있기때문에 3차원재구성시투사선검출손실의축을따라복원력이저하되는것으로보인다. 이는 3차원영상공간에대한정확한단면촬영을위한 Orlov의조건을현컴프턴카메라의검출구조가충족시키지못하기때문이다. 22) 본연구에서는보다정확한 3차원단면영상의재구성에필요한 Orlov 조건을충족시키기위하여, 즉 Fig. 6의 y-축을따라저하되는복원력을보완하기위하여기존의컴프턴카메라를 z-축을중심으로회전하는시스템을조사하였다. 고정된컴프턴카메라에서손실된투사선을검출하여 Orlov 조건을만족시키고회전으로인하여증가된검출시간및불필요한중복검출을최소화기위하여컴프턴카메라에대한최적의회전각도 ΔR ϕ 를결정할필요가있다. 이를위하여검출된타원추표면을정점을통과하는투사선으로샘플링하고샘플된투사선의방향벡터에대한구좌표계각도 (,ϕ) 의 2차원히스토그램을비교하였다. Fig. 8에나타난

8 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 바와같이 ΔR ϕ=10 의히스토그램에서가장균일한양상을보이는반면, 회전각도의감소비율에따라검출된이벤트의개수와검출시간이반비례하여증가하였다. 26분의계산시간및 5백만개의유효투사선의개수를고려할때 ΔR ϕ=30 로회전하는컴프턴카메라시스템이핵의학영상을위하여현실적으로적절할것으로보인다. 그러나회전하는컴프턴카메라를핵의학영상법으로이용하기위하여회전으로인한검사시간및재구성시간의증가를고려해야한다. 컴프턴카메라를실제로구축할때, 한대의컴프턴카메라로 30 로회전하면 12번의반복촬영을해야하는반면다중컴프턴카메라로시스템을구축하면사용된컴프턴카메라의개수만큼촬영시간을단축시킬수있다. 예로 3대의컴프턴카메라로시스템을구축하고 30 만큼동시에회전하면 (2.5 min/rotation) 10분내에전체촬영을완료할수있게된다. 또한회전으로인하여증가한검출이벤트개수는리스트모드데이터의크기가커짐을의미하며재구성법인 LMOSEM에서가장많은계산시간을소요하는시스템모델의계산량을크게증가시킴을의미한다. 재구성시간의상당한증가를해결하기위하여다중 CPU 및 GPU (graphics processing unit) 를이용한병렬연산이요구되며 GPU를이용한컴프터카메라의병렬연산에대한연구가보고된바있다. 23) 본논문에서제안한고민감도와고에너지해상도를제공할수있는컴프턴카메라를이용할때보다정확한단면영상을제공하는 3차원다중추적자영상법이가능하며컴프턴카메라의다양한응용연구분야를개척하는중요한근거자료가될것으로기대된다. Fig. 5와 6의다중추적자영상에서 SPECT 및 PET의주요검출에너지인 140과 511 kev 의광자들이잘검출되는결과를통하여기존핵의학분야에대한컴프턴카메라의응용이상당히가능성이있음을확인하였다. 컴프턴카메라가실제임상응용이가능한예는 Tl-201 (72 kev) 과 Tc-99m (140 kev) 화합물을이용한기저및부하심근관류 SPECT 영상법이다 ) 기존감마카메라의에너지해상도로는산란된 Tc-99m 광자가 Tl-201 에너지윈도우에들어가는혼선효과를완벽하게제거할수없기때문에, 연속된두번의기저및부하심근관류영상촬영을하고있다. 컴프턴카메라의고민감도및고에너지해상도의장점은짧은시간에두영상을동시에얻게하므로검사시간을단축시키고부수적으로환자의움직임등을최소화할수있다. 본논문의결과를기반으로 Tc-99m과 Tl-201의심근관류영상검사를위한컴프턴카메라의가능성을평가할것이며특히에너지차이가크지않은두검 출선원의동시검출시 SPECT에비교하여얼마나에너지윈도우의혼선효과를해소할수있는지평가할수있는추가연구가요구된다. References 1. Gambhir SS, Barrio JR, Herschman HR, Phelps ME: Assays for noninvasive imaging of reporter gene expression. Nucl Med Biol 26: (1999). 2. Phelps ME: Nuclear medicine, molecular imaging, and molecular medicine. J Nucl Med 43:13N-14N (2002). 3. Rudin M, Weissleder R: Molecular imaging in drug discovery and development. Nat Rev Drug Discov 2: (2003). 4. Cherry S: In vivo molecular and genomic imaging: new challenges for imaging physics. Phys Med Biol 49:R13-R48 (2004). 5. Fullerton GD, Hazle JD: The development of technologies for molecular imaging should be driven principally by biological questions to be addressed rather than by simply modifying existing imaging technologies. For the proposition. Med Phys 32: (2005). 6. Schelbert HR: Nuclear Medicine at a Crossroads. J Nucl Med 52:10S-15S (2011) 7. Cherry SR, Sorenson JA, Phelps ME: Physics in Nuclear Medicine. 3rd ed, Saunders (2003). 