• Applied Microscopy
• /
• 제24권2호
• /
• pp.63-77
• /
• 1994

This experiment was performed to study the morphological responses of the epidermis of the rat scalp, following X-ray irradiation. Male rats were divided into normal and experimental groups. Rats anesthetized with sodium thiopental, were exposed only on their head areas with a single dose of 3,000rads or 6,000rads, respectively. Radiation was produced by Mitsubishi Linea Accelerator ML-4MV at the speed of 200rads/min. The target distance was 80cm. Animals were sacrificed on six hours, two days and six days following irradiation. By the perfusion fixation through the heart, rats were fixed with 1% glutaraldehyde-1% paraformaldehyde solution. Pieces of the tissue taken from the scalp were refixed in 2.5% glutaraldehyde-1.5% paraformaldehyde solution, followed by post-fixation with 1% osmium tetroxide, and embedded within araldite mixture. The sections were cut on a LKB-V ultratome, stained with uranyl acetate and lead citrate, and were observed with JEM 100CX-II electron microscope. The results were as follow; 1. Six hours after exposure to 3,000rads of X-ray. Disrupted intercellular spaces, within which some amorphous materials were filled, disrupted mitochondria, and vacuoles in the keratinocytes were frequently observed, but six days after exposure to 3,000rads of X-ray, Morphology of the keratinocytes was generally restored. 2. Many of the morphological changes were seen on the six days after exposure to 6,000rads of X-ray. 3. Widened intercellular spaces and thickened dense plaques of the desmosomes were frequently observed after exposure to 6,000rads of X-ray. 4. In the experimental groups, the Langerhans and the Merkel cells were damaged, similarly to the keratinocyte. Above results suggest that head irradiation with the dose of 3,000rads temporarily damaged the epidermis of the scalp, though most of the structures recover within six days, whereas with the dose of 6,000rads it severely damaged the epidermis without showing any recovering tendency.

• Applied Microscopy
• /
• 제24권2호
• /
• pp.48-62
• /
• 1994

The acute irradiation effect on rat Purkinje cell was carried out. Anesthetized rats, weighing 200-250g each, were exposed their heads to the linear accelerator (ML-4MV) with the doses of 3,000 rads or 6,000 rads respectively. Irradiated rats were sacrificed by perfusion fixation under anesthesia, six hours, two days and six days following the irradiations. Rats were perfused with the fixative of 1% glutaraldehyde-1% paraformaldehyde solution (pH 7.4). Small pieces of cerebellar cortices were taken out. Tissue blocks were washed out, and were refixed in the 2% osmium tetroxide solution. After dehydration, tissues were embedded in the araldite mixture. Ultrathin sections stained with uranyl acetate-lead citrate solution, were examined with an electron microscope. The results observed were as follow; 1. Many dark Purkinje cells exhibited most severe cellular alterations on 6 hours. But after the 2 or 6 days, the cells exhibited only some alterations of cytoplasmic organelles. 2. Many granular and agranular endoplasmic reticula exhibited the fusion of cisterns. These reticular alterations were most severe on 6 hours following irradiation. But the alterations were hardly found on 6 days. 3. In the Golgi region, alterations including the adhesion of lamelliform cisterns, enlarged saccules, and increased number of vesicles, etc, were seen on 6 hours. But the Golgi complexes were almost recovered on 6 days. 4. Lysosomes were abundant on 6 hours or 2 days, but some residual bodies were found on 6 days. 5. Mitochondrial changes were also most severe at on hours, and they were recovered thereafter. From the results, it was concluded that the cerebellar Purkinje cells reacted to the high doses of irradiation by hyperactive protein synthesis, autolytic activities and energy metabolism. The reaction was most active in the early stage. It implies that motor-control function of Purkinje cells are severely disturbed in the early stage of irradiation.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제13권1호
• /
• pp.1-8
• /
• 2002

