• 센서학회지
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• 제25권1호
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• pp.41-45
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• 2016

In this study, LET (Linear Energy Transfer) calibration of CR-39 SSNTD (Solid State Nuclear Track Detector) was performed using 500 MeV/u Fe heavy ions in HIMAC (Heavy Ion Medical Accelerator) for high LET radiation dosimetry. The irradiated CR-39 SSNDT were etched according JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) etching conditions. And the etched SSNTD were analyzed by using Image J. Determined dose-mean lineal energy ($\overline{y_D}$) of 500 MeV/u Fe is about 283.3 keV/um by using the CR-39 SSNTD. This value is very similar result compare to the results calculated by GEANT4 Monte Carlo simulation and measured with TEPC active radiation detector. We confirmed that the CR-39 SSNTD was useful for high LET radiation dosimetry such as heavy iron ions.

• International Journal of Contents
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• 제14권4호
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• pp.65-69
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• 2018

The objective of this study was to conduct a radiation shielding analysis for the facility equipped with radiation generator. The analysis was carried out in two aspects. First, from the aspect of the effect caused by primary and leakage radiation. Second, effect of scattered radiation was evaluated by applying a simple calculation method based on a scattering rate concept since effect of scattered radiation is significantly important at maze entrance of the radiation facility. The calculated results obtained using the simple method were compared to the results calculated using Geant4 code and the measured values. The results calculated by the suggested method indicate that slight error exists in a radiation shielding analysis done at the maze entrance comparing to other two results, while the results evaluated at the outside of the maze entrance door are relatively consistent with other values.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제41권1호
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• pp.41-47
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• 2016

연구배경: 세기조절방사선치료와 같이 고선량을 암조직에 정밀하게 전달할 수 있는 방사선 치료기술이 개발됨에 따라, 보다 정확한 선량평가 기술의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 선형가속기에서 발생된 광자선의 물질투과율 정보를 통해 간접유도방식으로 에너지스펙트럼을 예측할 수 있는 기술의 개발을 목적으로 한다. 재료 및 방법: 의료용 선형가속기를 사용한 측정과 몬테칼로 전산모사를 통해 감쇠물질의 두께에 따른 X-선의 투과율이 평가되었으며, 이와 더불어 단일에너지에 의한 이온함의 반응함수가 결정되었다. 최종적으로 Unfolding 방법을 사용하는 HEOROW 프로그램을 통해 고선량률의 치료용 선형가속기에서 발생된 광자선의 에너지스펙트럼이 유도되었다. 본 연구에서 실험을 위해 Elekta Synergy Flatform 선형가속기가 사용되었으며, 몬테칼로 방법을 사용하는 Geant4 전산모사 프로그램이 사용되었다. 결과 및 논의: 감쇠물질의 두께에 따른 X-선 투과율과 몬테칼로 전산모사를 통해 계산된 X-선 투과율의 비교 결과 0.43%의 평균제곱근오차가 확인된다. 물질투과정보를 통해 간접적으로 유도된 에너지스펙트럼은 몬테칼로 전산모사를 통해 직접적으로 계산된 에너지스펙트럼과 비교분석 되었으며, 피크위치 및 평균에너지의 오차가 각각 0.066 MeV와 0.03 MeV로 평가되었다. 하지만 보다 정확한 에너지스펙트럼을 예측하기 위해서는 다양한 감쇠물질의 사용과 에너지스펙트럼 유도프로그램의 정밀도 향상을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 결론: 본 연구를 통해 확인된 물질투과율 기반의 에너지스펙트럼 측정 기술은 에너지가 높고 선량률이 높기 때문에 광자선을 직접적으로 측정하는 것이 제한적인 의료용 선형가속기에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제26권1호
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• pp.12-17
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• 2015

