• 제목/요약/키워드: 전자선 빔 치료

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전자선 치료시 납 차폐체 대체물질로서의 텅스텐 나노입자의 유용성 평가 (Evaluation of the Usefulness of Tungsten Nanoparticles as an Alternative to Lead Shielding Materials in Electron Beam Therapy)

  • 김지향;김나경;이규연;정다빈;허영철
    • 한국방사선학회논문지
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    • 제15권7호
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    • pp.949-956
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    • 2021
  • 본 연구의 목적은 전자빔 치료에서 산란선을 차폐하는 데 사용되는 납의 단점을 극복하기 위한 대체 재료로 텅스텐 나노입자를 선택하여 고선량에서 발생하는 산란선에 차폐 효과가 있는지 여부를 평가하는 것이다. 선량계의 위치와 조사야의 크기를 일정하게 설정하기 위해 판을 자체 제작하였다. 유리 선량계는 10 × 10 cm2 크기의 조사야의 중앙에서 십자로 1, 2, 4 cm 떨어진 지점에 위치하여 12곳의 지점에 위치시켰다. 10 × 10 cm2 크기의 텅스텐 나노입자 차폐체를 0.4, 0.75, 1 mm의 소재로 두께 0.75 mm에서 최대 두께 4.0 mm의 총 12가지 유형의 차폐가 적용되었다. 선형가속기를 사용해서 6 MeV에서 4회, 12 MeV에서 4회 측정하였고 선량의 세기는 100 MU로 조사하였다. 실험 결과 조사야로부터 1 cm 거리에서 4 mm 차폐판이 가장 높은 차폐 효과를 보였다. 조사야로부터 2 cm 거리에 적용된 1 mm 차폐판이 차폐 효과가 가장 낮았다. 텅스텐 차폐판의 두께가 두꺼워짐에 따라 전자선 차폐 효과는 급격히 증가하였다. 결론적으로 텅스텐 나노입자는 전자빔 치료에서 납의 대체 재료로 사용이 가능함을 확인하였다.

10 MeV의 전자선이 텅스텐 표적에 충돌하여 생성되는 광자선 스펙트럼의 계산 (Calculation of Photon Spectra from the Tungsten Target for 10 MeV Electron Beam)

  • 이정옥;정동혁;문성록;강정구;김승곤
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제10권1호
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    • pp.55-62
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    • 1999
  • 방사선치료에 이용되는 X-선의 특성을 고찰하기 위하여, 몬테칼로 방법을 이용하여 텅스텐 표적에 입사한 6, 10, 15 MeV 의 전자선에 의해 발생되는 X-선의 에너지분포와 평균에너지를 계산하였다. 빔의 반경의 함수로서 계산된 광자의 평균에너지는 6, 10, 15 MV에 대하여 각각, 1.4-1.6, 2.1-2.5, 2.8-3.3 MeV 범위로서 반경에 크게 의존하지 않고 거의 일정하였다. 표적과의 수직거리 100 cm에서 구해진 6, 10, 15 MV X-선의 에너지분포를 이용하여, 몬테칼로 계산으로 깊이선량율을 계산하였다. 이 중 10 MV에 대한 것을 측정값과 비교하였다. 계산된 10 MV X-선의 깊이선량율은 표면영역을 제외하고 깊이의 증가에 따라 측정값보다 낮게 나타났다. 그 이유는 실제 X-선의 에너지분포에는 편평화여과기에 의한 빔경화효과가 포함되어 있는 반면, 본 연구에서 수행한 몬테칼로 계산결과에는 이 효과가 포함되어 있지 않기 때문으로 생각된다.

