Gamma imaging devices that can accurately localize the radioactive contamination could be effectively used during nuclear decommissioning or radioactive waste management. While several hand-held devices have been proposed, their low efficiency due to small sensors have severely limited their application. To overcome this limitation, a high-speed gamma imaging system is under development which comprises two quad-type detectors and a tungsten coded aperture mask. Each quad-type detector consists of four rectangular NaI(Tl) crystals with dimensions of 146×146 mm2 and 72 square-type photomultiplier tubes (PMTs). The detectors are placed in front and back to serve as scatter and absorber, respectively, for Compton imaging. In addition, a coded aperture mask was fabricated in rank 19 modified uniformly redundant array pattern and placed in front of the scatter for coded aperture imaging. The system offers several advanced features including 1) high efficiency achieved by employing large-area NaI(Tl) crystals and 2) broad energy range of imaging by employing a hybrid imaging combining Compton and coded aperture imaging. The imaging performance of the system was evaluated through experiments in various conditions with different gamma energies and source positions. The imaging system provides clear images of the source locations for gamma energies ranging from as low as 59.5 keV (241Am) to as high as 1,330 keV (60Co). The imaging resolution was within the range of 7.5–9.4°, depending on gamma energies, when a hybrid maximum likelihood estimation maximization (MLEM) algorithm was used. The developed system showed high sensitivity, as the 137Cs source at distance, incurring dose rate lower than background level (0.03 μSv/h above background dose rate), could be imaged in approximately 2 seconds. Even under lower dose rate condition (i.e., 0.003 μSv/h above background dose rate), the system was able to image the source within 30 seconds. The system developed in the present study broadens the applicable conditions of the gamma ray imaging in terms of gamma ray energy, dose rate, and imaging speed. The performance demonstrated here suggests a new perspective on radiation imaging in the nuclear decontamination and radioactive waste management field.

The swimming behavior of pacific bluefin tuna (Thunnus orientalis) in the offshore sea cage of the brass fishing net was observed and analyzed by imaging sonar techniques. The cultured fish spent most of the time swimming a circular path along the circular cage wall and continued to swim only clockwise direction without completely changing the swimming direction during the 23-hour observation time. In addition, changed swimming behaviors were divided into four categories: (a) the behavior of a large group temporarily swimming in the opposite (counter clockwise) direction, (b) the behavior of a small group temporarily swimming in a small circular path, (c) the behavior swimming small circular path in the center of the cage, and (d) the behavior of a large group swimming across the center of the cage. The maximum swimming speed of the cultured fish was from 3.5 to 3.8 TL/s, the mode was from 1.2 to 1.4 TL/s and the swimming speed during the day time was faster than at night time. It was confirmed the cultured fish swam not only on the surface but also near the bottom net of the cage during the day, but swam mainly at the upper part of the cage at night.

본 연구에서는 DWI 적용 시 X축 거리에 따른 신호 손실과 인공물 발생 여부를 SS-EPI 기법과 비교 분석하여, MS-EPI 기법의 특성을 제시하고 임상 적용 관련 기초자료를 제시하고자 하였다. 3.0T 자기공명영상장치와 팬텀을 사용 하여 자기장 중심축과 좌우 끝 지점 ±3cm, 3번씩 움직여 표준 영상인 T2 강조영상과 SS-EPI DWI, MS-EPI DWI(RESOLVE) 축상면 영상을 획득하였다. 각 동일 부위에서의 SS-EPI DWI, MS-EPI DWI 영상을 T2 강조영상과 감산하여 신호 손실 직경을 측정하여 정량적 분석을 하였다. 정성적 평가는 나이퀴스트 허상과 기하학적 왜곡과 신호 손실, 인공물 발생 여부를 방사선사 3명이 비교평가 하였다. 두 기법 모두 오프 센터(off-center)로 이동할수록 신호 손실구간 또는 기하학적 왜곡이 나타나는데, 특히 MS-EPI 기법에서는 좌우 신호 손실 현상이 매우 증가해 –25, +25 cm 구간에서 는 약 50% 길이가 감소하였다. MS-EPI 기법은 근골격계 질환에서 기존에 매우 높은 영상 유용성을 인정받고 있다. 그러 나 k-공간을 분할 하여 채우는 MS-EPI 기법은 오프 센터의 낮은 공간 주파수 획득 시 위상변동 보정이 안 되어 신호 손실구간이 나타나며, 이에 관한 연구는 전혀 없는 실정이다. 이에 따라 본 연구는 기존의 선행 연구에서의 보여주지 못한 임상적 적용 시 MS-EPI 기법의 문제점을 파악하면서 이러한 정보를 공유하고 추가적인 연구에 토대가 될 수 있는 기초를 마련했다는 점에 의의가 있다.