치료방사선 선형가속기에서 출력되는 광자선의 선속 (flux)에는 gantry head로부터 발생되는 오염전자를 포함하고 있으며, 오염전자의 발생은 주로 gantry head의 부속장비 또는 방사선 치료를 위해 gantry head 밑에 설치되는 부속장치 등에서 광자선과 매질의 전자쌍생성, 또는 컴프톤 산란전자 등의 물리적 현상으로 발생된다. 오염전자는 표면영역의 수cm 깊이의 선량 분포에 영향을 주고 있으며, 이것은 방사선 치료 시 skin-sparing 효과를 감소시키는 등 임상적인 측면에 영향을 주고 있다. 그러므로 선형가속기에서 발생되는 오염전자의 특성을 이해 할 필요가 있다. 본 연구는 선형가속기 (Clinac 1800, Varian )에서 출력되는 15MV 광자 선속에서 조사야의 크기가 0.0$\times$10.0 to 30.0$\times$30.0 $\textrm{cm}^2$에서 30.0$\times$30.0 $\textrm{cm}^2$ 대해 구리판(Cu)의 부분적 오염전자 제거 능력과, 조사야의 부분 차폐 방법을 이용하여 물팬톰 내의 선량분포의 변화를 측정하므로써 오염전자의 특성을 분석하였다. 그 결과 오염전자는 조사야의 중심축으로부터 넓게 퍼진 cone 모양의 분포를 하고 있었으며, 또한 오염전자가 갖는 평균 에너지는 약 3.0MeV로 나타났다. 그러므로 오염전자는 표면으로부터 2.5cm 깊이까지 분포하였다. 이러한 결과로써 광자선속에 포함된 오염전자를 제거하고 순수한 광자선을 이용한다면 buildup 영역 및 표면선량이 감소되고, 최대선량지점이 좀더 깊어진다.

• Applied Microscopy
• /
• 제23권2호
• /
• pp.11-26
• /
• 1993

This experiment was performed to study the morphological responses of the pigment epithelial cell and the Bruch's membrane of the retina of rat following X-ray irradiation. Male rats were divided into normal and experimental groups. The heads of the rats, under sodium thiopental anesthesia, were exposed to 3,000 rads or 6,000 rads of radiation in a single dose, respectively. The source was a Mitsubishi Linear Accelerator ML-4MV. The target to skin distance was 80cm, and the. dose rate was 200 rads/min. The experimental groups were sacrificed on the 6th hour, 2nd and 6th day after X-ray irradiation. Under anesthesia, 1% glutaraldehyde-1% paraformaldehyde solution(0.1M Millonig's phosphate buffer, pH 7.3) was perfused through the left ventricle and ascending aorta. Pieces of the tissue taken from the posterior region of the retina were fixed in 2.5% glutaraldehyde-1.5% paraformaldehyde(0.1M Millonig's phosphate buffer, pH 7.3) and 1% osmium tetroxide(0.1M Millonig's phosphate buffer, pH7.3), and embedded in araldite mixture. The ultrathin sections contrasted with uranyl acetate and lead citrate were observed with JEM 100 CX-II electron microscope. The results were as follow; 1. The morphological changes of the pigment epithelial cells were not pronounced after exposure to 3,000 rads of X-ray. But on the 6th hour after exposure to 6,000 rads of X-ray, bulging nuclear membrane protruding into the cytoplasm and nuclear chromatin clumped into numerous masses along the nuclear membrane were observed. At the 2nd and 6th day post-irradiation, partial cytolysis or necrosis were seen. 2. The thickness of the Bruch's membrane of the experimental groups were increased in the time and dose range covered by this study, and splitting or diffusing basal laminae of the choriocapillary layer were observed frequently in the experimental group. Above results suggest that large amount(6,000 rads) of head irradiation induce direct hazardous effects on the pigment epitherial cells and Bruch's membrane of the retina of the rat, but pigment epithelial cells are more radioresistant than Bruch's membrane.