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광자선과 전자선의 인접조사에서 선속 퍼짐현상이 고려된 전자선 차폐물을 이용한 접합 조사면의 선량분포 특성 (Characteristics of Dose Distribution at Junctional Area Using the Divergency Cutout Block in the Abutted Field of Photon and Electron Beams)

  • 임인철;이재승
    • Journal of Radiation Protection and Research
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    • 제36권3호
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    • pp.168-173
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    • 2011
  • 본 연구는 조사통(electron cone)에 삽입되는 전자선 차폐물의 제작방법에 따른 X-선과 전자선의 인접 조사면의 선량분포 특성을 알아보고자 하였다. 차폐물의 제작은 전자선속 퍼짐현상을 고려한 차폐물(divergency block)과 고려하지 않은 차폐물(straight block)을 구분하여 제작하였다. 6 MV X-선과 10 MeV 전자선을 대상으로 표면에서 X-선과 전자선의 조사면을 인접시키고 측정 깊이 0, 1, 2, 3 cm에서 빔 측면도(beam profile)를 측정하였다. 측정 결과 인접 조사면의 선량분포는 straight block의 경우, 기준 투여선량의 5%를 초과하는 고선량 영역과 인접 조사면에서 급격한 선량분포를 형성하였으나 divergency block의 경우, 측방산란효과가 감소함으로서 고선량 영역이 현저하게 감소하였으며 인접 조사면에서 균일한 선량분포를 보였다. 따라서 전자선속 퍼짐을 고려한 경우 선량학적 이점을 제공하였고 이를 임상에 적용하기 위하여 전자선의 차폐물 제작방법에 따른 선량측정을 신중하게 고려해야 할 것이다.

고체팬텀을 이용한 국내 방사선 치료시설의 흡수선량에 대한 조사 (External Auditing on Absorbed Dose Using a Solid Water Phantom for Domestic Radiotherapy Facilities)

  • 최창헌;김정인;박종민;박양균;조건우;조운갑;임천일;예성준
    • Radiation Oncology Journal
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    • 제28권1호
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    • pp.50-56
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    • 2010
  • 목 적: 제 3기관에 의해 독립적으로 수행된 방사선 치료 빔의 흡수 선량을 외부 감사의 결과로 보고 한다. 이를 위해 쉽고 편리하게 설치 가능 한 고체 팬텀을 이용하여 흡수 선량을 측정하는 방법을 개발했다. 대상 및 방법: 2008년 12개 방사선 치료 시설에서 외부 감사 프로그램에 참여하였고 47개의 광자선과 전자선의 제 3기관에 의해 American Association of Physicists in Medicine (AAPM) task group (TG)-51 프로토콜을 사용하여 독립적으로 교정되었다. AAPM TG-51 프로토콜은 물에서의 측정을 권고 하고 있지만 팬텀으로 물은 바쁜 병원 상황에선 몇 가지 단점이 있다. 설치와 수송이 편리하고 재현성이 있는 고체 팬텀을 사용하였다. 광자선과 전자선에 대한 물과 고체 팬텀 사이의 선량 보정인자는 스케일링 방법과 실험적 측정에 의해 결정되었다. 결 과: 대부분의 빔은(74%) 제3기관의 프로토콜로 측정한 결과 2%의 편차 이내였다. 그러나 20개 중 2개의 광자선과 27개 중 3개의 전자선은 허용범위(3%)를 초과 하였다. 특히 그중 2개의 빔은 10% 이상의 편차를 보여주고 있다. 6 MV 초과의 고에너지 광자선은 보정인자가 없었다. 6 MV 광자선의 경우 고체 팬텀에서의 흡수선량은 물에서의 흡수 선량보다 0.4% 작게 나타났다. 전자선에 대한 보정인자도 결정되었는데 전자선의 에너지가 증가함에 따라 보정인자는 작아지는 경향을 보여준다. 고체팬텀을 사용한 TG-51 프로토콜의 측정 오차는 ${\pm}1.22%$로 나타났다. 결 론: 개발된 방법은 다기관 임상 연구의 인증 프로그램에 참여할 수 있는 외부 감사 기관 프로그램에 성공적으로 적용되었다. 이 선량측정은 선량을 측정하기 위한 시간을 줄이고 물을 설치할 때의 생길 수 있는 측정오차를 감소시킨다.

