• Journal of Radiation Protection and Research
• /
• 제42권1호
• /
• pp.9-15
• /
• 2017

Background: The purpose of this study is to assign an appropriate density to virtual phantom for 2D diode array detector with different dose calculation algorithms to guarantee the accuracy of patient-specific QA. Materials and Methods: Ten VMAT plans with 6 MV photon beam and ten VMAT plans with 15 MV photon beam were selected retrospectively. The computed tomography (CT) images of MapCHECK2 with MapPHAN were acquired to design the virtual phantom images. For all plans, dose distributions were calculated for the virtual phantoms with four different materials by AAA and AXB algorithms. The four materials were polystyrene, 455 HU, Jursinic phantom, and PVC. Passing rates for several gamma criteria were calculated by comparing the measured dose distribution with calculated dose distributions of four materials. Results and Discussion: For validation of AXB modeling in clinic, the mean percentages of agreement in the cases of dose difference criteria of 1.0% and 2.0% for 6 MV were $97.2%{\pm}2.3%$, and $99.4%{\pm}1.1%$, respectively while those for 15 MV were $98.5%{\pm}0.85%$ and $99.8%{\pm}0.2%$, respectively. In the case of 2%/2 mm, all mean passing rates were more than 96.0% and 97.2% for 6 MV and 15 MV, respectively, regardless of the virtual phantoms of different materials and dose calculation algorithms. The passing rates in all criteria slightly increased for AXB as well as AAA when using 455 HU rather than polystyrene. Conclusion: The virtual phantom which had a 455 HU values showed high passing rates for all gamma criteria. To guarantee the accuracy of patent-specific VMAT QA, each institution should fine-tune the mass density or HU values of this device.

• 대한방사선치료학회지
• /
• 제26권2호
• /
• pp.321-327
• /
• 2014

목 적 : FFF(Flatterning Filter Free)빔을 이용한 방사선치료계획 시 불균질 부위에서 TPS상의 선량분포와 실제측정 선량분포를 비교하여 TPS의 선량계산 알고리즘 AAA(Analytic anisotropic algorithm)의 불균질부 교정의 정확성을 검증하려한다. 대상 및 방법 : Solid water팬텀과 Cork, 파라핀으로 자체 제작한 흉부종양팬텀을 이용하여 종양의 위치별(반도형태/섬형태), 크기별 ($2cm{\time}2cm{\time}2cm/4cm{\time}4cm{\time}4cm$)로 각각 치료계획용 CT영상을 획득한 후, 본원의 흉부 SABR 치료계획시스템인 Ecilpse의 AAA(Analytic anisotropic algorithm)을 이용하여 6MV 광자선 치료계획을 수립하였다. 본원의 TrueBeam STx(Varian medical system, Palo Alto, CA)를 이용하여 완성된 치료계획에 따라 EBT2 필름을 삽입한 자체제작 흉부종양팬텀에 방사선을 조사하였고, 종양내부 및 경계부에서의 치료계획 선량값과 실제팬텀측정 선량값을 비교 평가 해보았다. 결 과 : 타겟내 중심측에서는 TPS상의 선량값과 측정값의 차이가 1.28~2.7%로 나타났으며, 불균질부를 포함한 타겟의 경계부들에서는 Ant측면에서 2.02%~7.40%, Post측면 4.46%~14.84%, Rt측면 0.98%~7.12%, Lt측면 1.36%~4.08%, Sup측면 2.38%~4.98%, Inf측면 0.94%~3.54%로 차이가 났다. 결 론 : 본 연구를 통하여 불균질부 SABR치료 시 FFF빔의 특성과 불균질부의 영향으로 인한 선량계산의 오차가 생길 가능성이 있음을 알게 되었다. 최신의 방사선 치료방법 중 가장 각광받고 있는 SABR치료는 환자에게 적은 횟수로 고선량의 방사선을 조사하기 때문에 고도의 정확성이 요구되는 만큼 불균질부와 같은 장기특성과 FFF빔의 선량분포의 특성을 더욱 연구하여 치료계획 알고리즘에 적용해야 치료계획 시 발생하는 오류를 최소화 하여 최적의 치료를 시행할 수 있을 것이다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제17권3호
• /
• pp.367-373
• /
• 2023