• Applied Microscopy
• /
• 제29권1호
• /
• pp.11-23
• /
• 1999

머리 부분에 많은 양의 방사선을 조사 받은 흰쥐 뇌실막세포의 미세구조에 대하여 연구하였다. 체중 $200\sim250g$의 흰쥐를 실험동물로 사용하였고, 방사선 발생장치로는 Mitsubishi linear accelerator (ML-4MV)를 이용하였다. 실험군의 흰쥐는 sodium thiopental로 마취시킨 후 머리부분이 조사구역 $(30cm\times30cm)$ 안에 들도록 눕힌 후, 조사거리 80cm, 조사 깊이 1.2 cm의 조건에서 200 rad/min의 속도로 연속 조사하였다. 실험군에 따라 3,000 rad 또는 6,000 rad를 조사시킨 후 각각 6시간, 2일, 6일 후에 동물들을 희생시켰다. 희생시에는 마취된 흰쥐의 가슴을 열고 심장을 통한 관류고정을 시행하였고, 관류고정액은 1% glutaraldehyde-1% paraformaldehyde액을 사용했다. 고정된 뇌에서 가쪽뇌실벽 일부를 메어 관류고정액과 같은 고정액에 다시 고정한 후, 2% osmium tetroxide 액으로 이차고정 하였고, 이후 통상적인 방법으로 전자현미경 절편제작 및 염색과정을 거친 후 전자현미경으로 관찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 방사선조사후 6시간군부터 뇌실막세포는 종창현상을 보였고 섬모의 배열이 흐트러졌으며 부분적으로 세포질이 뇌실공간으로 돌출하였다. 2. 방사선조사후 2일군부터는 뇌실막세포의 종창현상이 심하며 뇌실막밑조직의 부종이 심했다. 3. 뇌실막세포의 돌출부분 세포질에는 섬모바닥체, 사립체, 세포질세망들이 들어 있었다. 4. 방사선조사군에서는 확장된 뇌실막세포사이공간을 통하여 뇌실막밑층의 축삭성분 등이 뇌실속 까지도 돌출하였다. 이와 같은 결과로 보아 방사선조사에 의해 뇌실막세포에는 심각한 형태학적 변화가 초래되며, 이로써 뇌실질과 뇌척수액사이의 대사관문이 교란될 것으로 생각된다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제22권6호
• /
• pp.1149-1158
• /
• 2000

염색폐수를 생물학적으로 처리하여 방류하는 연속으로 연결되어있는 6개의 단으로 구성된 폐수처리시설에서 폐수 유동을 관찰하고 처리공정에 영향을 줄 수 있는 요인들을 찾기 위해 동위원소를 이용한 추적자 실험을 수행하였다. 추적자로 약 20mCi의 $^{131}I$를 첫 번째 단의 폐수 유입부에 투입하고 각 단에 방사선 검출기를 설치하여 시간에 따른 추적자 농도변화를 측정하였다. 측정된 데이터를 Perfect Mixers in Series Model을 이용한 분석을 통하여 평균체재시간과 시스템에서의 유동 특성 파라미터들을 계산하였다. 시스템의 평균체재시간은 설계치인 22.3시간의 76%인 17시간으로 계산되었다. 시스템을 구성하고 있는 6개의 단 중에서 제1단은 완전혼합기(perfect mixer)로서의 특성을 보이지 않았으나, 나머지 5개의 단은 완전혼합기와 같이 작동하였다. 제1단의 출력은 상호 교환이 일어나는 탱크를 가진 완전혼합기 모델로 모사한 출력과 좋은 일치를 보였다. 이 교환되는 탱크의 크기는 전체의 약 4분의 1인 것으로 분석되었다. 체재시간분포 실험의 결과는 유입 폐수의 방사선 전처리를 위해 설치된 전자선가속기의 가동조건 변경 후 그 영향에 대한 연구를 위한 적정 시료채취시간 산정에 사용되었다.

