• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제10권2호
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• pp.103-114
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• 1999

본 연구에서는 외부조사 광자선에 대한 3차원 선량계산 알고리즘 모델을 개발하기 위한 기초 연구로서 기존의 2D 선량 계산 알고리즘을 확장시켜 비동일 평면 조사가 가능한 2.5D 선량계산 모델을 개발하였다. 이를 위해 3차원 치료계획 및 선량계산에 적합하도록 환자 및 조사빔에 대한 3차원 좌표계 시스템을 정의하고, 이들 간의 좌표변환식을 유도하였다. 선량계산 알고리즘으로는 "Clarkson-Cunningham" 의 2D 광자선량 계산 알고리즘을 3차원으로 확장시켜 정형 조사면 및 비정형 조사면에 대한 선량계산과 wedge filter에 대한 선량계산이 가능하도록 하였고, Batho 방식을 적용하여 비 균질 보정을 구현하였다. 선량계산의 정확도를 평가하기 위해, AAPM TG #23 에 제시된 절차에 따라 자료에 제시된 4MV 광자선에 대한 실험 값과 본 연구에서 계산된 결과를 비교한 결과, 정형조 사면에 대한 PDD(percent depth dose)는 buildup 영역을 제외하면 $\pm$1% 이내, 비정형 조사면의 경우 $\pm$3% 이내에서 실험값과 일치하였다. 또한, wedge filter에 대한 PDD 및 profile은 $\pm$3% 이내, 45$^{\circ}$ oblique 입사빔에 대한 선량은 $\pm$4% 이내에서 실험값과 일치하였다. 비균질 보정의 경우 Lung/water 경계에서 7% 과소 평가되었고, Bone/water 경계에서 3% 과대 평가되는 것으로 나타났다. 이들 결과를 종합해 볼 때, 비균질 보정을 제외하고는 비교적 정확하게 선량을 계산하는 것으로 평가되었다. 추후 대부분의 상용 2.5D 치료계획시스템 (radiation treatment planning system; RTP)들이 비균질 보정 방법으로 사용하고 있는 Equivalent TAR(tissue-air ratio) 방식을 구현시키고자 하며, 본 연구에서 구현된 선량계산 모듈을 교육 및 연구용으로 활용할 수 있을 것으로 기대 한다.것으로 기대 한다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제26권2호
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• pp.171-176
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• 2014

목 적 : Lung SABR plan 에서 AAA의 calculation grid를 변화시켜 선량변화를 분석하고 그에 따른 영향을 연구하여 적절한 적용 방안에 대해 고찰한다. 대상 및 방법 : 모든 plan에 이용된 4D CT image는 Brilliance Big Bore CT(Philips, Netherlands)에서 촬영되었으며 10 건의 Lung SABR plan($Eclipse^{TM}$ ver 10.0.42, Varian, the USA)에서 anisotropic analytic algorithm (AAA, ver. 10, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, USA)을 이용하여 각각 1.0, 3.0, 5.0 mm의 calculation grid로 계산하였다. 결 과 : 10 건의 Lung SABR plan에서 1.0 mm calculation grid를 사용한 경우 $V_{98}$이 각각 처방선량의 약 $99.5{\pm}1.5%$ 였으며 Dmin이 각각 처방선량의 약 $92.5{\pm}1.5%$ 였고 Homogeneity Index(HI)는 약 $1.0489{\pm}0.0025$로 나타났다. 3.0 mm calculation grid를 사용한 경우 $V_{98}$이 각각 처방선량의 약 $90{\pm}4.5%$였으며, Dmin이 각각 처방선량의 약 $87.5{\pm}3%$ 였고 HI가 약 $1.07{\pm}1$로 나타났다. 5.0 mm calculation grid를 사용한 경우 $V_{98}$이 각각 처방선량의 약 $63{\pm}15%$ 였으며, Dmin이 각각 처방선량의 약 $83{\pm}4%$ 였고 HI가 약 $1.13{\pm}0.2$로 나타났다. 결 론 : 1.0 mm calculation grid의 계산 시간이 3.0 mm, 5.0 mm 보다 오래 걸렸지만 grid의 간격이 좁을수록 상대적으로 작은 PTV를 갖는 plan의 정확성을 향상시키는 것으로 나타났다. 또한 Lung과 같이 비교적 넓게 퍼져 있으며 밀도가 낮은 장기의 작은 PTV를 치료해야 하는 경우에는 1.0 mm의 calculation grid를 사용하는 것이 좋을 것으로 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제28권1호
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• pp.27-32
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• 2017

