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Analysis of Beam Hardening of Modulation Layers for Dual Energy Cone-beam CT

에너지 변조 필터로 구현한 이중 에너지 콘빔 CT의 에너지 스펙트럼 평가 연구

  • Ahn, Sohyun (Department of Radiation Oncology, College of Medicine, Yonsei University) ;
  • Cho, Sam Ju (Department of Radiation Oncology, College of Medicine, Yonsei University) ;
  • Keum, Ki Chang (Department of Radiation Oncology, College of Medicine, Yonsei University) ;
  • Choi, Sang Gyu (Department of Radiation Oncology, Colledge of Medicine, Dankook University) ;
  • Lee, Rena (Department of Radiation Oncology, School of Medicine, Ewha Womans University)
  • 안소현 (연세대학교 의과대학 방사선종양학교실) ;
  • 조삼주 (연세대학교 의과대학 방사선종양학교실) ;
  • 금기창 (연세대학교 의과대학 방사선종양학교실) ;
  • 최상규 (단국대학교 의과대학 방사선종양학과) ;
  • 이레나 (이화여자대학교 의과학과)
  • Received : 2016.03.14
  • Accepted : 2016.03.28
  • Published : 2016.03.31

Abstract

Dual energy cone-beam CT can distinguish two materials with different atomic compositions. The principle of dual energy cone-beam CT based on modulation layer is that higher energy spectrum can be acquired at blocked x-ray window. To evaluate the possibility of modulation layer based dual energy cone-beam CT, we analyzed x-ray spectrum for various thicknesses of modulation layers by Monte Carlo simulation. To compare with the results of simulation, the experiment was performed on prototype cone-beam CT for 50~100 kVp with CdTe XR-100T detector. As the result of comparing, the mean energy of energy spectrum for 80 kVp are well matched with that of simulation. The mean energy of energy spectrum for 80 and 120 kVp were increased as 1.67 and 1.52 times by 2.0 mm modulation layer, respectively. We realized that the virtual dual energy x-ray source can be generated by modulation layer.

이중 에너지 콘빔 CT는 원자번호가 다른 두 물질을 구분해낼 수 있다는 장점을 가진다. 이중 에너지 콘빔 CT를 구현하는 여러 가지 방법 중, 에너지 변조 필터(modulation layer)에 기반한 이중 에너지 콘빔 CT의 원리는 x-선 발생창의 절반을 구리와 같은 에너지 변조 필터로 차단하면, 차단되지 않은 곳에서는 원래의 관전압에 해당하는 x-선 스펙트럼이 발생하고 에너지 변조 필터로 가려진 부분에서는 저에너지 x-선이 감소된 x-선 스펙트럼이 발생하여 한 번의 스캔에서 두 가지 스펙트럼을 획득할 수 있다는 것이다. 우리는 에너지 변조 필터를 이용한 이중 에너지 콘빔 CT 구현의 가능성을 평가하기 위하여 다양한 두께의 에너지 변조 필터에 의해 생성되는 x-선 스펙트럼을 몬테칼로 전산모사를 이용하여 획득하였다. 전산모사 결과를 검증하기 위하여 동일한 콘빔 CT 시스템에서 CdTe 검출기를 이용하여 50~100 kVp에 대하여 스펙트럼을 측정하였고, 80 kVp 관전압에 대하여 실험과 전산모사로 획득한 스펙트럼의 평균 에너지가 유사함을 확인하였다. 또한 에너지 변조 필터의 두께를 2.0 mm로 하였을 때 스펙트럼의 평균 에너지는 80과 120 kVp에 대하여 각각 1.67, 1.52배까지 증가함을 확인하였다. 따라서 에너지 변조 필터를 사용하면 하나의 x-선 발생장치를 이용하여 가상의 이중 에너지 선원을 구현할 수 있음을 확인하였다.

Keywords

References

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