Development and Evaluation of Silicon Passive Layer Dosimeter Based Lead-Monoxide for Measuring Skin Dose

Due to the high sensitivity to radiation, excessive exposure needs to be prevented by accurately measuring the dose irradiated to the skin during radiation therapy. Although clinical trials use dosimeters such as film, OSLD, TLD, glass dosimeter, etc. to measure skin dose, these dosimeters have difficulty in accurate dosimetry on skin curves. In this study, to solve these problems, we developed a skin dosimeter that can be attached according to human flexion and evaluated its response characteristics. For the manufacture of the dosimeter, lead oxide (PbO) with high atomic number (Z_Pb: 82, Z_O: 8) and density (9.53 g/cm³) and silicon binders that can bend according to human flexion were used. In the case of a dosimeter made of PbO material, the performance degradation has been prevented by using parylene and others due to the presence of degradation due to oxidation, but the previously used parylene is affected by bending, so a new form of passive layer was produced and applied to the skin dosimeter. The characteristic evaluation of the skin dosimeter was evaluated by analyzing SEM, reproducibility, and linearity. Through SEM analysis, bending was evaluated, reproducibility and linearity at 6 MeV energy were evaluated, and applicability was assessed with a skin dosimeter. As a result of observing the dosimeter surface through SEM analysis, the parylene passive layer PbO dosimeter with the positive layer raised to the parylene produced cracks on the surface when bent. On the other hand, no crack was observed in the silicon passive layer PbO dosimeter, which was raised to silicon passive layer. In the reproducibility measurement results, the RSD of the silicon passive layer PbO dosimeter was 1.47% which satisfied the evaluation criteria RSD 1.5% and the linearity evaluation results showed the R² value of 0.9990, which satisfied the evaluation criteria R² 9990. The silicon passive layer PbO dosimeter was evaluated to be applicable to skin dosimeters by demonstrating high signal stability, precision, and accuracy in reproducibility and linearity, without cracking due to bending.

피부선량 측정을 위한 Lead-Monoxide 기반의 Silicon Passive layer PbO 선량계 개발 및 평가

피부는 방사선에 대한 민감도가 높기 때문에 방사선치료 시에 피부에 조사되는 선량을 정확하게 측정하여 과도한 피폭을 방지할 필요가 있다. 임상에서는 film, OSLD, TLD, glass 선량계등과 같은 선량계를 사용하여 피부선량을 측정하고 있지만, 이러한 선량계들은 피부곡면에서의 정확한 선량측정이 힘든 문제점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 인체 굴곡에 따라서 부착이 가능한 피부선량계를 개발하고 그 반응 특성을 평가하였다. 선량계 제작에는 높은 원자번호(Z_Pb: 82, Z_O: 8)와 밀도(9.53 g/cm³)로 방사선검출 측점에서 우수한 특성을 가지고 있는 Lead oxide(PbO)와 인체 굴곡에 따라 휘어질 수 있는 silicon 바인더를 사용하여 재조하였다. 한편 PbO 물질로 제작된 선량계의 경우 산화로 인한 성능 저하가 존재하기 때문에 parylene 등을 사용하여 성능저하를 방지해오고 있었지만, 기존에 사용된 parylene은 bending에 대한 영향을 받기 때문에 silicon을 이용한 새로운 형태의 passive layer를 제작하여 피부선량계에 적용하였다. 피부선량계의 특성평가는 SEM, 재현성, 선형성을 분석하여 평가하였다. SEM 분석을 통하여 bending에 영향을 받는지 평가하였으며, 6 MeV 에너지에서의 재현성, 선형성을 평가하여 피부선량계로 적용이 가능한지 평가하였다. SEM 분석을 통하여 선량계 표면을 관찰한 결과, parylene으로 passive layer가 올라간 parylene passive layer PbO 선량계는 구부러 졌을때, 표면에 crack이 발생하였다. 그에 반해 silicon passive layer가 올라간 silicon passive layer PbO 선량계에서는 crack 이 관찰되지 않았다. 재현성 측정 결과에서 silicon passive layer PbO 선량계의 RSD는 1.47%로 평가기준 RSD 1.5%를 만족하였으며, 선형성 평가 결과에서는 R²값이 0.9998로 나타나 평가기준 R² 0.9990을 만족하였다. silicon passive layer PbO 선량계는 bending에 따른 crack이 발생하지 않으며, 재현성, 선형성에서 높은 신호안정성과 정밀성, 정확성을 보여주어 피부선량계로의 적용이 가능한 것으로 평가되었다.