확산강조 자기공명영상은 초급성기 뇌경색 진단과 뇌종양 진단 및 치료에 매우 유용하지만 뇌줄기 주변에 자화 감수성 인공물이 자주 발생하고 있어 이를 최소화하려는 노력이 필요하다. 확산강조영상은 에코평면영상(echo planar image)을 사용하고 서로 다른 자화 감수성을 가진 구조물들이 인접한 경계면에서 영상의 왜곡을 나타낸다. SENSE(sensitivity encoding) 기법은 자화 감수성 인공물을 감소시킬 수 있다. 본 연구는 뇌 줄기의 해부구조를 모방한 팬텀을 만들어서 확산 강조영상 시 자화 감수성 인공물을 감소시키는 최적의 SENSE 인자(factor)를 알아보았다. 산출된 최적의 SENSE 인자와 현재 임상 값으로 만든 영상을 비교 분석하고, 통계적 유의성을 검증하여 유용성을 알아보았다. 팬텀 실험 결과 SENSE 인자의 크기가 증가할수록 자화 감수성 인공물은 감소하였다. SENSE 인자 2.5, 3.0, 3.5, 4.0을 적용한 영상은 기준 영상 과 같은 크기의 왜곡이 발생하였다. 산출된 SENSE 인자 2.5의 실험군과 1.5을 적용한 대조군 각각 40명의 영상을 비교 분석하였다. SENSE 인자 1.5를 적용한 대조군은 SENSE 인자 2.5를 적용한 실험군에 비해서 자화 감수성 인공물이 더 크게 발생하였고, 통계적으로 유의하게 나타났다. 본 연구를 통해서 뇌 확산강조영상 획득 시 SENSE 인자 2.5를 적용한다 면 진단적으로 더욱 가치가 있는 영상을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

Social interactions often involve encountering inconsistent information about social others. We conducted a functional magnetic resonance imaging (fMRI) study to comprehensively investigate voxel-wise temporal dynamics showing how impressions are anchored and/or adjusted in response to inconsistent social information. The participants performed a social impression task inside an fMRI scanner in which they were shown a male face, together with a series of four adjectives that described the depicted person's personality traits, successively presented beneath the image of the face. Participants were asked to rate their impressions of the person at the end of each trial on a scale of 1 to 8 (where 1 is most negative and 8 is most positive). We established two hypothetical models that represented two temporal patterns of voxel activity: Model 1 featured decreasing patterns of activity towards the end of each trial, anchoring impressions to initially presented information, and Model 2 showed increasing patterns of activity toward the end of each trial, where impressions were being adjusted using new and inconsistent information. Our data-driven model fitting analyses showed that the temporal activity patterns of voxels within the ventral anterior cingulate cortex, medial orbitofrontal cortex, posterior cingulate cortex, amygdala, and fusiform gyrus fit Model 1 (i.e., they were more involved in anchoring first impressions) better than they did Model 2 (i.e., showing impression adjustment). Conversely, voxel-wise neural activity within dorsal ACC and lateral OFC fit Model 2 better than it did Model 1, as it was more likely to be involved in processing new, inconsistent information and adjusting impressions in response. Our novel approach to model fitting analysis replicated previous impression-related neuroscientific findings, furthering the understanding of neural and temporal dynamics of impression processing, particularly with reference to functionally segmenting each region of interest based on relative involvement in impression anchoring as opposed to adjustment.