비행시 승무원이나 승객은 우주방사선과 공기나 비행기 기체와 반응하여 발생한 2차 산란선 등에 의해 피폭을 받게 된다. 항공기 승무원의 경우 우주기상 환경 시뮬레이션을 이용하여 계산된 피폭선량으로 방사선 안전관리를 적용받고 있다. 하지만, 태양활동이나 고도, 비행경로 등에 따라 피폭선량이 가변적이어서 계산법보다는 항로별 측정하는 것이 권고되고 있다. 본 연구에서는 범용 Si 센서와 다중채널파고분석기를 이용하여 우주방사선 선량을 측정할 수 있는 선량계를 개발하였다. 선량계산은 미우주항공국의 우주방사선 측정장비인 CRaTER(Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation)의 알고리즘을 적용하였다. 표준교정시설에서 Cs-137 662 keV 감마선으로 에너지 및 선량교정을 시행하였으며, 실험 범위에서 선량률 의존성이 없음을 확인하였다. 제작된 선량계를 이용하여 2023년 5월 두바이 인천 구간의 국제선에서 직접 선량을 측정한 결과 국내 우주방사선 선량평가코드(KREAM; Korean Radiation Exposure Assessment Model for Aviation Route Dose)로 계산된 결과와 12% 이내로 비슷하게 나타났으며, 고도와 위도가 높아짐에 따라 계산 결과와 동일하게 선량이 증가하는 것을 확인하였다. 좀 더 많은 실증적 검증 실험이 요구되는 제한점은 있지만, 항공기 내 또는 개인 피폭선량 모니터링에 가성비가 우수한 선량계로 충분한 활용 가능성을 확인하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제16권3호
• /
• pp.138-147
• /
• 2005

몬테칼로 선량계산 시 적절한 정확도를 얻기 위해서는 계산입자수를 늘려야 하고 그로 인해 계산 시간이 오래 걸리게되므로 일상적 치료계획의 선량계산 방법으로 이용되지 못했다. 본 연구에서는 몬테칼로 모의실험 시 계산입자 수를 줄여서 선량계산을 수행한 후 잡음 감소 필터를 적용하여 선량계산 결과를 개선하고자 하였다. 이를 위해 국소 최소자승 잡음 감소 필터를 제작하고 광자선 및 전자선 균질/비균질 팬텀 내 선량계산 결과에 대하여 적용하여 선택적 여과를 수행하였으며 그 유효성을 등선량 곡선 비교 및 감마시험을 통하여 검증하였다. 연구 결과 통계적 불확실도를 2$\%$ 이내로 유지하기 위해 필요한 계산입자수의 10$\%$ 이하의 계산입자 수를 이용하여 몬테칼로 선량계산 뒤 후처리한 결과가 기준계산 입자수를 이용하여 얻은 몬테칼로 선량계산 결과와 유사해질 수 있음을 확인하였다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
• /
• 한국의학물리학회 2004년도 제29회 추계학술대회 발표논문집
• /
• pp.43-46
• /
• 2004

The commissioning of a treatment planning system of model-based dose calculation algorithm requires a lot of parameters to be selected to fit measured data, in which process physical insights for the parameters are often forgotten. We present the photon beam commissioning of Pinnacle$^3$ with the help of Monte Carlo (MC) simulation and evaluate the parameters Pinnacle$^3$ demands. Even though the MC calculation produces reasonable values for the commissioning, the thorough physical basis of the Pinnacles$^3$'s commissioning process is needed to use the MC derived parameters directly.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제25권2호
• /
• pp.100-109
• /
• 2014