본 연구에서 한국형 중이온 가속기 RAON에서의 의생물 실험을 위하여 요구되는 빔 조건을 만족할 수 있도록 Monte Carlo 전산모사를 통한 노즐 설계를 최적화하고자 하였다. 의생명 실험을 위한 빔 조건으로 최대 조사면 크기, 선량균일도 그리고 빔 오염도의 특정 조건을 만족하는 $C^{12}$ 빔 생산이 요구되었다. 이때 최적화된 빔 노즐 설계를 위하여 Monte Carlo 시뮬레이션인 GEANT4 toolkit이 사용되었다. $15{\times}15cm^2$ 이상의 빔 조사면 크기와 3% 이내의 선량 균일도 그리고 전체 선량의 5% 보다 낮은 빔 오염도를 기본적인 조건으로 설정 되었다. 조사면 크기는 쌍극자 자석에 의해서 빔의 각도를 기울여 원형으로 회전하면서 쌍극자 자석의 아래쪽에 위치한 산란판의 두께를 조정하여 최적화 하였다. 빔 스캐닝 각도와 산란판의 두께는 Monte Carlo 시뮬레이션 분석에 의해서 각각 $0.5^{\circ}$와 0.05 cm로 최적의 값을 나타내었다. 선량 균일도와 최대 조사면 크기를 만족하기 위하여 static과 scanning beam을 복합하는 기술을 이용한 새로운 빔 전달 방법을 소개하였다. 중앙 고정용 빔과 빔 축으로부터 $0.5^{\circ}$ 경사각을 가지고 회전하는 빔과 경사각이 없이 바로 들어오는 빔을 조합하여 선량균일도가 1.1%와 빔 조사면의 최대크기가 $15{\times}15cm^2$가 되는 것을 확인하였다. 빔 오염도는 $C^{12}$ 이온과 다른 입자들에 의해서 전달된 흡수선량의 비율로 나타내었다. 물등가 깊이(water equivalent depth) 5 cm에서 17 cm 사이에서의 빔 오염도는 전체 선량에서의 2.5% 미만임을 확인하였으며 이와 같은 결과를 바탕으로, 본 연구에서는 의생명 실험을 위하여 요구되는 빔 조건을 만족하는 노즐 구조를 설정할 수 있었다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제9권4호
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• pp.239-247
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• 2015

의료용 선형가속기의 헤드 구성요소인 표적물질과 일차 콜리메이터는 선속특징을 결정짓는데 가장 큰 영향을 미치며 이로 인해 발생하는 후방산란은 구조물 차폐와 장비 관리 관점에서 고려하여야 할 요소이다. 이에 본 연구에서는 몬테카를로 시뮬레이션 중 하나인 Geant4를 통해 선형가속기를 모델링하고 헤드 구성요소의 변화에 따른 후방산란 양상을 살펴보았다. 산란되어 발생한 전자의 경우, 표적물질이 위치한 일차 콜리메이터의 내부 반경에 대부분의 분포를 보였으며 이와 반대로 산란된 광자의 경우, 바깥쪽 영역에서 상대적으로 높은 에너지의 산란이 많음을 알 수 있었다. 산란된 양전자는 약 0.03%로 미미한 발생을 보였다. 일차 콜리메이터의 내부 반경이 달라짐에 따라 세 산란입자(전자, 광자, 양전자) 모두 반경 내부 쪽에서의 변화가 컸으며, 전체 반경의 변화에 따른 후방산란은 60 mm 이상에서부터 어느 정도의 영향을 보인다는 것을 알 수 있었다. 표적물질 두께의 변화에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이를 통하여 가속시킨 초기 전자에 대한 후방 쪽으로의 산란도 무시할 수 없음을 알 수 있었으며 주변 구성요소의 기하학적인 형태나 크기에 의해서도 후방산란의 양상이 달라질 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 산란된 입자들의 에너지 분포를 통해 장비 관리의 관점에서도 고려하여야 할 결과라고 사료된다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.725-731
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• 2020

구(sphere)형의 섬광체를 사용한 방사선 스펙트로스코피 검출기를 설계하였고, 여러 대의 검출기를 사용하여 방사선원의 위치를 추적하는 시스템을 개발하였다. 방사선원의 위치 추적은 방사선의 수는 거리의 역자승 법칙에 따라 감소하는 이론을 바탕으로 위치 추적 알고리듬을 설계하였으며, 여러 위치의 방사선원에서 발생된 방사선의 수를 측정하여 알고리듬을 통해 위치를 계산하였다. 방사선원에서 발생되는 방사선은 각 검출기에서 서로 다른 계수로 검출되며, 이러한 검출되는 계수의 차이는 거리의 역자승에 비례하여 달라진다. 설계한 방사선원 위치 추적 시스템의 성능을 검증 및 평가하기 위해 Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) 시뮬레이션을 실시하였으며, 서로 다른 위치에 놓이 방사선원에서 발생된 방사선을 각 검출기로 계수하였다. 측정된 방사선의 수는 방사선원 위치 추적 알고리듬을 통해 위치가 추적되었으며, 실제 방사선원의 위치와 알고리듬으로 계산된 위치와의 오차를 평가하였다. 실제 방사선원의 위치와 계산된 위치와의 오차는 평균 X축 0.11%, Y축 0.37%로 측정되었으며, 매우 정확하게 위치를 측정할 수 있음이 검증되었다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제39권4호
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• pp.571-575
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• 2016