• Journal of Radiation Protection and Research
• /
• 제48권4호
• /
• pp.167-174
• /
• 2023

Background: A nondestructive test is commonly used to inspect the surface defects and internal structure of an object without any physical damage. X-rays generated from an electron accelerator or a tube are one of the methods used for nondestructive testing. The high penetration of X-rays through materials with low atomic numbers makes it difficult to discriminate between these materials using X-ray imaging. The interaction characteristics of neutrons with materials can supplement the limitations of X-ray imaging in material discrimination. Materials and Methods: The radiation image acquisition process for air-cargo security inspection equipment using X-rays and neutrons was simulated using a GEometry ANd Tracking (Geant4) simulation toolkit. Radiation images of phantoms composed of 13 materials were obtained, and the R-value, representing the attenuation ratio of neutrons and gamma rays in a material, was calculated from these images. Results and Discussion: The R-values were calculated from the simulated X-ray and neutron images for each phantom and compared with those obtained in the experiments. The R-values obtained from the experiments were higher than those obtained from the simulations. The difference can be due to the following two causes. The first reason is that there are various facilities or equipment in the experimental environment that scatter neutrons, unlike the simulation. The other is the difference in the neutron signal processing. In the simulation, the neutron signal is the sum of the number of neutrons entering the detector. However, in the experiment, the neutron signal was obtained by superimposing the intensities of the neutron signals. Neutron detectors also detect gamma rays, and the neutron signal cannot be clearly distinguished in the process of separating the two types of radiation. Despite these differences, the two results showed similar trends and the viability of using simulation-based radiation images, particularly in the field of security screening. With further research, the simulation-based radiation images can replace ones from experiments and be used in the related fields. Conclusion: The Korea Atomic Energy Research Institute has developed air-cargo security inspection equipment using neutrons and X-rays. Using this equipment, radiation images and R-values for various materials were obtained. The equipment was reconstructed, and the R-values were obtained for 13 materials using the Geant4 simulation toolkit. The R-values calculated by experiment and simulation show similar trends. Therefore, we confirmed the feasibility of using the simulation-based radiation image.

• Radiation Oncology Journal
• /
• 제16권1호
• /
• pp.71-79
• /
• 1998

목적 : 비 상업용 3차원 컴퓨터치료계획시스템인 Plunc의 구축 사례를 소개하고 이의 임상적용 가능성에 대하여 검증하고자 한다. 대상 및 방법 : 미국 North Carolina 대학에서 개발된 3차원 치료계획시스템인 Plunc의 소스코드를 제공받아, PC용 Unix인 Linux 환경의 Pentium Pro 200MHz(128MB RAM, Millennium VGA)에서 설치하였다. 본과의 6MV 광자선(Siemens MXE 6740)에 대한 출력인자, 최대산란비, 최대산란인자, 쐐기의 모양 및 감쇄인자 등의 빔데이터를 입력한 후, 일반적인 치료조건인 loom 깊이의 회전중심점에서의 심부선량백분율, 선량측면도, oblique 입사빔 및 공기간격 하에서의 선량계산 결과를 물팬톰에서의 측정치와 비교, 분석하였다. 결과 : Plunc는 원래 CT 영상데이터를 이용한 모의치료기로써 개발되어, 빔 설계가 매우 편리하도록 사용자 인터페이스가 구성되어 있으며, BEV, DRR 및 영상합성 등의 기능을 갖추고 있다. 선량계산은 10초 정도가 소요되는 3차원 선량분포나 선량체적히스토그람을 제외하고는 거의 실시간으로 실행되었다. Plunc에 의한 선량 계산 값을 측정값과 비교한 결과, 심부선량백분율의 경우, 선량증가영역을 제외하고는 $1\%$이내에서 일치하였다. 또한, 선량측면도의 경우, $5\%$가량의 선량감소를 나타내는 치료영역 크기 밖의 저선량 영역을 제외하고는 $2\%$ 이내에서 일치하였다. Oblique 입사 빔의 경우, 빔 중심축을 포함하는 평면상의 선량분포가 선량이 $30\%$ 이하인 영역을 제외하고는 비교적 잘 일치하였다. 공기간격을 통과한 빔에 대한 선량측면도의 비교 결과, 중심 축에서의 선량 값에 대해 $5\%$의 오차를 보였다. 결론 : Plunc의 광자선량계산의 정밀도는 일반적인 치료조건하에서 약 $2-5\%$ 내외의 오차로써, 측정치에 대한 보정에 근거한 알고리즘을 사용하는 일반 치료계획시스템과 비슷한 수준이라 사료된다. 현재로서는 전자선에 대한 선량계산이 불가능하기 때문에 완전한 형태의 치료계획시스템이 되기 위해서는 향후, 전자선에 대한 계산모듈의 개발과 광자선 선량계산 또한 보다 정밀한 선량계산이 가능한 컨벌루션 방법과 같은 3차원 선량계산모듈의 개발도 필요하다. Plunc는 상업용 3차원 치료계획 시스템의 사용이 현실적으로 어려운 여건의 병원에서 2차원 치료계획시스템과 상호 보완적으로 사용한다면 2차원 치료계획시스템이 갖는 많은 제약을 극복할 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Radiation Protection and Research
• /
• 제27권1호
• /
• pp.1-10
• /
• 2002