We investigated the effect of a commercial iterative reconstruction technique (iDose, Philips) on the image quality and the dose calculation for the treatment plan. Using the electron density phantom, the 3D CT images with five different protocols (50, 100, 200, 350 and 400 mAs) were obtained. Additionally, the acquired data was reconstructed using the iDose with level 5. A lung phantom was used to acquire the 4D CT with the default protocol as a reference and the low dose (one third of the default protocol) 4D CT using the iDose for the spine and lung plans. When applying the iDose at the same mAs, the mean HU value was changed up to 85 HU. Although the 1 SD was increased with reducing the CT dose, it was decreased up to 4 HU due to the use of iDose. When using the low dose 4D CT with iDose, the dose change relative to the reference was less than 0.5% for the target and OARs in the spine plan. It was also less than 1.1% in the lung plan. Therefore, our results suggests that this dose reduction technique is applicable to the 4D CT image acquisition for the radiation treatment planning.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제32권4호
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• pp.130-136
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• 2021

Purpose: The Halcyon radiotherapy platform at Groote Schuur Hospital was delivered with a factory-configured analytical anisotropic algorithm (AAA) beam model for dose calculation. In a recent system upgrade, the Acuros XB (AXB) algorithm was installed. Both algorithms adopt fundamentally different approaches to dose calculation. This study aimed to compare the dose distributions of cervical carcinoma RapidArc plans calculated using both algorithms. Methods: A total of 15 plans previously calculated using the AAA were retrieved and recalculated using the AXB algorithm. Comparisons were performed using the planning target volume (PTV) maximum (max) and minimum (min) doses, D95%, D98%, D50%, D2%, homogeneity index (HI), and conformity index (CI). The mean and max doses and D2% were compared for the bladder, bowel, and femoral heads. Results: The AAA calculated slightly higher targets, D98%, D95%, D50%, and CI, than the AXB algorithm (44.49 Gy vs. 44.32 Gy, P=0.129; 44.87 Gy vs. 44.70 Gy, P=0.089; 46.00 Gy vs. 45.98 Gy, P=0.154; and 0.51 vs. 0.50, P=0.200, respectively). For target min dose, D2%, max dose, and HI, the AAA scored lower than the AXB algorithm (41.24 Gy vs. 41.30 Gy, P=0.902; 47.34 Gy vs. 47.75 Gy, P<0.001; 48.62 Gy vs. 50.14 Gy, P<0.001; and 0.06 vs. 0.07, P=0.002, respectively). For bladder, bowel, and left and right femurs, the AAA calculated higher mean and max doses. Conclusions: Statistically significant differences were observed for PTV D2%, max dose, HI, and bowel max dose (P>0.05).

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제14권4호
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• pp.240-248
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• 2003

몬테칼로 계산은 다른 어떤 알고리즘보다 정확한 선량 계산 결과를 주지만 계산 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 본 연구에서는 Varian 600 C/D 선형가속기로부터지 6 MV 광자선에 대해 몬테칼로 계산을 사용하여 얻은 선량 분포가 측정에 의해 얻은 선량 분포와 2％ 이내에서 서로 잘 일치하도록 하며 분산 감소 기법을 사용하여 계산 시간 단축 정도를 평가하였다. 그리고 연산 능력을 높여 계산 시간 단축 정도를 평가하여 분산 감소 기법을 사용한 경우와 연산 능력을 높인 경우 간에 계산 시간 단축 정도를 비교하였다. 몬테칼로 계산 코드로는 빔 모사를 위해 BEAMnrc 코드, 선량 계산을 위해 DOSXYZnrc 코트를 각각 사용하였는데 분산 감소 기법은 이 코드들에서 지원하는 방법들을 사용하였고 연산 능력을 높이는 방법으로는 컴퓨터 클러스터를 이용한 병렬 처리를 사용하였다. 비교 결과, 분산 감소 기법을 사용하여 계산 시간을 최대 1/25 이상 단축시킬 수 있었고 9대의 컴퓨터를 이용한 병렬 처리 결과 계산 시간을 1/9로 단축시킬 수 있었다. 계산 곁과의 정확성을 만족할 만한 수준으로 유지할 수 있다면 분산감소 기법을 포함한 간략화된 물리의 적용은 현 시점에서 몬테칼로 선량 계산 시간을 획기적으로 단축시킬 대안이 될 수 있다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제40권1호
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• pp.17-24
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• 2015