유리선량계를 이용한 고에너지 전자선 측정 이용 가능성에 관한 연구 (Feasibility Study of the Radiophotoluminescent Glass Dosimeter for High-energy Electron Beams)

  • 손기홍;정해조;신상훈;이현호;이성현;김미숙;지영훈;김금배
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제22권1호
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    • pp.52-58
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    • 2011
  • 본 연구에서는 유리선량계를 이용하여 전자선 치료빔의 선량평가 이용 가능성을 판단하고자 하였다. GD-302M 유리선량계에 선형가속기를 이용한 전자선과 $^{60}Co$ 방사선조사기로부터 감마선을 조사하였다. 유리선량계의 전자선에서의 선량 선형성, 재현성, 방향성, 선량률의존성, 에너지의존성의 총 5개 항목에 대해서 평가를 하였다. 측정은 물팬톰 $40{\times}40{\times}40cm^3$을 이용하여 유리선량계의 흡수선량을 측정하였다. 명목상 전자선에너지 6, 9, 12, 16, 20 MeV에서의 선량 1 Gy부터 15 Gy까지 유리선량계의 반응도를 평가해 본 결과 5개 전자선 에너지에서 같은 $R^2$=0.999의 선형계수를 확인할 수 있었다. 또한 5개의 에너지에서 총 100개의 유리선량계를 판독한 결과, 재현성은 5개 전자선에너지 평균 ${\pm}1.2%$ (1SD) 이내에서 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 유리선량계의 방향성은 유리선량계의 수직방향인 $90^{\circ}$를 기준으로 하였을때 $0^{\circ}$에서 $90^{\circ}$사이에서 빔방향에 따라 1.5% 이내의 차이를 나타내었다. 선량률의존성은 500 MU/min을 기준으로 200 MU/min에서 1,000 MU/min 사이에서 ${\pm}1.5%$의 차이를 나타내었다. 유리선량계의 에너지 의존성은 원통형 전리함으로 측정한 선량과 비교했을때 5개의 명목상 전자선에너지(6 MeV에서 20 MeV) 각각에 대해 $^{60}Co$ 감마선의 반응도로 일반화시킨 결과 1.1%에서 3.5% 사이에서 낮은값을 나타내었다. 본 연구결과를 통하여 측정환경에 따라 결과값을 적절히 환산인자로 활용한다면 유리선량계를 이용한 전자선치료빔 선량평가가 가능하리라 사료된다.

양성자 빔 선량 분포 검증을 위한 감마 꼭지점 영상 장치의 양면 실리콘 스트립 검출기 신호처리 모듈 개발 (Development of Signal Processing Modules for Double-sided Silicon Strip Detector of Gamma Vertex Imaging for Proton Beam Dose Verification)

  • 이한림;박종훈;김재현;정원균;김찬형
    • Journal of Radiation Protection and Research
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    • 제39권2호
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    • pp.81-88
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    • 2014
  • 최근, 인체 내 양성자 빔의 선량 분포를 검증하기 위해 새로운 개념의 영상기법인 감마 꼭지점 영상(gamma vertex imaging, GVI)이 제안되었다. GVI는 양성자 빔과 매질과의 핵반응으로 인해 발생하는 즉발감마선의 발생 위치를 결정하기 위해 입사한 감마선을 전자 변환기에서 전자로 변환한 후 전자의 궤적을 추적하는 방법을 사용한다. GVI 영상장치는 감마선을 전자로 변환하기 위한 전자 변환기, 전자 궤적을 추적하기 위한 2대의 양면 실리콘 스트립 검출기(double-sided silicon strip detector, DSSD)와 전자의 에너지 결정을 위한 섬광체 흡수부 검출기로 이루어진다. 본 연구에서는 GVI 영상 장치를 구성하는 DSSD 전용의 신호처리 장치를 구성하는 핵심 장치인 전하 민감형 전치증폭기(charge sensitive preamplifier, CSP) 모듈과 성형 증폭기 모듈을 개발하였으며, 상용 제품과 성능을 비교해 보았다. 감마선원의 에너지 스펙트럼 측정 결과, 자체제작 CSP 모듈이 상용 제품보다 에너지 분해능이 약간 낮은 것을 확인하였으며, 성형 증폭기의 경우 거의 동일한 성능을 보여주는 것을 확인할 수 있었다. 개발된 신호처리 장치의 노이즈의 크기를 나타내는 $V_{rms}$ 값은 6.48 keV으로 평가되었으며, 이는 145 ${\mu}m$의 DSSD에 전달되는 전자의 에너지( > ~51 keV)를 고려할 때 본 장치를 이용하여 전자의 궤적을 충분히 정확하게 결정할 수 있음을 확인할 수 있음을 보여준다.

