Comparative Studies on Absorbed Dose by Geant4-based Simulation Using DICOM File and Gafchromic EBT2 Film

Monte Carlo method has been known as the most accurate method for calculating absorbed dose in the human body, and an anthropomorphic phantom has been mainly used as a method of simulating internal organs for using such a calculation method. However, various efforts are made to extract data on several internal organs in the human body directly from CT DICOM files in recent Monte Carlo calculation using Geant4 code and to use by converting them into the geometry necessary for simulation. Such a function makes it possible to calculate the internal absorbed dose accurately while duplicating the actual human anatomical structure. Thus, this study calculated the absorbed dose in the human body by using Geant4 associating with DICOM files, and aimed to confirm the usefulness by compare the result with the measured dose using a Gafchromic EBT2 film. This study compared the dose calculated using simulation and the measured dose in beam central axis using the EBT2 film. The results showed that the range of difference was an average of 3.75% except for a build-up region, in which the dose rapidly changed from skin surface to the depth of maximum dose. In addition, this study made it easy to confirm the target absorbed dose by internal organ and organ through the output of the calculated value of dose by CT slice and the dose value of each voxel in each slice. Thus, the method that outputs dose value by slice and voxel through the use of CT DICOM, which is actual image data of human body, instead of the anthropomorphic phantom enables accurate dose calculations of various regions. Therefore, it is considered that it will be useful for dose calculation of radiotherapy planning system in the future. Moreover, it is applicable for currently-used several energy ranges in current use, so it is considered that it will be effectively used in order to check the radiation absorbed dose in the human body.

DICOM 파일을 사용한 Geant4 시뮬레이션과 Gafchromic EBT2 필름에 의한 인체 내 흡수선량 비교 연구

몬테카를로 방식은 지금까지 인체 내 흡수선량을 계산하는 가장 정확한 방법으로 알려져 왔고. 이러한 계산 방법을 이용하기 위한 인체 내부의 장기 묘사는 인체 모형 팬텀이 주로 사용되어 왔다. 그러나 최근 Geant4 코드를 사용한 몬테카를로 계산에서는 CT의 DICOM 파일에서 인체의 여러 장기에 대한 자료를 직접 추출하고 시뮬레이션에 필요한 geometry로 변환하여 사용하려는 다양한 노력이 시도되고 있다. 이와 같은 기능은 실제 인체의 해부학적 구조를 그대로 재현하면서 인체 내부의 흡수선량을 정확히 계산 할 수 있도록 한다. 따라서 본 연구에서는 DICOM 파일을 연동한 Geant4을 이용하여 인체 내 흡수선량을 계산하였고, 이를 Gafchromic EBT2 필름을 이용한 측정 선량과 비교함으로써 그 유용성을 확인하고자 하였다. 본 연구에서 시뮬레이션을 이용하여 계산한 선량과 EBT2 필름을 이용한 선속 중심축에서의 측정선량을 비교한 결과 피부표면에서부터 최대선량 깊이까지 선량이 급격하게 변화하는 build up 영역을 제외하고는 오차(difference) 범위가 평균 3.75% 임을 알 수 있었다. 또한 선량의 계산 값을 각 CT slice 별로 출력되도록 하였고, 또 각 slice에서도 복셀 하나하나의 선량 값이 출력되도록 하여 측정하고자 하는 장기별, 기관별 흡수선량을 쉽게 확인 할 수 있도록 하였다. 이처럼 인체 모형 팬텀이 아닌 실제 인체의 image data인 CT DICOM 파일을 이용한 선량계산을 각 slice, voxel 별로 선량 값을 출력하는 방식은 다양한 부위의 정확한 선량계산을 가능하게 하므로 향후 방사선 치료계획 시스템의 선량 계산에 유용할 것이라 생각한다. 또한 현재 사용 중인 여러 에너지 영역에도 적용이 가능하므로 인체 내 방사선의 흡수선량 확인을 위해 유용하게 활용되어질 수 있을 것으로 생각된다.