To improve accuracy of dose calculation on kilovoltage cone beam computed tomography (kV CBCT) images, a custom-made phantom was fabricated to acquire an accurate CT number to electron density curve by full scatter of cone beam x-ray. To evaluate the dosimetric accuracy, 9 volumetric modulated arc therapy (VMAT) plans for head and neck (HN) cancer and 9 VMAT plans for lung cancer were generated with an anthropomorphic phantom. Both CT and CBCT images of the anthropomorphic phantom were acquired and dose-volumetric parameters on the CT images with CT density curve (CTCT), CBCT images with CT density curve ($CBCT_{CT}$) and CBCT images with CBCT density curve ($CBCT_{CBCT}$) were calculated for each VMAT plan. The differences between $CT_{CT}$ vs. $CBCT_{CT}$ were similar to those between $CT_{CT}$ vs. $CBCT_{CBCT}$ for HN VMAT plans. However, the differences between $CT_{CT}$ vs. $CBCT_{CT}$ were larger than those between $CT_{CT}$ vs. $CBCT_{CBCT}$ for lung VMAT plans. Especially, the differences in $D_{98%}$ and $D_{95%}$ of lung target volume were statistically significant (4.7% vs. 0.8% with p = 0.033 for $D_{98%}$ and 4.8% vs. 0.5% with p = 0.030 for $D_{95%}$). In order to calculate dose distributions accurately on the CBCT images, CBCT density curve generated with full scatter condition should be used especially for dose calculations in the region of large inhomogeneity.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1998년도 춘계학술발표회논문집(2)
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• pp.618-623
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• 1998

A shielding analysis was performed for the end shield of CANDU 6 reactor. The one-dimensional discrete ordinate code ANISN with a 38-group neutron-gamma library, extracted from DLC-37D library, was used to estimate the dose rate for the natural uranium CANDU reactor. For comparison MCNP-4B calculation was performed for the same system using continuous, discrete and multi-group libraries. The comparison has shown that the total dose rate of the ANISN calculation agrees well with that of the MCNP calculation. However, the individual dose rate (neutron and gamma) has shown opposite trends between AMISN and MCNP estimates, which may require a consistent library generation for both codes.

• Radiation Oncology Journal
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• 제28권4호
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• pp.238-248
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• 2010

목적: 폐암환자의 종양추적 정위방사선치료에서 삼차원 및 사차원치료계획의 선량분포 차이를 비교하였고 선량계산 알고리즘에 따른 폐의 비균질성 보정 결과에 커다란 차이가 있음을 확인하고자 하였다. 대상 및 방법: 7명의 폐암환자를 대상으로 전향적 호흡동조된 사차원 컴퓨터단층촬영 영상을 얻었다. 획득한 영상은 환자의 호흡에 대응하는 10개의 삼차원단층촬영 영상이며 이를 바탕으로 사차원치료계획이 수립되었다. 사차원 치료계획에서는 종양과 주변장기의 움직임을 고려하여 X선의 방향과 선량분포를 최적화한다. 사차원치료계획에서 최적화된 빔을 호흡의 50% 위상에 해당하는 한 개의 삼차원단층촬영 영상에 동일하게 적용하여 삼차원치료계획을 만들었다. 삼차원 및 사차원 치료계획에서 선량계산을 위하여 각각 Ray-tracing과 몬테칼로 알고리즘을 사용하였다. 수립된 4개의 치료계획에서 처방선량의 종양체적 포함률 종양체적의 95%를 포함하는 선량인 D95, 종양의 최대선량, 그리고 척수의 최대선량을 비교하였고 종양의 위치에 대한 연관성도 함께 고찰하였다. 결론: 몬테칼로 알고리즘을 사용한 삼차원 및 사차원 치료계획에서 종양이 폐의 하엽에 위치해 있는 경우에는 사차원치료계획에서 종양 포함률이 평균 4.4% 높았던 반면에 종양이 폐의 중엽이나 상엽에 위치해 있는 경우에는 반대로 평균 4.6% 낮았다 또한 D95도 종양이 폐의 하엽에 위치해 있는 경우에는 사차원치료계획에서 평균 4.8% 높았던 반면에 종양이 폐의 중엽이나 상엽에 위치해 있는 경우에는 반대로 평균 1.7% 낮았다. 척수의 최대선량에 대한 비교에서도 종양과 유사한 경향이 나타났다. 치료계획의 차원과 무관하게 Ray-tracing과 몬테칼로 알고리즘 사이의 선량계산 차이는 평균 30% 정도로 몬테칼로 알고리즘을 사용하였을 때 처방선량이 포함하는 종양의 부피는 크게 줄어들었다. 결론: 폐 종양의 삼차원 및 사차원 치료계획 사이의 차이를 종양과 척수의 선량분포를 통해 비교하였다. 두 치료계획 사이에서 planning target volume (PTV) 포함률이나 D95와 같이 종양과 관련된 선량학적 인자들의 차이 또는 척수의 최대선량 차이는 종양의 이동크기와 형태변화의 정도에 밀접하게 연관되어 있는 것으로 나타났다. 또한, 치료계획의 차원과 무관하게 몬테칼로 알고리즘을 사용하면 처방선량이 포함하는 PTV 포함률이나 D95가 크게 줄어드는 것을 확인하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제22권2호
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• pp.61-66
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• 2011

