• 한국방사선학회논문지
• /
• 제15권4호
• /
• pp.401-408
• /
• 2021

양성자 치료는 방사선치료 중 하나로 브래그 피크로 알려진 물리적 특성을 활용한 방법이다. 양성자 치료계획 수립 시 주로 전산화단층촬영(CT)의 인체 횡단면 영상이 사용되고 있다. CT는 사용되는 관전압에 따라 HU가 변하게 되며 이는 구조물의 경계, 두께 변화로 이어진다. 본 연구는 Geant4를 이용하여 복합 물질로 구성된 두개골 팬텀에서 두께 변화에 따른 뇌 영역의 브래그 곡선의 변화를 살펴보았다. 먼저, 단일 물질로 구성된 팬텀에서 매질의 종류와 양성자의 입사에너지에 따른 브래그 곡선을 측정하여 Geant4 계산결과의 신뢰성을 확보하였다. 두개골 팬텀의 각 두께를 변동하였을 때 뇌 영역에서 발생하는 피크의 위치변화를 측정하였다. 연부조직의 두께를 변화하였을 때 피크의 위치 변화는 나타나지 않았으며, 피부의 두께를 변화하였을 때 피크의 변화는 적었으며, 주로 뼈의 두께를 변화할 때 피크의 위치 변화가 나타났다. 또한 뼈를 단독으로 변화하였을 때와 뼈를 다른 조직과 함께 변화하였을 때 피크의 위치 변화량은 동일하였다. 뼈의 정확한 두께 측정이 방사선치료계획의 선량-깊이 분포 예측에 주요 인자 중 하나임을 확인하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
• /
• 제8권6호
• /
• pp.105-110
• /
• 2008

질소 분위기 하에서 GaN 에피층의 고온 급속 열처리 효과를 조사하였다. 열처리는 950도의 급속 열처리로를 이용하여 수행하였다. 급속 열처리에 따른 효과는 x선 회절을 통하여 연구하였다. 열처리 시간이 증가할수록 Bragg 피크는 각도가 큰 쪽으로 이동하였다. 피크의 FWHM은 열처리 시간이 증가함에 따라 약간의 증가 후 감소하였다가 다시 증가하였다. 시료는 적절한 조건 하에서 급속 열처리 후 구조적인 특성의 개선이 관측되었다. 시료의 결정성의 향상은 에피층의 격자 관련 요소들의 흐트러짐의 감소에 기인한다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제17권2호
• /
• pp.207-213
• /
• 2023

전산화단층촬영(computed tomography, CT) 영상은 양성자 브레그 피크 위치 추정 및 치료 계획 시뮬레이션의 기초로 사용된다. Hounsfield Unit(HU) 기반의 양성자 저지능비(stopping pwer ratio, SPR) 예측 과정에서 환자의 밀도와 원소 구성의 작은 차이로 양성자 빔의 경로를 따라 브레그 피크 위치의 불확실성이 발생한다. 본 연구에서는 브레그 피크 위치 예측 불확실성 감소를 위하여 이중에너지 전산화단층촬영 영상 기반의 양성자 저지능비 예측 정확도의 잠재력을 연구를 하였다. 양성자 빔의 저지능비를 추정하기 위해 전산화단층촬영 시스템(Somatom Definition AS, Siemens Health Care, Forchheim, Germany)을 이용하여 전자밀도팬텀(CIRS Model 062M electron density phantom, CIRS Inc., Norfolk, VA, USA)의 단일에너지 및 이중에너지 영상을 획득하였다. 이를 검증하기 위해 미국 국립 표준기술 연구소(National Institute of Standards and Technology, NIST)에서 제공하는 표준 데이터를 통하여 추정한 실제 저지능비와 비교하였다. 그 결과 잡음이 제거된 이중에너지 영상 기반 방법을 통한 양성자 빔의 저지능비 예측에서 정확도 개선 가능성을 확인할 수 있었으며, 인체의 다양한 밀도와 원소 구성을 가진 대체물을 더욱 다양하게 제작하여 저지능비를 예측 할 경우 더욱 향상된 양성자의 브레그 피크 위치 예측이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제15권6호
• /
• pp.771-779
• /
• 2021

