The anger-type gamma camera and novel marker compound using Tc-99m were firstly introduced in 1963. The gamma camera systems have being improved and applied to various fields, for example, medical, industrial, and environmental fields. Gamma camera is mainly composed of collimator, detector, and signal processor. And the radiative source is namely the imaging object. The collimator is essential component of gamma camera system because the imaging performance of system is mainly dependent on the collimator. The performance evaluation of collimators can be done by using evaluating factors.
In this study, the novel factors for gamma camera evaluation are suggested. The established evaluating factors by NEMA are FWHM, sensitiviy, and uniformity. They have some limitations in spite of their usefulness. Firstly, performance evaluation by those factors give insensitive and indirect results only. Secondly, the evaluation of noise property is ambiguous. Thirdly, there is no synthetic evaluation of system performance.
Simulation with monte carlo code and experiment with a small camera camera were simultaenuously performed to verify novel evaluating factors. For the evaluation of spatial resolution, MTF was applied instead of FWHM. The MTF values presents excellent linear relationship with FWHM values. The NNPS was applied instead of uniformity and sensitivity for the evaluation of noise fluctuation. The NNPS values also presents linear relationship with sensitivity and unifomity. Moreover, these novel factors give quantities as the function of spatial frequencies. Finally, the DQE values were given by calculations with MTF, NNPS, and input SNR. DQE effectively presents the synthetic evaluation of gamma camera performance.
It is the conclusion that MTF, NNPS, and DQE can be novel evaluating factors for gamma camera systems and the new factor for synthetic evaluation is derived.
감마카메라는 1960년대 앵거형 카메라와 Tc-99m이라는 새로운 표식화합물이 소개된 이래 지속적으로 발전되어 현재는 의료분야 뿐만 아니라 산업 및 환경분야 등지에서 다양한 응용연구가 시도되고 있다. 감마카메라는 크게 조준기와 검출기, 그리고 신호처리부로 구성되어 있으며 감마선원이 곧 피사체가 된다. 이 때 조준기는 감마카메라에 필수불가결한 요소가 되며, 조준기에 따라 시스템 전체의 성능이 크게 좌우된다. 따라서 조준기를 사용 목적에 맞도로 최적화하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있는데, 이것은 감마카메라 성능평가 과정을 통해 이루어진다.
본 연구에서는 감마카메라의 성능을 효과적으로 평가할 수 있는 새로운 인자를 도입하여 제시하였다. 영상촬영시스템의 성능은 크게 공간분해능과 잡음도의 관점에서 분석할 수 있다. 기존의 감마카메라 성능평가 기준은 NEMA로 대표되는데, 거기에는 공간해상도를 평가하는 FWHM과 신호간 변동 폭을 의미하는 잡음도를 평가할 수 있는 평면민감도와 균일도가 있다. 이러한 성능평가 인자들은 효과적일 때도 있지만 몇 가지 한계점을 안고 있다. 첫째는 대표값을 제시하는 간접적인 성능평가방법이라는 것이다. 한 개의 값을 통해서 전체적인 성능을 추정해야 하므로 근본적인 한계를 가지고 있을 수밖에 없는 것이다. 둘째는 정량적이고 구체적인 잡읍 특성의 분석이 어렵다는 것이다. 평면민감도와 균일도 모두 잡음 특성을 평가하기에는 빈약한 측면이 많기 때문이다. 마지막으로 감마카메라의 성능을 종합적으로 표현할 수 있는 인자가 없다는 것이다. 이것은 효과적인 감마카메라 설계, 혹은 유지보수(Quality Assurance)에 어려움이 될 수 있다. 이와 같은 한계점들을 극복할 수 있는 새로운 성능평가 인자들은 MTF와 NNPS, 그리고 DQE 이다.
새롭게 제시되는 이 세가지 인자들은 엑스선카메라 성능평가에 널리 사용되고 있는 것들이다. 감마카메라와 엑스선카메라에는 많은 차이점이 있지만, 성능평가의 관점에서는 근본적으로 동일하므로 위와 같은 개념들을 적용할 수 있다. 엑스선카메라에 적용되고 있는 각 성능평가 인자들의 측정방법을 감마카메라에 맞도록 수정하여 적용한 결과, MTF는 FWHM과 선형적인 상관관계를 가지는 것이 확인되었다. 또한 NNPS는 평면민감도 및 균일도와 선형적인 상관관계를 가지고 있다. 이것은 MTF와 NNPS가 기존의 성능평가 인자들을 대체할 수 있다는 것을 의미한다. 이뿐 아니라 MTF와 NNPS는 공간해상도와 잡음 특성을 직접적이고 정량적으로 표현할 뿐 아니라 공간주파수의 함수로 표현이 가능하다. 이것은 기존의 성능평가 인자들의 기능적인 한계를 효과적으로 극복할 수 있음을 의미한다. 또한 DQE 측정결과는 조준기의 변화에 따른 감마카메라의 종합적인 성능 변화를 효과적으로 보여주었다.
마지막으로 본 실험에 사용하였던 다양한 크기의 구멍을 가지는 바늘구멍 조준기 대신 원리적으로 전혀 다른 부호화 조준기를 사용했을 때의 감마카메라의 성능을 평가해 보았다. 그 결과, MTF와 NNPS, 그리고 DQE 모두가 이론적으로 예측되었던 부호화 조준기의 성능을 정확하게 잘 표현하고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 MTF와 NNPS, 그리고 DQE는 기존에 사용되던 감마카메라의 성능평가 인자들을 효과적으로 대체할 뿐 아니라 직접적이고 정량적인 성능평가를 가능하게 하며, DQE를 통한 종합적인 성능평가가 가능하다고 결론내릴 수 있다. 따라서 본 연구의 결과가 향후 감마카메라의 설계 및 유지보수에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