MRI는 인체에 수소 밀도에 따른 재현성의 차이가 상대적으로 기존의 영상 장비들에 비교하여 큰 차이가 있으므로 임상 에서 이를 증명하고 문제 발견 시 이를 보완하는 것이 딥러닝 알고리즘은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 현재 특수 의료장비에서 권하는 미국 방사선 의학회(American College of Radiology, ACR)의 두부 전용 MRI 팬텀을 사용하여 영상 품질기준에 현재 임상 적용되고 있는 딥러닝 알고리즘 방법을 적용하여 딥러닝 알고리즘 적용 전후 변화를 평가해 보고자 하였다. 연구 결과 분해능을 측정하는 항목인 고대조도 공간 분해능과 같이 해상도와 관련된 영상 품질은 분해능은 개선되었음을 알 수 있었고, 그뿐만 아니라 위치의 정확도 역시도 기존에 딥러닝 알고리즘의 적용 전 영상과 통계적으로 차이가 있었다. 또한 딥러닝 알고리즘의 강도 차이에도 영상 간 차이는 없었다. 이러한 결과는 특수의료장비 영상품질관리 규정에 적용되고 있는 ACR 팬텀의 평가 기준에 부합 하나, 딥러닝 알고리즘 적용 전후 차이가 통계적으로 있었으며, 이러 한 차이가 재현성과 관련하여 추후에 조금 더 관련된 연구기 필요할 것으로 사료된다.

3D imaging equipment is essential for automated robotic operations that cut radiologically contaminated structure and transfer segmented pieces in nuclear facility dismantling site. Automated dismantling operations using programmed robotic arms can make conventional nuclear facility dismantling operations much more efficient and safer, so dismantling technologies using robotic arms are being actively researched. Resolving the position uncertainty of the target structure is very important in automated robot work, and in general industries, the problem of position uncertainty is solved through the method of teaching the robot in the field, but at the nuclear facility dismantling site, the teaching method by workers is impossible due to activated target structures. Therefore, 3D imaging equipment is a key technology for a remote dismantling system using automated robotic arms at nuclear facility dismantling site where teaching methods are impossible. 3D imaging equipment available in radioactive and underwater environments is required to be developed for a remote dismantling system using robotic arms because most commercial 3D scanners are available in air and certain 3D scanners available in radioactive and underwater environments cannot satisfy requirements of the remote dismantling system such as measurement range and radiation resistance performance. The 3D imaging equipment in this study is developed based on an industrial 3D scanner available in air for efficient development. To protect the industrial 3D scanner against water and radiation, a housing is designed by using mirrors, windows and shieldings. To correct measurement errors caused by refraction, refraction model for the developed 3D imaging equipment is defined and parameter studies for uncertain variables are performed. The 3D imaging equipment based on the industrial 3D scanner has been successfully developed to satisfy the requirements of the remote dismantling system. The 3D imaging equipment can survive up to a cumulative dose of 1 kGy and can measure a 3D point cloud in the air and in water with an error of less than 1 mm. To achieve the requirements, a proper industrial 3D scanner is selected, a housing and shielding for water and radiation protection is designed, refraction correction are performed. The developed 3D imaging equipment is expected to contribute to the wider application of automated robotic operations in radioactive or underwater environments.