단일 에너지의 양성자 선원은 좁은 브래그 피크를 형성하므로 종양의 치료 범위를 포함하기 위해서는 여러 개의 피크를 중첩하여 확산된 브래그 피크를 형성한다. 선행 연구에서는 뇌종양의 밀도를 뇌 조직과 동일하게 구성하여 종양의 흡수선량을 계산하였다. 그러나 종양의 밀도는 일정한 값이 아니므로 본 연구는 몬테카를로 방법의 Geant4 전산모사를 이용하여 종양의 밀도 변화에 따른 양성자 선원의 확산된 브래그 피크를 평가하였다. 뇌 조직 팬텀을 구성하여 치료 범위를 고려하여 종양의 크기를 10 mm와 20 mm로 선택하였다. 종양의 위치와 크기에 맞는 확산된 피크를 형성하기 위하여 수학적 방법을 이용하여 양성자 선원의 에너지와 상대적 강도를 계산하였다. 종양의 밀도가 높아질수록 SOBP의 95% 선량 구간과 실정 비정은 감소하였으며 95% 선량 구간의 평균 흡수선량은 증가하였다. 종양의 밀도 증가는 양성자 선원의 선량 분포에 영향을 주어 종양의 크기보다 작은 확산된 브래그 피크를 형성하였다. 종양의 밀도 반영은 비정을 결정하는데 영향을 주어 치료구간의 여유 마진(margin)을 최소화하여 양성자 치료의 장점을 최대로 활용할 수 있을 것이다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.1-9
• /
• 2024

양성자 치료는 브래그 피크로 인해 우수한 치료 기법으로 알려져 있다. 양성자의 치료 효과를 높이기 위해 금 나노입자를 종양에 분포시켜 흡수선량을 높이는 방법이 연구되고 있다. 마이크로미터와 나노미터 범위에서 금 나노입자를 다루었던 것을 밀리미터 범위에서 금 나노입자를 전산모사 할 수 있는 방법을 제시하였다. 전산모사를 위해 Geant4 툴킷을 사용하였다. 인체와 유사한 물과 금 나노입자가 균일하게 분포되어 있다는 것을 가정하고 밀도비를 통해 금 나노입자의 개수 또는 농도를 조절하였다. 브래그 피크 위치에서 밀도비가 5%일 때 금 나노입자로 인해 순수 물 팬텀에 비해 흡수 에너지의 이득이 거의 2배로 나타났다. 밀도비가 증가할수록 흡수 에너지의 이득은 선형적으로 증가하였다. 브래그 피크 위치에서 금 나노입자가 하나의 복셀에만 분포하고 있을 때 양성자의 에너지는 자신 주변의 복셀에만 영향을 미치지만, 넓은 영역에 금 나노입자가 분포하는 경우 순수 물 팬텀에서 최고 흡수 에너지 (9.95 keV)의 95% 흡수 에너지 (9.46 keV)를 나타내는 부피는 16배 큰 영역에서 흡수 에너지의 이득이 나타났다. 그리고 이 영역은 밀도비가 증가할수록 증가하였다. 밀리미터 범위에서 금 나노입자의 밀도비와 RBE의 관계를 정량화하는 등 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제13권2호
• /
• pp.253-260
• /
• 2019

방사선 선량 증강은 물질과의 상호작용 단면적을 높여 국소 부위에 대한 선량을 증가시키는 방법으로 선에너지부여 및 상대적 생물학적 효과비 증가로 치료가능비 향상에 기여할 수 있다. 선량 증강에 대한 선행 연구는 X, ${\gamma}$선에 대한 보고가 주를 이루고 있으나, 본 연구에서는 MCNP6를 이용한 몬테칼로 시뮬레이션을 바탕으로 양성자 선원에 대해 선량 증강 현상을 분석하였다. 수학적 모델 방법에 따라 확산된 피크의 양성자 선원에 대한 에너지 분포와 상대적 강도를 산출하였으며, 금, 아이오딘, 가돌리늄의 선량 증강 물질에 대한 선량증강비와 깊이 변화에 따른 에너지 분포를 평가하였다. 금을 이용한 증강 현상에서 1.085-1.120배, 가돌리늄에서는 1.047-1.091배의 선량증강비를 나타내었다. 또한 깊이에 따른 흡수에너지 변화로 인해 실질 비정과 95% 선량 구간의 감소를 나타내었으며, 이는 선량 증강 현상과 더불어 종양조직에 불확실한 선량 전달로 이어질 수 있으므로 증강 물질의 질량 저지능으로부터 확산된 피크 구간의 적절한 보정이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서 모의모사를 통한 선량 증강 현상의 분석은 실질적인 증강 효과 확인을 위한 체내 외 실험의 기초자료로써 활용될 것으로 기대한다.