2D 어레이 다이오드 검출기를 이용하여 전립선과 두경부 IMRT 환자(전립선 2사례, 두경부 2사례)를 대상으로 선량계산 격자 크기(calculation grid size)에 따른 계산선량 정확성(dose calculation accuracy)을 평가했으며, 그 결과를 바탕으로 2D 어레이 다이오드가 IMRT 계산선량과 조사선량 검증에 적합한지 여부를 확인했다. 치료계획장치(treatment planning system, TPS)에서 제공되는 4종류의 격자 크기(1.25 mm, 2.5 mm, 5 mm, 10 mm) 별로 계산된 선량과 2D 어레이 다이오드 검출기를 이용하여 얻어진 측정선량을 감마 분석방법을 이용, 비교하는 방식으로 실험을 진행하였으며, 선량분포의 변화 범위에 따른 정확성 변화 또한 확인했다. 3 mm/3%의 평가기준(acceptance criteria)을 적용한 감마 분석방법에서는 10 mm를 제외한 격자 크기 별 평균 통과율(pass rate)에 뚜렷한 차이를 확인할 수 없었으나, 평가기준을 3 mm/3%, 2mm/2%, 1 mm/1%로 세밀하게 적용하였을 경우, 1.25 mm를 제외한 격자크기의 통과율이 각각 5%와 20%, 31.53% 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 격자 크기에 따른 선량계산시간은 1.25, 2.5, 5, 10 mm 격자 크기에서 각각 11.5, 4.77, 2.95, 1.5 min 소비됐으며 격자 크기가 2배 증가할수록 선량계산시간은 약 1/2로 감소되는 결과를 확인할 수 있었다. 또한 저경사도영역(low gradient area)과 고경사도영역(high gradient area)을 구분하여 격자 크기영향을 평가하였으며, 격자 크기가 계산선량 정확성에 미치는 효과는 low gradient area보다 high gradient area에서 더 크게 작용한다는 결과를 확인했다. 본 연구의 결과를 종합해 봤을 때 2.5 mm의 격자 크기로 선량계산을 수행하는 것이 계산선량 정확성과 계산시간 면에서 적절한 것으로 여겨지며, high gradient area에 있어서는 가능한 세밀한 격자크기(1.25 mm)를 적용할 것이 권장된다. 또한 이상의 결과가 기존 연구의 이론 및 필름을 이용한 측정과 동일함을 고려해 봤을 때 2D 어레이 다이오드 검출기가 IMRT 계산선량과 조사선량 검증에 적합함을 확인할 수 있었다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제13권1호
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• pp.38-46
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• 2001

Purpose : The aim of this study is to investigate the effect of tissue inhomogeneities when appling to contrast medium among Homogeneous, Batho and ETAR dose calculation method in RTP system. Method and Material : We made customized heterogeneous phantom it filled with water or contrast medium slab. Phantom scan data have taken PQ 5000 (CT scanner, Marconi, USA) and then dose was calculated in 3D RTP (AcQ-Plan, Marconi, USA) depends on dose calculation algorithm (Homogeneous, Batho, ETAR). The dose comparisons were described in terms of 2D isodose distribution, percent depth dose data, effective path length and monitor unit. Also dose distributions were calculated with homogeneous and inhomogeneous correction algorithm, Batho and ETAR, in each patients with different clinical sites. Results : Result indicated that Batho and ETAR method gave rise to percent depth dose deviation $1.5{\sim}2.7\%,\;2.3{\sim}3.5\%$ (6MV, field size $10{\times}10cm^2$) in each status with and without contrast medium. Also show that effective path lengths were more increase in contrast status (23.14 cm) than Non-contrast (22.07 cm) about $4.9\%$ or 10.7 mm (In case Hounsfield Unit 270) and these results were similary showned in each patient with different clinical site that was lung. prostate, liver and brain region. Concliusion : In conclusion we shown that the use of inhomogeneity correction algorithm for dose calculation in status of injected contrast medium can not represent exact dose at GTV region. These results mean that patients will be more irradiated photon beam during radiation therapy.