Analysis of the Dose Distribution of Moving Organ using a Moving Phantom System

구동팬텀 시스템에 의한 움직이는 장기의 선량분포 분석

Purpose: Few researches have been peformed on the dose distribution of the moving organ for radiotherapy so far. In order to simulate the organ motion caused by respiratory function, multipurpose phantom and moving device was used and dosimetric measurements for dose distribution of the moving organs were conducted in this study. The purpose of our study was to evaluate how dose distributions are changed due to respiratory motion. Materials and Methods: A multipurpose phantom and a moving device were developed for the measurement of the dose distribution of the moving organ due to respiratory function. Acryl chosen design of the phantom was considered the most obvious choice for phantom material. For construction of the phantom, we used acryl and cork with density of $1.14g/cm^3,\;0.32g/cm^3$ respectively. Acryl and cork slab in the phantom were used to simulate the normal organ and lung respectively. The moving phantom system was composed of moving device, moving control system, and acryl and cork phantom. Gafchromic film and EDR2 film were used to measure dose ditrbutions. The moving device system may be driven by two directional step motors and able to perform 2 dimensional movements (x, z axis), but only 1 dimensional movement(z axis) was used for this study. Results: Larger penumbra was shown in the cork phantom than in the acryl phantom. The dose profile and isodose curve of Gafchromic EBT film were not uniform since the film has small optical density responding to the dose. As the organ motion was increased, the blurrings in penumbra, flatness, and symmetry were increased. Most of measurements of dose distrbutions, Gafchromic EBT film has poor flatness and symmetry than EDR2 film, but both penumbra distributions were more or less comparable. Conclusion: The Gafchromic EBT film is more useful as it does not need development and more radiation dose could be exposed than EDR2 film without losing film characteristics. But as response of the optical density of Gafchromic EBT film to dose is low, beam profiles have more fluctuation at Gafchromic EBT. If the multipurpose phantom and moving device are used for treatment Q.A, and its corrections are made, treatment quality should be improved for the moving organs.

목 적: 움직이는 장기의 방사선치료시에 움직임을 고려한 선량분포의 연구가 많이 이루어지지 않았고, 정적인 상태로서의 선량분포가 고려된 치료 및 연구가 이루어졌다. 그래서 본 연구는 구동팬텀 시스템을 이용하여 움직이는 장기의 선량분포 계측을 시행하였다. 이 연구의 목적은 호흡에 따른 선량분포의 변화가 어떻게 일어나는지에 대한 실험적 계측에 대한 평가이다. 재료 및 방법: 호흡에 의한 움직이는 장기의 선량분포 측정을 위해서 다목적 팬텀과 구동팬텀을 고안 하였다. 다목적 팬텀의 구성은 아크릴과 코르크를 사용하였고, 아크릴의 밀도는 $1.14g/cm^3$이고 코르크는 $0.32g/cm^3$이다. 아크릴은 정상조직을 표현하기 위해 사용되었고, 코르크는 폐를 묘사하기 위해 제작 되었다. 측정용 필름은 가프크로믹 필름과 EDR2필름을 사용하였다. 구동팬텀 시스템은 상하좌우 2차원적인 움직임을 하도록 설계되었으나 본 실험은 1차원적인 움직임만으로 구동하여 측정하였다. 결 과: 코르크 팬텀에서 측정된 선량분포가 아크릴에서 측정된 선량분포보다 반음영이 크게 나타났다. 가프크로믹 필름으로 측정된 선량분포는 선량분포에 따른 광학농도가 낮기 때문에 분포곡선이 평탄하지 않았다. 내부장기의 움직임이 증가함에 따라 선량분포에서 반음영, 평탄도, 대칭도가 점점 증가하였다. 모든 가프크로믹 필름으로 측정된 선량분포는 EDR2필름으로 측정된 필름보다 평탄도나 대칭도가 좋지 않았지만 반음영은 비슷하게 분포되었다. 결 론: 가프크로믹 필름은 현상이 필요 없기 때문에 사용하기 편하고, 조그만 크기로도 쉽게 잘라서 사용할 수 있다. 또한 많은 양의 방사선을 조사할 수 있는 장점이 있다. 그러나 선량에 따른 광학농도의 변화가 작기 때문에 측정 시에 선량분포에 평탄도가 좋지 않다. 움직이는 장기의 방사선치료시 다목적 팬텀과 구동팬텀을 이용하여 질보정이 이루어진다면 치료효과를 향상시킬 것이라 사료된다.