• 한국광학회지
• /
• 제7권4호
• /
• pp.370-374
• /
• 1996

Superstructure Grating Distributed-Bragg Reflector(SSG DBR) 레이저는 비교적 높은 Mode Suppression Ratio(MSR)을 가지면서 넓은 파장 대에서 불연속 파장가변 특성을 가진다. 그러나 SSG DBR 레이저는 출력파장을 가변 시킬 때 파장가변 영역을 구성하는 채널 중 몇 개가 빠지는 현상이 실험을 통해 관찰되어 왔다. 우리는 수치해석적인 시뮬레이션을 통해 이 현상이 SSG DBR 거울을 구성하는 linearly chirped grating의 불균일한 반사 피크 높이에 의한 영향임을 발견했고 반사율 피크 높이를 거의 균일하게 만들 수 있는 nonlinearly chirped grating을 제안한다. 그리고 이 거울을 가지는 파장 가변 레이저가 채널의 손실 없이 넓은 파장가변 영역에서 동작하는 것을 확인했다. 그러므로 nonlinearly chirped grating을 가지는 DBR 거울은 넓은 파장가변 영역을 가지는 가변 레이저에 적용할 수 있다.

• 한국광학회지
• /
• 제15권1호
• /
• pp.34-38
• /
• 2004

파장가변형 광섬유레이저로 광섬유격자 센서어레이를 복조하는 방법을 제안하였다. 레이저의 출력파장을 시간지연 샘플링으로 분석하고 이를 이용하여 기존 시스템의 비선형적 동작특성을 개선하였다. 계산된 파장값은 센서어레이 출력파평의 각 피크에 할당되어 파장가변필터의 비선형성에 영향받지 않고 가해진 물리량에 대하여 항상 선형적인 출력을 얻게 하였다. 실험을 통하여 약 20 pm의 분해능을 얻었으며 이는 고속의 위상변조를 사용할 경우 크게 개선될 수 있음을 보였다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
• /
• 제42권6호
• /
• pp.413-422
• /
• 2019

Heavy ion particle, represented carbon ion, radiotherapy is currently most advanced radiation therapy technique. Conventional radiation therapy has made remarkable changes over a relatively short period of time and leading various developments such as intensity modulated radiation therapy, 4D radiation therapy, image guided radiation therapy, and high precisional therapy. However, the biological and physical superiority of particle radiation, represented by Bragg peak, can give the maximum dose to tumor and minimal dose to surrounding normal tissues in the treatment of cancers in various areas surrounded by radiation-sensitive normal tissues. However, despite these advantages, there are some limitations and factors to consider. First, there is not enough evidence, such as large-scale randomized, prospective phase III trials, for the clinical application. Secondly, additional studies are needed to establish a very limited number of treatment facilities, uncertainty about the demand for heavy particle treatment, parallel with convetional radiotherapy or indications. In addition, Bragg peak of the heavy particles can greatly reduce the dose to the normal tissues front and behind the tumor compared to the photon or protons. High precision and accuracy are needed for treatment planning and treatment, especially for lungs or livers with large respiratory movements. Currently, the introduction of the heavy particle therapy device is in progress, and therefore, it is expected that more research will be active.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
• /
• 제10권1호
• /
• pp.7-13
• /
• 2010

질소 분위기하에서 분자선 에피탁시 장치로 성장한 GaN 에피층을 고온 열처리 하였다. 시료는 적절한 조건하에서 급속 열처리 후 구조적인 특성의 향상을 나타내었다. 시료의 결정성의 향상은 에피층의 격자 관련 요소들의 흐트러짐의 감소에 기인한다. 에피층의 열처리는 950도의 급속 열처리로를 이용하여 수행하였다. 고온 급속 열처리가 GaN 에피층의 구조적인 특성들에 미치는 효과는 x선 회절을 통하여 연구하였다. x선 회절 스펙트럼에 있어서 Bragg 피크는 열처리 시간이 증가할수록 각도가 큰 쪽으로 이동하였다. 또한 피크의 FWHM은 열처리 시간이 증가함에 따라 약간의 증가 후 감소하였으며 이후 다시 증가하였다. 이와 같은 결과는 급속 고온 열처리된 GaN 에피층에서 격자 상수에 영향을 미치는 인자들이 에피층의 품질을 좋게 하는 방향으로 일률적으로 변화하는 것이 아니라 에피 품질을 나쁘게 하는 방향으로도 변화한다는 것을 의미한다. 적절한 조건 하에서의 급속 열처리는 에피층의 격자 상수에 관여하는 인자들의 흐트러짐을 감소시켜 에피 결정의 질을 향상시킨다.