전자선 빔 치료 시 삼차원프린터를 이용하여 제작한 환자맞춤형 볼루스의 유용성 및 선량 정확도 평가 (Efficacy and Accuracy of Patient Specific Customize Bolus Using a 3-Dimensional Printer for Electron Beam Therapy)

  • 최우근;전준철;주상규;민병준;박수연;남희림;홍채선;김민규;구범용;임도훈
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제27권2호
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    • pp.64-71
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    • 2016
  • 삼차원 프린터(3DP)를 이용하여 환자맞춤형 전자선 치료용 볼루스(patient specific customized bolus, PSCB)를 제작하는 절차를 고안하고 제안된 방법으로 제작한 PSCB의 선량 정확도를 평가했다. 치료계획장치에서 치료계획표적용적(PTV)에 적합한 전자선 빔과 조사면 크기를 선택하고 초기 선량계산을 수행했다. 계산된 선량분포를 기반으로 PSCB를 그리고 재계산을 수행했다. 수 차례 반복을 통해 최상의 PSCB를 설계하고 설계된 윤곽자료를 DICOMRT 프로토콜을 이용해 자체 제작한 변환프로그램으로 전송했다. PSCB의 윤곽자료는 자체 변환프로그램을 이용해 3DP에서 인식 가능한 파일(STL 포맷)로 변환한 후 3DP를 이용해 제작했다. PSCB의 유용성을 검증하기 위해 2명의 가상 환자(오목, 볼록 유형)를 생성했고 각각의 환자에 가상의 PTV와 정상장기(OAR)을 생성했다. 3D-PSCB 를 사용했을 때와 사용하지 않았을 때의 선량체적히스토그램(DVH)와 선량 특성을 비교했다. 3D-PSCB 제작의 정확도를 분석하기 위해 필름 선량측정을 통해 선량 정확도를 평가했다. 치료계획 결과와 필름을 이용한 선량분포를 중첩한 후 빔 중심축에서의 심부선량곡선을 구했고 감마분석(3% 선량 오차와 3 mm 거리오차)을 수행 했다. 2명의 가상환자 모두에서 PSCB를 사용한 경우 PTV 선량은 큰 차이를 보이지 않았다. PSCB를 사용할 경우 PSCB를 사용하지 않는 경우에 비해 OAR의 최대 선량, 최소선량, 평균선량은 각각 평균 9.7%, 36.6%, 28.3% 감소했다. 처방선량의 90% 선량($V_{90%}$)을 받는 OAR의 용적은 PSCB를 적용할 경우 약 99% 낮아졌다(14.40 vs $0.1cm^3$). 또한 처방선량의 80% 선량을 받는 OAR 체적도 PSCB를 사용할 경우 약 91% 줄었다(42.6 vs $3.7cm^3$). 감마분석 결과(3%, 3 mm) 오목 및 볼록 볼루스를 적용한 경우 각각 95%, 98% 통과율(pass rate)을 보였다. 3DP를 이용해 PSCB를 제작하는 절차를 정립하고 선량적 정확도를 평가해서 임상적용이 가능한 만족할 만한 결과를 얻었다. 3DP 기술의 빠른 발전에 힘입어 PSCB의 임상적용이 좀 더 쉬워지고 적용대상이 확장될 것으로 생각된다.