의료용 선형가속기에서 발생되는 고 에너지 광자선은 콜리메이터에 의하여 누출되며 치료두부(head), 콜리메이터, 환자를 포함한 치료실내의 모든 벽과 구성 물질들에 의하여 많은 산란선이 발생된다. 방사선치료는 종양에 따라서 최소한 40 Gy에서 80 Gy까지 조사되기 때문에 주위건강조직 특히 생식가능한 사람에 대한 생식선의 피폭선량을 평가하여야하며 종양치료에 영향을 주지 않은 범위에서 가능한 방법을 동원하여 피폭선량을 줄여야한다. 방사선 안전관리등의 기술기준에 관한 규칙(과학기술부령 제17호) 제3절 의료분야의 특별기준, 제44조(진료환자의 방사선 피폭)에 의하면 진료를 위한 환자 피폭선량을 합리적으로 달성 가능한 최소의 수준으로 유지하기 위한 절차를 구비하여야 하며 과학기술부 장관은 이에 준하는 의료시설 및 장비취급의 기술기준을 정하고 고시하여야한다고 명시 되어있다. 고 에너지방사선은 악성종양환자들의 치료성과를 향상시키는 동시에 치료후 방사선에 의한 만성효과가 발생 될 수 있기 때문에 주선속의 다양한 산란선과 누출선의 선질변화와 선량을 측정하고 생식선과 같은 주요장기를 산란선으로부터 차폐할 수 있는 기구를 제작 사용함으로서 방사선 피폭선량을 최대한으로 감소시킬 수 있었다. 고 에너지 방사선은 의료용 선형가속기(CLINAC 2100C/D. 2100C. 600C)에서 발생시킨 4, 6, 10 MV x-ray와 코발트원격치료장치(ALCYON II)의 코발트선원에서 방출되는 1.25 MV의 감마선을 이용하였다. 선량측정은 폴리스틸렌과 인체팬텀(Rando)사용하였으며 측정기는 이온함, TLD 및 필름을 사용하였다. 고 에너지 방사선에 의한 산란선은 장치의 콜리메이터 뿐만 아니라 치료실 벽 인체내부등 모든 방향에서 방사됨으로 납 벽돌에 의한 차폐율측정은 많은 변수를 가졌으며 고환인 경우에는 3면이 모두 차폐되도록 항아리모양으로 제작하였다. 태아인 경우 태아가 위치하고 있는 골반위에 육교모양의 선반을 만들고 그 위에 납 벽돌을 장치하도록 고안하였다. Co-60 감마선, 4 MV x-선, 10 MV x-선에서 발생되는 누출선량과 산란선량에 의한 평균 피폭선량은 조사면 중심으로부터 10, 30, 60cm 거리에서 조사면내 최대선량에 대하여 각각 $10^{-2},\;10^{-3},\;10^{-4}$의 비율로 측정되었으며 거리에 따라 지수함수로 줄어들었다. 흉부에 국한된 종양을 10 MV x-ray, $12{\times}12 cm^2$ 조사면으로 치료하였을 때 자궁에 받는 피폭선량은 0.9 mGy/Gy이며 고환이 받는 피폭선량은 0.6 mGy/Gy 이었으며 체장과 신장은 각각 4.8 mGy/Gy 와 2.5 mGy/Gy이다 10 MV x-선, $14{\times}14cm^2$ 조사면 경계로부터 10 cm 밖에서 납벽돌의 반가층 두께는 약 9.0 mm 이였고 20cm 밖에서는 반가층 두께가 약 6.5 mm로 측정되었다. 복부에 위치한 악성종양을 60 Gy 조사하였을 경우 태아가 위치하고 있는 자궁의 피폭선량은 약 370 mGy이고 이곳을 10 mGy이하가 되도록 차폐하려면 약 6.2 cm두께의 납 벽돌을 자궁위에 장착하여야 하며 골반치료시 고환에 10 mGy이하가 되도록 차폐하려면 약 5 cm 두께의 납 항아리가 요구된다. 고 에너지 고 준위 방사선치료시 고환은 3면을 항아리모양으로 차폐할 수 있어 피폭선량을 상당히 줄일 수 있으며 자궁인 경우 체내에서 산란된 선량의 차폐는 불가능하였다.