8. Phelps ME: PET - molecular imaging and its biological applications. Springer New York (2004). 9. Bailey DL, Townsend DW, Valk PE, Maisey MN: Positron emission tomography - basic sciences. Springer Longdon (2005). 10. Todd RW, Nightingale JM, Everett DB: A proposed Gamma camera. Nature 251: (1974). 11. Singh M: An electronically collimated gamma camera for single photon emission computed tomography: Part1 and 2. Med Phys 10: (1983). 12. Phillips GW: Gamma-ray imaging with Compton cameras. Nucl Instr and Meth B 99: (1995). 13. Yang YF, Gono Y, Motomura S, Enomoto S, Yano Y: A Compton camera for multitracer imaging. IEEE Trans Nucl Sci 48: (2001). 14. Motomura S, Kanayama Y, Haba H, Watanabe Y, Enomoto S: Multiple molecular simultaneous imaging in a live mouse using semiconductor Compton camera. J Anal AT Spectrom 23: (2008). 15. Motomura S, Fukuchi T, Kanayama Y, Haba H, Watanabe Y, Enomoto S: Three-dimensional tomographic imaging by semiconductor Compton camera GREI for multiple molecular simultaneous imaging. Nucl Sci Symp Conf Rec. 2009, Orlando, FL, USA, pp Seo H, Kim CH, Park JH, et al: Multitracing capability of double-scattering Compton imager with NaI(Tl) scintillator absorber. IEEE Trans Nucl Sci 57: (2010). 17. Uche CZ, Round WH, Cree MJ: Evaluation of detector material and radiation source position on Compton camera's ability for multitracer imaging. Australas Phys Eng Sci Med 35:

9 Soo Mee Kim:Multi-tracer Imaging of a Compton Camera (2012). 18. Motomura S, Kanayama Y, Hiromura M, et al: Improved imaging performance of a semiconductor Compton camera GREI makes for a new methodology to integrate bio-metal analysis and molecular imaging technology in living organisms. J Anal At Spectrom 28: (2013). 19. Lee SH, Park JH, Park SH, et al: CIS - a GUI-based software system for Monte Carlo simulation of Compton camera. Nucl Technol 168:55-60 (2009). 20. Wilderman SJ, Rogers WL, Knoll GF, Engdahl JC: Fast algorithm for list mode back-projection of Compton scatter camera data. IEEE Trans Nucl Sci 45: (1998). 21. Kim SM, Lee JS, Lee CS, et al: Fully three-dimensional OSEM-based image reconstruction for Compton imaging using optimized ordering schemes. Phys Med Biol 55: (2010). 22. Orlov SS: Theory of three-dimensional reconstruction. 1. Conditions for a complete set of projections. Sov Phys-Crystallogr 20: (1975). 23. Nguyen V-G, Lee S-J, Lee MN: GPU-accelerated 3D Bayesian image reconstruction from Compton scattered data. Phys Med Biol 56: (2011). 