세로 자기장에서 6 MeV 전자선의 선량분포에 관한 몬데칼로 계산 (Monte Carlo Calculation of the Dose Profiles for a 6 MeV Electron Beam with Longitudinal Magnetic Fields)

  • 오영기;정동혁;신교철;김기환;김정기;김진기;김부길;이정옥;문성록
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제13권4호
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    • pp.195-201
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    • 2002
  • 측방 산란이 상대적으로 많은 6 MeV 전자선에 대하여 세로 자기장에서 반음영의 변화를 몬테칼로 계산을 이용하여 연구하였다. 전자의 물질과의 상호작용 계산에서 외부 자기장의 효과를 반열하기 위하여 자기장에서 전자의 방향변화에 관한 알고리즘을 개발하여 EGS4 시스템에 삽입하였다. 완성된 코드를 이용하여 점선원 기하구조를 설정하고 SSD 100 cm에서 직경 5 cm인 전자선에 대하여 0-3 T의 세로 자기장이 걸려있는 팬텀속 1.5 cm, 2.0 cm, 2.4 cm 깊이에서의 빔 프로파일을 계산하였다. 자기장의 세기에 따른 반음영의 감소를 나타내기 위해 같은 질이에서의 기존 반음영의 폭과 자기장에 의한 반음영 폭의 감소 비로 반음영 감소율(PRR)을 정의하였다. 계산결과 팬텀속 1.5 cm, 2.0 cm, 2.4 cm 깊이에 대하여 자기장의 세기가 2 T인 경우에 PRR은 각각 27%, 36%, 36%로 나타났으며, 3 T인 경우에는 각각 46%, 50%, 50%로 나타났다 0.5 T와 1 T에서는 자기장의 효과가 매우 미약하였다. 이 결과는 6 MeV 전자선의 경우에 2 T 이상의 자기장을 세로방향으로 인가한는 경우에 측방산란된 전자들이 자기장에 의하여 편향되면서 반음영의 폭이 크게 줄어드는 것으로 해석할 수 있다. 결론적으로 전자선치료에서 세로 자기장을 병행하는 경우에 조사면 가장자리의 선량감소가 보상됨으로써 치료효과의 증대를 기대할 수 있다.

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방사선 치료용 전자선의 에너지별 납(Pb) 차폐체 두께 측정 (A Study on the Lead(Pb) Shield Thickness per Electron Beam Energy in Radiotherapy)

  • 김가중
    • 한국방사선학회논문지
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    • 제16권6호
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    • pp.719-725
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    • 2022
  • 본 연구는 임상에서 이용되는 전자선 빔의 에너지별 차폐를 위한 최소한의 납 두께를 측정하여 정량적으로 평가하고 기준을 설정하고자 한다. 전자선 에너지별 납 차폐체의 두께는 최대선량 깊이(dmax)와 조직선량의 기준 깊이인 표면 10 mm 깊이에서 개방 조사야를 기준으로 1차선속의 95%로 감소시킬 수 있는 납 두께를 측정하였다. 측정 결과 6 MeV 전자선의 납 차폐체 두께는 최대선량 깊이에서 1.906 mmPb, 조직선량 기준깊이(10 mm)에서 1.992 mmPb로 나타났으며, 9 MeV 전자선은 2.746 mmPb, 3.743 mmPb, 12 MeV 전자선은 3.718 mmPb, 6.093 mmPb, 16 MeV 전자선은 7.300 mmPb, 15.270 mmPb, 20 MeV 전자선은 16.825 mmPb, 25.090 mmPb로 측정 깊이를 조직선량 기준깊이로 할 때 더 두꺼운 납 차폐체가 필요하였다. 또한 16 MeV 이상의 전자선은 이론식보다 더 두꺼운 납 차폐체가 요구된다.