• Radiation Oncology Journal
• /
• 제19권1호
• /
• pp.66-73
• /
• 2001

목적 : 붕소-중성자 포획치료법(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)을 위해 원자력병원 싸이클로트론에서 발생되는 최대에너지 34.4 MeV의 속중성자(Fast neutron)를 70 cm 파라핀으로 감속시킨 후 선량 특성을 조사하였다. 그 결과를 토대로 열외중성자(Epithermal neutron) 선량 측정법에 대한 프로토콜을 확립하여 원자로에서 방출되는 열외 중성자 선량 특성 평가의 기초를 삼고, 가속기를 이용한 BNCT 연구에 대한 타당성 여부를 조사하고자 한다. 대상 및 방법 : 공기 중 선량 및 물질 내 선량 분포 측정을 위해 Unidos 10005 (PTW, Germany) 전기계와 조직 등가 물질인 A-150 플라스틱으로 제작된 IC-17 (Far West, USA) 및 IC-18, ElC-1 이온함을 사용하였고, 감마선의 측정을 위해서는 마그네슘으로 제작된 IC-l7M 이온함을 이용하였으며 조직등가 기체와 아르곤 기체를 분당 5cc 씩 주입하며 측정하였다. 중성자, 광자, 전자가 혼합된 장의 모의 수송 해석을 위해 이용되는 Monte Carlo N-Particle (MCNP) transport code를 사용하여 2차원적 선량 분포 및 에너지 분포를 계산하였으며 이 결과를 측정값과 비교하였다. 결과 : BNCT에서의 유효 치료 깊이인 물 팬텀 4 cm에서의 선량은 치료기 1 MU 당 $6.47\times10^{-3}\;cGy$로 미세하였으며, 이때 감마 오염도(contamination)는 $65.2{\pm}0.9\%$로 중성자보다는 감마선에 의한 선량 기여분이 우세하였다. 깊이에 따른 선량 분포 특성에서는 중성자 선량은 선형적으로 감쇠 되었고, 감마선량은 지수적으로 보다 급격히 감쇠되는 경향을 보였으며 전체 선량의 $D_{20}/D_{10}$은 0.718 이었다. MCNP에 의한 에너지 분포 전산 계산의 결과 2.87 MeV 이하에서 중성자 피크가 나타났으며, 저에너지 영역에서는 감마선이 연속적으로 분포되는 양상을 보였다. 결론 : 벽 물질이 서로 다른 두 개의 이온함을 사용한 직접 선량 측정과 MCNP 전산 시뮬레이션을 이용한 공간 선량분포 계산으로 미세 속중성자 빔에 대한 선량 특성을 파악할 수 있었으며, 원자로 열외중성자 주(Epithermal neutron column)에 대한 선량 평가 자료로 확보하였다. 아울러 가속기에 대한 연구가 진행되어 고전압, 고전류를 발생시키는 전원 공급장치와 표적핵(Target) 물질이 개발되고 비스무스나 납 등에 의해 감마 오염도를 줄일 경우, 싸이크로트론에 의한 보론-중성자 포획치료도 가능해질 것으로 판단된다.