정위신체방사선치료(SBRT)에서 환자의 호흡에 대한 정확한 치료위치의 확보는 필수적으로 고려되어야 하며 그 정확성에 관련하여 많은 연구들이 진행되어왔다. 본 연구에서는 실제 호흡에 의한 움직임과 실제 환자 폐의 형태를 고려한 팬텀실험으로 실제 치료에서 일어나는 임상적 상황을 모사함으로 호흡 동조 부피적조절회전 방사선치료(Volumeric Modulated Arc Therapy, VMAT) 기법을 이용한 폐부 SBRT의 정확성을 분석하는 방법을 제시하고자 하였다. SBRT을 받은 폐암 환자의 CT 영상을 기반으로 3D 프린터를 이용하여 치료부위와 유사하게 폐 팬텀을 제작하였고 환자 호흡과 동일하게 움직임을 재현할 수 있도록 $QUASAR^{TM}$ 호흡 동조 구동 팬텀(Modus Medical Devices, London, Canada)에 장착하여 호흡동조 VMAT에서의 2차원 선량 분포를 평가할 수 있는 시스템을 구축하였다. 폐 팬텀은 종양부위를 중심으로 2등분하여 EBT3 필름을 삽입하고 선량분포를 측정할 수 있도록 제작되었다. 비균질 조건에서의 선량계산의 정확성을 확인하기 위하여 균질한 플라스틱 팬텀과 제작된 비균질 폐 팬텀에서 Analytical Anisotropic Algorithm (AAA)와 AcurosXB (AXB) 두가지 알고리즘으로 선량계산을 하여 비교, 분석하였다. 움직임에 대한 치료의 정확성을 평가하기 위하여 호흡동조와 비 호흡동조의 경우, 그리고 움직임이 없는 조건에서 선량분포를 취득하여 치료계획 선량에 대한 감마지표를 분석하였다. 치료부위 GTV에서의 CT number는 실제 환자의 경우 78 HU를 나타내었고 모사된 폐 팬텀의 경우 92 HU를 나타내었다. 팬텀 내 폐 조직부분은 3D프린터로 적층하는 과정에서 격자구조의 형태를 이용하여 구현하였다. 측정된 필름선량은 AAA 알고리즘을 이용한 치료계획 선량에 대하여 움직이는 팬텀에서 호흡동조의 유무에 따라 3%/3 mm 감마지표 조건하에서 각각 88%와 78%의 감마합격률을 나타내었으며, 움직임이 없는 경우 95% 이상의 감마합격률을 보였다. AXB 알고리즘을 적용하였을 경우에는 모든 경우에서 98% 이상의 합격률을 나타내었다. 균질한 플라스틱 팬텀에 대하여 측정하였을 때 두가지 선량계산 알고리즘을 포함한 모든 조건에서 99% 이상의 감마합격률을 나타내었다. 선택된 환자의 호흡 진폭이 비교적 작고 inhale보다는 exhale에 더 오래 머무르는 호흡패턴 때문에 3%/3 mm 감마 기준에서는 호흡에 따른 차이가 거의 나타나지 않은 것으로 이해되었다. 선량계산의 정확성에서는 AAA 알고리즘을 적용하였을 때보다 AXB 알고리즘을 적용하였을 때가 균질과 비균질 환경에서의 선량 분포에 따른 감마 합격률의 차이가 적게 나타남을 확인 할 수 있었다. 본 논문에서는 환자와 유사하게 제작된 폐 팬텀에 실제 환자 호흡 패턴을 연동함으로 새로운 4D 치료선량 분포 검증 방법을 제시하였고 보다 사실적인 선량분포를 반영한 개별 환자 치료의 정확성 검증이 가능할 것으로 평가되었다.