전자선 치료 시 Bolus를 적용한 경우 표면선량의 Treatment Planning System(TPS) 계산 값과 실제 측정값의 비교 (Comparison of Treatment Planning System(TPS) and actual Measurement on the surface under the electron beam therapy with bolus)

  • 김병수;박주영;박병석;송용민;박병수;송기원
    • 대한방사선치료학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.163-170
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    • 2014
  • 목 적 : 표재성 종양 치료를 위하여 선택한 전자선은 bolus와 동시에 사용할 경우 표면선량에 급격한 변화를 보이게 되며 이는 치료결과의 중요한 변수로 작용할 수 있다. 이에 본 논문에서는 전자선 치료에서 bolus가 적용될 경우 표면선량을 좌우할 수 있는 4 가지 변수에 따른 치료계획시스템(Treatment Planning System, TPS)의 표면선량 계산 값과 실제 측정값을 비교 분석하였다. 대상 및 방법 : 치료계획시스템(Pinnacle 9.2, philips, USA)과 실제 측정값을 비교하기 위하여 실제 치료 시 주로 발생되는 4가지 변수(A: bolus 두께 - 3, 5, 10 mm, B: 조사야 크기 - $6{\time}6$, $10{\time}10$, $15{\time}15cm2$, C: 에너지 - 6, 9, 12 MeV, D: 겐트리 각도 - 0, $15^{\circ}$)를 설정하였다. 16 cm 두께의 solid water phantom을 이용하여 bolus(Action Products, USA) 없이 전산화단층촬영(lightspeed ultra 16, General Electric, USA)을 시행하였고 치료 계획은 TPS 상에서 각각 3, 5, 10 mm bolus를 생성하여 A, B, C, D를 조합한 총 54개의 beam으로 계획하였다. 이때 SSD 100 cm, 300 MU를 조사하였고 TPS와 실제 측정값을 비교 분석하기 위해 EBT3 film(International Specialty Products, NJ, USA)을 이용해 iso-center에 위치시켜 2회 반복 측정하였다. 측정된 film은 디지털 평판 스캐너(Expression 10000XL, EPSON, USA)와 선량 농도 분석시스템(Complete Version 6.1, RIT, USA)을 사용하여 각각의 평균값과 표준편차 값으로 분석하였다. 결 과 : bolus 두께에 따른 값은 3, 5, 10 mm에서 실제 측정된 값이 TPS의 계산 값보다 각각 101.41%, 99.58%, 101.28%, 표준편차는 각각 0.0219, 0.0115, 0.0190 으로 나타났다. 조사야 크기에 따른 실제 측정값은 $6{\time}6$, $10{\time}10$, $15{\time}15cm2$ 각각 계산 값에 비해 99.63%, 101.40%, 101.24%, 표준편차는 0.0138, 0.0176, 0.0220 으로 나타났다. 에너지에 따른 값은 상대적으로 6, 9, 12 MeV 각각 99.72%, 100.60%, 101.96%, 표준편차는 0.0200, 0.0160, 0.0164로 나타났다. 빔 각도에 따른 실제 측정값은 계산된 값에 비하여 0, $15^{\circ}$에서 각각 100.45%, 101.07%, 표준편차는 0.0199, 0.0190 으로써 $15^{\circ}$에서 $0^{\circ}$보다 0.62% 높게 측정되었다. 결 론 : 본 논문에서 사용한 변수에 따른 계산 값과 측정값을 분석한 결과 5 mm bolus, $6{\time}6cm2$ 조사야, 저 에너지 전자선, $0^{\circ}$ 겐트리 각도에서 TPS로 계산한 값이 측정값에 더 가까웠지만 다른 변수를 적용한 비교에서도 최대 2% 오차범위 내에 포함되는 결과를 보였다. 전자선과 bolus를 동시에 사용하는 경우 본 논문에서 선택된 변수의 범위를 벗어난다면 각각의 변수에 따라 실제 측정값이 TPS와 달라질 수 있기 때문에 정확한 표면선량에 대한 QA를 반드시 실시해야 한다.