• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권5호
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• pp.1406-1416
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• 2019

In this research, a multi-slit prompt-gamma camera was developed to locate the distal dose falloff of the proton beam spots in spot scanning proton therapy. To see the performance of the developed camera, therapeutic proton beams were delivered to a solid plate phantom and then the prompt gammas from the phantom were measured using the camera. Our results show that the camera locates the 90% distal dose falloff (= d90%), within about 2-3 mm of error for the spots which are composed $3.8{\times}10^8$ protons or more. The measured location of d90% is not very sensitive to the irradiation depth of the proton beam (i.e., the depth of proton beam from the phantom surface toward which the camera is located). Considering the number of protons per spot for the most distal spots in typical treatment cases (i.e., 2 Gy dose divided in 2 fields), the camera can locate d90% only for a fraction of the spots depending on the treatment cases. However, the information of those spots is still valuable in that, in the multi-slit prompt-gamma camera, the distal dose falloff of the spots is located solely based on prompt gamma measurement, i.e., not referring to Monte Carlo simulation.

• 대한방사선치료학회지
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• 제29권2호
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• pp.101-108
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• 2017

목 적: 양성자치료에 이용되는 양성자선은 종양 부위 앞에 있는 정상 조직에는 적은 선량을 주는 반면 암 조직 부위에서는 브래그 피크(Bragg peak)를 형성하며 최대 선량을 주고 바로 소멸하는 특징을 가지고 있으며 양성자치료의 장점을 극대화하기 위해서는 양성자의 도달 위치 검증이 매우 중요하다. 본 연구에서는 Off-line PET CT 방법을 이용하여 양성자 조사 후 양성자 궤적을 따라 생성된 11 C(반감기=20분), 150(반감기=2분), 13N (반감기=10분) 등의 핵자에서 방출되는 양전자의 분포를 측정하여 양성자의 Range와 Distal falloff 지점을 검증하게 되었다. 대상 및 방법: IEC 2001 Body 팬텀안에는 37 mm, 28 mm, 22 mm 구체를 삽입할 수 있게 구성되어 있으며 팬텀안에 물을 가득 채워 각 구체크기별로 CT image를 획득하였고 양성자의 Range와 Distal falloff 지점을 검증하기 위하여 양성자치료계획시스템으로 각 구체 크기 별로 37 mm 구체에서 46 mm, 28 mm에서 37 mm, 22 mm 구체에서 33 mm의 SOBP를 설정하였고, Scanning 방법으로 Gantry 0도의 Single beam으로 동일한 센터에서 양성자를 조사하였다. 조사된 팬텀은 PET-CT 장비를 이용하여 스캔하였고, PET-CT 영상획득방법은 1분씩 50개의 영상을 획득하여 팬톰 내의 구체를 포함하여 4개의 ROI를 설정한 후 10개씩 영상을 합산하여 재구성 하였다. 치료계획 시 수립한 구체크기에 따른 Dose profile과 비교하기 위하여 Depth에 따른 Activity profile로 나타냈다 결 과: 37 mm, 28 mm, 22 mm 구체에서 모두 Distal falloff position 에서 Dose profile과 같이 PET-CT의 Activity profile 역시 급격히 감소하는 양상을 나타냈다. 하지만 Range를 평가하는 구간인 SOBP구간에서는 Activity profile의 경우 Proximal 부분에서의 측정치가 Dose profile 양상과 다른 결과가 나왔으며, Distal falloff position을 구체 크기별로 양성자 치료계획과 PET-CT 측정치와의 차이를 비교해 본 결과 37 mm 구체에서는 Max dose의 50 % 지점에서 최대 1.4 mm, 28 mm 구체에서는 45 % 지점에서 최대 1.1 mm, 22 mm 구체에서의 차이는 40 % 지점에서 최대 1.2 mm로 모두 1.5 mm 미만의 차이를 보였다. 결 론: 양성자치료의 장점을 최대한 활용하기 위해서는 양성자빔의 Range를 검증하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 PET-CT 장비를 이용하여 양성자빔의 SOBP 와 Distal falloff 위치를 통해 양성자 Range를 확인하였고 그 결과 PET-CT 장비를 이용해 측정한 Activity 분포와 양성자 치료계획과의 Distal falloff position의 차이는 1.4 mm 내에서 일치함을 확인하였다. 이는 본원에서 양성자치료계획 시 적용하는 선량마진에 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권9호
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• pp.3140-3149
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• 2023

In theory, the sharp dose falloff at the distal end of a proton beam allows for high conformal dose to the target. However, conformity has not been fully achieved in practice, primarily due to beam range uncertainty, which is approximately 4% and varies slightly across institutions. To address this issue, we developed a new range verification system prototype: a multi-slit prompt-gamma camera (MSPGC). This system features high prompt-gamma detection sensitivity, an advanced range estimation algorithm, and a precise camera positioning system. We evaluated the range measurement precision of the prototype for single spot beams with varying energies, proton quantities, and positions, as well as for spot-scanning proton beams in a simulated SSPT treatment using a phantom. Our results demonstrated high accuracy (<0.4 mm) in range measurement for the tested beam energies and positions. Measurement precision increased significantly with the number of protons, achieving 1% precision with 5 × 10⁸ protons. For spot-scanning proton beams, the prototype ensured more than 5 × 10⁸ protons per spot with a 7 mm or larger spot aggregation, achieving 1% range measurement precision. Based on these findings, we anticipate that the clinical application of the new prototype will reduce range uncertainty (currently approximately 4%) to 1% or less.