블록 매칭 및 3D 필터링(BM3D) 알고리즘은 단일 필터의 문제점을 보완하기 위하여 non-local means 기반으로 만들 어진 융합형 노이즈 제거 알고리즘이다. 하지만, 그 수식 인자의 조절에 관한 연구는 이루어지지 않고 있어 본 연구에서는 자기공명영상에서 발생하는 Rician 노이즈를 제거하기 위해 BM3D 알고리즘의 평활화 정도를 결정하는 노이즈 전력 스펙 트럼 밀도(noise power spectrum density,  )에 대한 최적화를 진행하고자 하였다. MRiLab 시뮬레이션 프로그램을 이 용하여 뇌 조직을 모사할 수 있는 뇌척수액(cerebrospinal fluid, CSF)/회색질(gray matter, GM)/백질(white matter, WM) 팬텀의 T1 강조영상을 획득하였고, 노이즈 레벨이 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 그리고 0.3인 Rician 노이즈를 각각 부가 한 후, BM3D 알고리즘의  값을 0.01부터 0.99까지 0.01씩 증가시키며 각각의 노이즈가 부가된 영상에 적용하였다. 정량 적 평가를 통해 최적화 값을 선정하기 위하여 CSF, GM, WM, 그리고 배경 영역에 관심 영역을 설정한 후 조직별 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR), 총 변동계수(coefficient of variation, COV), 그리고 평균 제곱근 오차(root mean square error, RMSE)를 측정하였다. 결과적으로, 조직별로 계산된 SNR, COV, 그리고 RMSE를 종합적으로 평가 했을 때 모든 조직에서 노이즈 레벨 0.1부터 0.3까지 증가함에 따라  값 또한 함께 증가하는 경향이 나타났으며 일정  값 이상에서는 노이즈뿐만 아니라 영상신호까지 함께 제거되어 개선 폭이 감소하는 것으로 관찰되었으며, 노이즈 레벨에 따라 각각 0.09, 0.13, 0.17, 0.21, 그리고 0.25의  값이 설정된 BM3D 알고리즘이 적용되었을 때 가장 합리적인 영상 특성을 보이는 것으로 나타났다. 결론적으로, 효과적인 노이즈 제거를 위해서 고정된 값이 아닌 노이즈 레벨에 따른 적합한 값을 적용해야 함을 증명할 수 있었다.

컴퓨터 성능의 발전으로 빅데이터의 효율적인 사용이 가능해지면서, 심층 학습(deep learning)은 다양한 의료 분야에 활용할 수 있는 핵심적인 인공지능(artificial intelligence, AI) 기법으로 각광받고 있다. 이에 본 종설은 뇌종양 진단과 치료에 사용되는 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI)의 심층 학습 기법을 소개하고자 하였다. 먼저 국내 AI의 의료 분야 도입의 동향을 분석하고, 이를 바탕으로 MRI를 활용한 뇌종양의 진단과 치료에 적용할 수 있는 심층 학습 기법과 그 결과들을 기술하였다. 뇌종양 진단과 치료 시, 심층 학습을 이용한 최근 사례는 영상 분류, 영상 품질 개선, 영상 분할로 나타났으며, 질병의 진단과 치료에 적용할 수 있는 객관적이고 높은 성능 수치를 나타내면서 그 유용성을 확인 할 수 있었다. 종합하자면, 심층 학습은 질병의 진단과 치료에 적용할 수 있는 유용한 지표이며, AI 역량을 지닌 의료진의 지도하에 점진적인 도입이 이뤄진다면 질병의 진단과 치료에 큰 도움을 주는 훌륭한 소프트웨어로 활용될 것으로 여겨진다. 본 종설이 심층 학습을 이해할 때 많은 도움이 되길 바라며, 향후 관련 연구를 수행할 때 가이드라인으로 활용될 것을 기대 한다.

Polarimetric measurements of the lunar surface from lunar orbit soon will be available via Wide-Field Polarimetric Camera (PolCam) onboard the Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO), which is planned to be launched in mid 2022. To provide calibration data for the PolCam, we are conducting speckle polarimetric measurements of the nearside of the Moon from the Earth’s ground. It appears that speckle imaging of the Moon for scientific purposes has not been attempted before, and there is need for a procedure to create a “lucky image” from a number of observed speckle images. As a first step of obtaining calibration data for the PolCam from the ground, we search for the best sharpness measure for lunar surfaces. We then calculate the minimum number of speckle images and the number of images to be shift-and-added for higher resolution (sharpness) and signal-to-noise ratio.