• Journal of Radiation Protection and Research
• /
• 제40권1호
• /
• pp.55-64
• /
• 2015

방사선치료계획장치의 핵심기술인 선량분포 계산은 빠르고 정확함을 요구한다. 기존 상용화된 치료계획장치의 선량 계산 방법은 빠르지만 정확성이 부족하고, 몬테칼로 방법은 시뮬레이션 시간과다 문제가 있다. 관심영역의 일부만 몬테칼로 방법이 계산하고 나머지 영역은 비선형함수사상 능력이 뛰어난 신경회로망이 계산하는 시스템은 상대적으로 빠르고 정확한 선량분포를 계산해낼 수 있다. 비균질 매질의 선량분포에 나타나는 불연속점과 변곡점의 특성을 신경회로망이 학습가능 하다는 것을 사전 작업을 통해 확인하였다. 이때 사용된 신경회로망은 Feedforward Multi-Layer Perceptron에 Scaled Conjugated Gradient 알고리즘과 Levenberg-Marquardt 알고리즘으로 각각 학습하여 성능비교를 하였고, 은닉층의 뉴런 개수에 따른 성능비교도 하였다. 마지막으로 균질매질의 팬텀에 대해 상용 치료계획장치의 선량계산 알고리즘으로 계산한 선량분포를 사전작업을 통해 확인된 신경회로망에 학습하여 깊이선량율의 평균제곱오차가 0.00214인 결과를 보여주었다. 균질 및 비균질 매질의 팬텀에 대한 3차원 선량분포를 계산하는 신경회로망 모델 개발 연구가 추가로 진행될 것이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제9권4호
• /
• pp.201-206
• /
• 1998

세기변조방사선치료 (Intensity Modulation Radiation Therapy; IMRT) 의 치료계획 목적으로 사용하기 위한 선량최적화 방법을 Gradient based algorithm을 이용하여 개발하였다. 환자의 치료 관심 부위를 포함하는 약 10-30 CT 단면에 대하여 각 단면 별로 선량최적화를 실시하였고, 장기별로 최대 허용선량을 지정하였으며, 표적의 선량은 100$\pm$5 %로 제한하였다. beamlet의 크기는 8$\times$8 $cm^2$으로 제한하였고, beam size가 크지 않으므로 beam diverge는 고려하지 않았다. beamlet 하나가 만드는 선량분포를 미리 계산한 후, 선량중첩방식으로 전체 선량분포를 계산하였다. 고정된 동일평면에 대하여 5방향에서 입사하는 빔에 대한 최적화를 실시하였으며, 그 효용성을 비교하기 위해, 1, 3, 5, 7, 9 방향에 입사하는 빔과 최적화지수를 구하였다. 선량최적화에 소요되는 시간은 대체로 slice 수에 비례하였으며, 계산시간과 최적화지수를 비교할 때 빔의 개수가 3-7개 일 때 가장 적합하였다. 다중단면에 대한 선량최적화를 beam divergence를 고려하지 않을 때, 단일 단면에 대한 선량최적화를 반복 시행함으로써 얻을 수 있었다. 선량최적화의 결과가 선량중심의 위치에 따라 민감하게 변하는 경우가 발생하였으며, 이를 개선하기 위해서는 선량중심의 최적화가 개발될 필요성이 있었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제23권3호
• /
• pp.188-198
• /
• 2012