24. Lowe VJ, Greer KL, Hanson MW, Jaszczak RJ, Coleman RE: Cardiac phantom evaluation of simultaneously acquired dual-isotope rest thallium-201/stress technetium-99m SPECT images. J Nucl Med 34: (1993) 25. Berman DS, Kiat H, Friedman JD, et al: Separate acquisition rest thallium-201/stress technetium-99m sestamibi dual-isotope myocardial perfusion single-photon emission computed tomography: a clinical validation study. J American College of Cardio 22: (1993). 26. Cao ZJ, Chen CC, Maunoury C, Holder LE, Abraham TC, Tehan A: Phantom evaluation of simultaneous thallium- 201/technetium-99m aquisition in single-photon emission tomography. European J Nucl Med 23: (1996). 27. Siebelink HM, Natale D, Sinusas AJ, Wackers F: Quantitative comparison of single-isotope and dual-isotope stressrest single-photon emission computed tomographic imaging for reversibility of defects. J Nucl Cardio 3: (1996) 28. Hannequin P, Weinmann P, Mas J, Vinot S: Preliminary clinical results of photon energy recovery in simultaneous rest TI-201/stress Tc-99m sestamibi myocardial SPECT. J Nucl Cardio 8: (2001). 29. Segall G: Assessment of myocardial viability by positron emission tomography. Nucl Med Commun 23: (2002) 30. Groutars RG, Verzijlbergen FJ, Zwinderman AH, et al: Incremental prognostic value of myocardial SPET with dual-isotope rest 201Tl/stress 99mTc-tetrofosmin. European J Nucl Med 29:46-52 (2002). 31. Weinmann P, Faraggi M, Moretti J-L, Hannequin P: Clinical validation of simultaneous dual-isotope myocardial scintigraphy. European J Nucl Med and Molecular Imag 30:25-31 (2003)

10 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 다중추적자영상을위한컴프턴카메라 워싱턴주립대학교방사선학과 김수미 컴프턴산란현상을이용하여전자적집속방법으로영상화하는컴프턴카메라는고민감도및고에너지해상도의장점을이용하여핵의학응용분야에대한잠재력이큰영상시스템이다. 본논문에서는컴프턴카메라를이용한다중추적자영상의효용성평가와정확한 3차원단면영상촬영을위한 Orlov 조건을만족하는회전하는컴프턴카메라의구조를조사하였다. 140/511 kev의방사선원의소프트웨어모형을구성하고이에대한몬테카를로전산모사시뮬레이션을수행하여리스트모드배열된부분집합기댓값최대화방법으로재구성된다중추적자영상으로컴프턴카메라의효용성을검증하였다. 산란부와흡수부를평행하게위치시킨고정된컴프턴카메라와촬영대상주위 360 o 를회전하는컴프턴카메라를구성하여검출된투사선의구좌표계각도에대한히스토그램을비교평가하였다. 140/511 kev의동시계측된몬테카를로전산모사데이터의다중추적자영상이 2차원및 3차원재구성시잘구분되는것을확인하였으며, 회전된컴프턴카메라의경우, 회전각도에반비례하여 3차원영상재구성에필요한유효투사선이증가하였다. 26분의계산시간및 5백만개의적절한유효투사선의개수를고려할때컴프턴카메라의회전각은 30 가현실적으로적절할것이며증가한검출시간은다중컴프턴카메라를구성하여해결할수있다. 본논문에서고찰한고민감도및고에너지해상도를가진컴프턴카메라는다중추적자영상화를위해적합한시스템이며생화학및생리학적상태변화에대한임상정보를제공하며각종질병진단및치료방법개발등에기여할수있는잠재력이있는영상시스템이다. 중심단어 : 컴프턴카메라, 다중추적자영상법, 회전용컴프턴카메라, 다중컴프턴카메라, 전자적집속방법

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09권오설_ok.hwp (JBE Vol. 19, No. 5, September 2014) (Regular Paper) 19 5, 2014 9 (JBE Vol. 19, No. 5, September 2014) http://dx.doi.org/10.5909/jbe.2014.19.5.656 ISSN 2287-9137 (Online) ISSN 1226-7953 (Print) a) Reduction