투과선량을 이용한 온라인 선량측정에서 불균질조직에 대한 선량 보정

Inhomogeneity correction in on-line dosimetry using transmission dose

목적 : 환자를 통과한 투과선량으로부터 알고리즘을 이용하여 종양선량을 계산하는 새로운 개념의 온라인 선량측정시 인체 조직내의 폐 등 불균질조직의 존재는 인체내 종양선량 및 투과선량에 영향을 미친다. 인체내에 불균질조직이 존재하는 경우 측정된 투과선량으로부터 종양선량 환산시 밀도를 이용한 보정의 정확도를 확인하기 위하여 실험을 시행하였다. 방법: 폐조직의 밀도와 유사한 재질인 코르크 (밀도 $0.202\;gm/cm^3$) 팬톰 (CP) 과 연부조직의 밀도와 유사한 재질인 폴리스티렌 (밀도 $1.040gm/cm^3$) 팬톰 (PP)을 사용하였으며 인체의 흥부와 유사한 조건에서 측정하였다. 즉 흥부에 방사선이 전후 방향에서 조사될 경우에 해당하는 팬톰은 3cm 두께의 PP을 CP 상하에 위치하였으며 CP의 두께는 5, 10, 20cm 으로 하였다. 흥부에 방사선이 측면에서 조사되는 경우에 해당하는 팬톰은 중앙에 종격동에 해당하는 6cm 두께의 PP 을 위치하고 좌우에 10cm 두께의 CP 을 위치하였으며 그 외측에 다시 3 cm 두께의 PP 을 위치하였다. 4 MV, 6 MV 및 10 MV X 선을 사용하였으며 조사면의 크기는 $3{\times}3$ 내지 $20{\times}20cm$의 범위, 팬톰-전리함간 거리 (phantom-chamber distance, PCD) 는 10-50 cm 으로 하였다. 또한 두 물질에 대한 밀도차를 이용하여 CP 과 동일한 방사선 감쇄를 나타낼 것으로 예상되는 두께의 PP 을 CP 대신 위치하여 동일한 방법으로 측정하여 비교하였다. 결과: 밀도를 이용하여 보정한 CP 와 등가두께의 PP 을 사용한 경우의 투과선량은 CP 을 사용한 경우에 비하여 CP 의 두께 5cm 인 경우 4, 6, 10MV에서 각각 평균 0.18(${\pm}0.27$) %, 0.10(${\pm}0.43$) %, 0.33(${\pm}0.30$) %의 오차를 보였다. CP 의 두께 10cm 인 경우에는 에너지별로 0.23(${\pm}0.73$) %, 0.05(${\pm}0.57$) %, 0.04(${\pm}0.40$) %, 20cm 인 경우에는 0.55(${\pm}0.36$) %, 0.34(${\pm}0.27$) %, 0.34(${\pm}0.18$) % 의 오차를 보였다 중간에 6 cm 의 PP 을 위치한 경우에는 에너지별로 1.15(${\pm}1.86$) %, 0.90(${\pm}1.43$)%, 0.86(${\pm}1.01$)% 의 오차를 나타내었다. 이 경우에는 PCD 10 cm 의 경우에 비교적 큰 오차를 보였으며 PCD 10 cm 인 경우를 제외하면 에너지별로 0.47(${\pm}1.17$) %, 0.42(${\pm}0.96$) %, 0.55(${\pm}0.77$0.77) % 의 오차로 크게 감소하였다. 결론: 방사선이 통과하는 경로에 불균질조직인 폐가 존재할 경우에도 불균질조직에 대하여 조직의 밀도를 이용하여 보정하는 방법을 사용하여 투과선량으로부터 종양선량을 계산할 수 있음을 알 수 있었다.

Purpose: Tissue inhomogeneity such as lung affects tumor dose as well as transmission dose in new concept of on-line dosimetry which estimates tumor dose from transmission dose using the new algorithm. This study was carried out to confirm accuracy of correction by tissue density in tumor dose estimation utilizing transmission dose. Methods: Cork phantom (CP, density $0.202\;gm/cm^3$) having similar density with lung parenchyme and polystyrene phantom (PP, density $1.040\;gm/cm^3$) having similar density with soft tissue were used. Dose measurement was carried out under condition simulating human chest. On simulating AP-PA irradiation, PPs with 3 cm thickness were placed above and below CP, which had thickness of 5, 10, and 20 cm. On simulating lateral irradiation, 6 cm thickness of PP was placed between two 10 cm thickness CPs additional 3 cm thick PP was placed to both lateral sides. 4, 6, and 10 MV x-ray were used. Field size was in the range of $3{\times}3$ cm through $20{\times}20$ cm, and phantom-chamber distance (PCD) was 10 to 50 cm. Above result was compared with another sets of data with equivalent thickness of PP which was corrected by density. Result: When transmission dose of PP was compared with equivalent thickness of CP which was corrected with density, the average error was 0.18 (${\pm}0.27$) % for 4 MV, 0.10 (${\pm}0.43$) % for 6 MV, and 0.33 (${\pm}0.30$) % for 10 MV with CP having thickness of 5 cm. When CP was 10 cm thick, the error was 0.23 (${\pm}0.73$) %, 0.05 (${\pm}0.57$) %, and 0.04 (${\pm}0.40$) %, while for 20 cm, error was 0.55 (${\pm}0.36$) %, 0.34 (${\pm}0.27$) %, and 0.34 (${\pm}0.18$) % for corresponding energy. With lateral irradiation model, difference was 1.15 (${\pm}1.86$) %, 0.90 (${\pm}1.43$) %, and 0.86 (${\pm}1.01$) % for corresponding energy. Relatively large difference was found in case of PCD having value of 10 cm. Omitting PCD with 10 cm, the difference was reduced to 0.47 (${\pm}$1.17) %, 0.42 (${\pm}$0.96) %, and 0.55 (${\pm}$0.77) % for corresponding energy. Conclusion When tissue inhomogeneity such as lung is in tract of x-ray beam, tumor dose could be calculated from transmission dose after correction utilizing tissue density.