Modification of Trunk Thickness of MIRD phantom Based on the Comparison of Organ Doses with Voxel Phantom

Because the MIRD phantom, the representative mathematical phantom was developed for the calculation of internal radiation dose, and simulated by the simplified mathematical equations for rapid computation, the appropriateness of application to external dose calculation and the closeness to real human body should be justified. This study was intended to modify the MIRD phantom according to the comparison of the organ absorbed doses in the two phantoms exposed to monoenergetic broad parallel photon beams of the energy between 0.05 MeV and 10 MeV. The organ absorbed doses of the MIRD phantom and the Zubal yokel phantom were calculated for AP and PA geometries by MCNP4C, general-purpose Monte Carlo code. The MIRD phantom received higher doses than the Zubal phantom for both AP and PA geometries. Effective dose in PA geometry for 0.05 MeV photon beams showed the difference up to 50%. Anatomical axial views of the two phantoms revealed the thinner trunk thickness of the MIRD phantom than that of the Zubal phantom. To find out the optimal thickness of trunk, the difference of effective doses for 0.5 MeV photon beams for various trunk thickness of the MIRD phantom from 20 cm to 36 cm were compared. The optimal thunk thickness, 24 cm and 28 cm for AP and PA geometries, respectively, showed the minimum difference of effective doses between the two phantoms. The trunk model of the MIRD phantom was modified and the organ doses were recalculated using the modified MIRD phantom. The differences of effective dose for AP and PA geometries reduced to 7.3% and the overestimation of organ doses decreased, too. Because MIRD-type phantoms are easier to be adopted in Monte Carlo calculations and to standardize, the modifications of the MIRD phantom allow us to hold the advantage of MIRD-type phantoms over a voxel phantom and alleviate the anatomical difference and consequent disagreement in dose calculation.

체적소팬텀과의 장기선량 비교를 통한 MIRD팬텀 몸통두께 수정

대표적인 수학적 팬텀인 MIRD팬텀은 개발 당시 컴퓨터 계산시간을 단축하기 위해 단순화된 수학방정식으로 표현되었으며 본래 내부피폭 선량계산에 이용하기 위해 제작되었으므로 실제 인체구조에 근접하는 정도와 외부피폭 선량계산 용도로서의 적합성 여부를 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 인체의 단층촬영영상을 이용하여 제작된 Zubal 체적소팬텀과 MERD팬텀이 가장 일반적인 피폭모드인 AP 및 PA모드 감마선장에 노출될 때 장기선량 계산결과 및 단층영상을 비교하여 선량차이의 주요 원인이 되는 MIRD팬텀의 몸통두께를 수정하였다. AP와 PA방향으로 입사하는 0.05MeV에서 10MeV의 에너지 범위를 가진 넓고 평행한 단일 에너지 감마선장에 대해 MIRD팬텀과 Zubal팬텀의 장기선량을 MCNP4C를 이용하여 계산 및 비교한 결과 저에너지 영역에서 AP와 PA방향 모두 MIRD팬텀이 Zubal팬텀보다 높은 선량을 받았으며 유효선량의 경우 특히 PA방향, 0.05MeV 광자빔에 대해서 50%에 가까운 선량차이를 보였다 몸통부분 단층영상을 비교한 결과 Zubal팬텀에 비해서 MIRD팬텀의 몸통 두께가 얇아서 나타나는 결과임을 확인하게 되었고 MIRD몸통두께의 최적값을 찾아내기 위해 20cm에서 32cm까지 변화시켜가며 원전 작업환경에서 가장 많이 받게되는 0.5MeV 감마선에 대한 유효선량을 계산하여 비교하였다. AP방향에서는 24cm, PA방향에서는 28cm일 때 최소의 선량차이를 보이는 것으로 나타났고 이에 따라 몸통모델을 수정하였다. 수정된 MIRD팬텀을 이용하여 장기선량을 재계산하여 Zubal팬텀의 선량과 비교한 결과 특히 PA방향에서 큰 과대평가를 보였던 장기들의 선량차이가 현저하게 줄었고 유효선량의 경우 0.5 MeV 광자빔에 대해 AP, PA방향 각각 -0.5%와 7.3%의 낮은 선량차이를 보였다. Zubal팬텀에 의해 계산된 선량환산인자는 ICRP74에서 제공하는 값과 큰 차이를 보이고 있으며 수정된 MIRD팬텀은 Zubal팬텀의 값에 준하는 결과를 보였다. 본 연구에서 수정된 MIRD팬텀은 기존에 사용되던 선량환산계수의 수정에 사용될 수 있으며 수학적팬텀의 장점을 살리면서 실제 인체에 근접한 선량계산을 수행할 수 있다.