본 연구의 목적은 국내 개발된 치료계획장치(Treatment Planning System, TPS)인 CorePLAN$^{TM}$에서의 빔 모델링을 기반으로 하는 Collapsed Cone Convolution (CCC) 선량 계산 알고리듬의 정확성을 평가하는 것이다. 여러 셋업 조건에 따라 빔 모델을 TPS에 생성하였고, 6 MV와 15 MV 광자 에너지에 대하여 $50{\times}50{\times}50cm^3$의 물 팬톰 내에서 CCC 알고리듬을 사용하여 선량 계산을 하였다. 대상 조사면은 $4{\times}4cm^2$, $6{\times}6cm^2$, $10{\times}10cm^2$, $20{\times}20cm^2$, $30{\times}30cm^2$와 $40{\times}40cm^2$을 대상으로 하였고, 각각에 대하여 열린 조사면과 쐐기 조사면으로 구분하였다. 생성된 빔 모델들은 측정된 데이터와 계산된 데이터의 심부선량백분율(Percent depth dose, PDD)과 선량프로파일(lateral profile)을 비교하여 모든 깊이에서도 잘 맞는지 평가하였다. 측정된 방사선량과 CorePLAN$^{TM}$에서 CCC 알고리듬을 이용하여 계산된 방사선량은 PDD에 있어 build-up 영역을 제외하고 열린 조사면은 최대 2%, 쐐기 조사면는 최대 3% 이내로 일치하였다. 선량프로파일은 조사면 내 영역에서는 1%, 반음영 영역에서는 4% 이내로 일치함을 확인하였다. 모든 조사면에서 반음영을 제외한 $10{\times}10cm^2$에서 최대 $40{\times}40cm^2$까지의 선량프로파일에 대하여 측정된 방사선량과 계산된 방사선량이 3% 이내로 일치하였다. 반면에, 열린 조사면에 비하여 쐐기 조사면에서 선량 차이가 뿔(horn) 영역의 가장자리에서 4%까지 높게 나타났다. 본 연구 결과에서 보여주는 선량 차이는 일부 영역을 제외하고 국제 기준에 적합한 결과값을 보였다. 선량 차이가 크게 발생하는 영역은 임상적으로 중요성이 크지 않은 표면 영역임을 감안할 때, 임상에서의 활용이 가능하리라 기대된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제14권1호
• /
• pp.15-19
• /
• 2003

HDR (High dose rate) 근접 치료는 기존의 LDR (Low dose rate) 근접 치료에서 야기되었던 치료 시간이나 선량 최적화 등의 문제점을 해결하였기 때문에 자궁경부암 치료에 많이 사용되고 있다. 그러나, 단시간에 고선량이 조사되는 HDR 근접치료에서 치료 효과를 극대화시키기 위해서는 선량 계산 알고리즘, 위치 계산 알고리즘, 최적화 알고리즘이 정확하게 검증되어야 한다. 이를 위해서는 인체 등가 팬톰과 치료 계획 컴퓨터의 선량 분포 곡선을 비교함으로써 검증할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 검증이 가능하도록 자궁경부암용 팬톰을 설계, 제작하여 HDR 치료 계획 컴퓨터와 팬톰과의 선량을 비교, 평가하는 것이다 이 자궁경부암용 팬톰은 높은 해상도를 가진 선량 측정기를 사용하여 정량적인 평가가 가능하도록 제작되었고, 인체 등가물질인 물과 아크릴을 사용하여 제작하였다 또한, 팬톰 내의 방사선량 측정을 위해서 $\frac{1}{8}$ 인치 TLD (Thermoluminescent dosimeters) 칩과 공간 해상도가 1 mm 이내인 필름을 사용하였다. 이 자궁경부암용 팬톰는 HDR applicator의 고정을 위해 applicator 홀더의 홈 안에 HDR applicator가 삽입되게 제작하였고 세 개의 TLD 홀더에는 TLD 칩(TLD 간의 거리는 5 mm)이 정렬되게 제작하여 A점이나 B점 같은 특정 점의 절대 선량을 측정할 수 있게 제작하였다 필름은 3개의 직교(orthogonal) 평면에 삽입되도록 제작하여 상대 선량 측정이 가능하게 하였다. 사용된 치료 계획 시스템은 Nucletron Plato system이고, Microselectron Ir-192 소스를 사용하였다. 선량 평가 결과, TLD 선량의 경우 A, B point를 포함하여 직장과 방광 선량이 $\pm$4% 이내로 치료계획 컴퓨터(Plato, Nucletron)와 일치하였고, 필름의 경우 선량 분포 곡선이 치료계획 컴퓨터의 선량 분포 곡선 패턴과 거의 일치하는 우수한 결과를 보였다. 제작된 자궁경부암용 팬톰은 HDR 치료 계획 컴퓨터의 선량 계산 알고리즘의 평가 및 검증에 유용하게 사용될 것이고, 이 팬톰은 강남성모병원 치료방사선과 HDR 근접치료 기기의 선량과 위치확인의 QA(quality assurance) 도구로써 사용하려고 추진 중에 있다.