본 연구는 고속스핀에코 기법을 이용한 MRI 검사에서 영상 변수가 전자파 흡수율(SAR)과 온도 증가에 미치는 영향을 평가해 보고자 하였다. 이를 위해 인체 등가 조직 팬텀을 제작하였고 같은 조건에서 재위상화 RF의 FA와 ETL을 증가시키 며 MRI 검사를 시행하였다. SAR는 장비에서 계산된 두부 SAR값을 사용하였고 팬텀의 온도 변화는 양성자 공명 주파수를 이용해 계산하였다. 실험 결과, FA를 60°에서 180°까지 증가시켰을 때 SAR는 약 8배까지 상승하였고 팬텀의 온도 상승의 폭은 약 2.8배(0.21°-0.599°) 증가하였다. 그리고 다중 회귀 분석 결과, FA는 SAR와 온도 상승의 관계에서 표준화 계수 가 각각 0.935, 0.741로 나타나 높은 상관관계를 보였다. ETL은 15에서 30까지 증가시켰을 때 SAR는 약 2배 증가하였 다. 하지만 팬텀의 온도 상승 폭은 오히려 39.2%(0.53°-0.303°) 감소하였다. 다중 회귀 분석 결과에서도 ETL은 SAR의 관계에서 표준화 계수가 0.741로 양의 상관관계를 보였지만 온도 상승의 경우 표준화 계수가 –0.482로 나타나 음의 상관 관계가 있었다. 이는 ETL이 15에서 30까지 증가함에 따라 검사 시간이 약 43% 짧아져 전자파의 노출 시간이 감소한 것이 원인이 될 수 있다. 결국, FSE 기법을 이용한 MRI 검사에서는 재위상화 FA는 최소화하고 기준 SAR 범위 내에서 ETL을 최대로 적용하면 전자파로 인한 온도 상승을 최소화할 수 있어 환자 안전을 증진 시킬 수 있을 것으로 기대한다.

요통을 호소하는 환자에서의 자기공명영상 검사는 다른 영상 진단법에 비해 요추와 주변 조직에 대한 높은 대조도와 해상력, 다양한 영상면의 획득으로 해부학적 구조 파악과 다양한 척추 질환의 진단에 널리 활용되고 있다. 그러나 자기공명 영상 검사는 검사 시간이 길기 때문에 통증으로 협조가 되지 않는 환자들에게서 움직임에 의한 인공물을 유발하는 경우가 많아 검사 시간을 최소화하는 것이 중요하다. 이에 자기공명영상 검사 시간 단축을 위한 다양한 기법들이 개발되어 왔으며, 최근 높은 영상의 질을 유지하면서 검사 시간은 크게 줄이는 K-공간 기반 딥 러닝(K-space based Deep Learning, DL) 기법이 주목받고 있다. 본 연구는 요추 자기공명영상 검사에서 DL 기법의 유용성을 알아보기 위해 본원을 내원하여 척추 질환이 의심되는 환자를 대상으로 DL 기법 적용 전후 시상면 T2 강조 영상과 축상면 T2 강조 영상을 각각 획득하였으며, 신호대잡음비와 대조대잡음비, 영상 획득 시간, 전체적인 영상의 질 및 병변 진단 일치도를 비교 분석하였다. 연구 결과 영상의 질 향상과 검사 시간의 단축뿐만 아니라 빠른 영상 획득으로 움직임이나 호흡에 의한 인공물 또한 감소하는 것을 볼 수 있었다. 따라서 자기공명영상 검사에서 DL 기법 사용 시 진단적 가치가 보다 높은 영상을 제공하는 동시에 환자의 만족도를 높여 임상에서도 유용한 방법이 될 것으로 사료된다.