본 연구에서는 몬테칼로 전산모사 코드인 GATE6 (Geant4 Application for Tomographic Emission ver.6)를 사용하여 의료용 선형 가속기인 Varian사의 Clinac 21EX를 모사하고, 6 MV 광자선의 선량 특성을 평가하였다. 몬테칼로 방법은 방사선 치료시 환자 내의 선량분포를 계산하는 가장 정확한 방법으로 널리 이용되고 있다. 몬테칼로 기반의 코드를 이용하여 선형가속기의 조사 헤드부를 통과하는 입자의 흐름을 모사하는 것은 조사선량을 정량화 하는데 필요한 입자들의 에너지, 공간 분포와 같은 임상적인 빔의 특성을 결정하기 위한 실용적인 방법이다. 본 연구에서 모사한 선형가속기의 조사 헤드부는 빔 경로에 위치한 타겟, 일차 콜리메이터, 선속 평탄 필터, 이온전리함, 이차 콜리메이터로 구성된다. 모사된 선형가속기를 이용하여 선원-표면간 거리 100 cm, 조사야 $10{\times}10cm^2$ 조건에서 물팬텀 내의 광자선 에너지 스펙트럼(energy spectrum), 심부선량백분율(percentage depth dose), 선량프로파일(dose profiles)을 측정하였으며, 이 결과값을 실험 측정값과 비교하여 정확성을 검증하였다. 본 연구에서는 모사를 통한 결과값과 실험값이 매우 일치함을 보였으며, 이를 통해 GATE6 전산모사 코드는 방사선치료에 사용되는 광자선을 모사하기에 효과적임을 입증하였다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제35권4호
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• pp.353-360
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• 2012

핵의학 영상 기기 중 SPECT시스템은 촬영목적에 따라 다양한 콜리메이터를 사용하며 영상 재구성을 위해서는 각 콜리메이터의 기하학적 특성을 반영하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 이 중 핀홀 콜리메이터를 사용한 핵의학 영상기기의 영상 재구성에 관한 연구를 수행하였으며 특히 핀홀 콜리메이터 영상 재구성시 발생하는 샘플링 문제를 제거하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 순환적 영상 재구성 방법의 투사(projection)와 역투사(back-projection)시 각기 다른 방식으로 구축된 시스템 모델을 반영한 비동일 시스템 모델 방식을 개발하여 최대우도 기댓값최대화(maximum likelihood expectation maximization, ML-EM) 알고리듬에 적용하였다. 설계한 재구성 알고리듬을 성능을 검증하기 위해 geant4 application for tomographic emission(GATE) 시뮬레이션 툴을 이용하여 핀홀 콜리메이터의 디지털 팬텀 시뮬레이션을 수행하고 이를 이용하여 기존방식과 제안한 방식의 재구성 알고리듬에 대한 비교평가 연구를 수행하였다. 그 결과 본 연구에서 제안한 비동일 시스템 모델 사용 영상 재구성 방법은 동일 시스템 모델을 사용한 순환적 재구성 알고리듬에 비해 효과적으로 샘플링 문제를 제거할 수 있는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 영상 재구성 방법은 다양한 콜리메이터에 확대적용 되어 사용 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제40권1호
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• pp.13-18
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• 2017

본 논문은 GATE (geant4 application for tomographic emission) 시뮬레이션을 이용하여 다양한 모양과 재질의 팬텀에서 CTDI (computed tomography dose index)를 평가하였다. GATE 시뮬레이션은 실린더 기둥, 타원 기둥과 육각 기둥 형태와 물, PMMA (polymethyl methacrylate), polyethylene 그리고 polyoxymethylene 재질의 다양한 지름(1 ~ 50 cm)의 팬텀을 모사하여 $CTD_{I100center}$ 값을 비교하였다. 120 kV, 200 mAs에서 실린더 기둥, 타원 기둥과 육각 기둥의 $CTDI_{100center}$ 값은 각각 11.1, 13.4 그리고 12.2 mGy이었다. 이 결과는 동일 볼륨이지만 팬텀의 형태에 따라 $CTDI_{100center}$ 값의 차이가 있음을 알 수 있다. 그리고 물, PMMA 그리고 polyoxymethylene 팬텀의 $CTDI_{100center}$ 값을 비교했을 때 물질의 밀도가 높을수록 상대적으로 $CTDI_{100center}$ 값이 낮게 측정되었다. 하지만 polyethylene의 경우 지름이 15 cm ($CTDI_{100center}$ : 35.0 mGy) 이 상에서는 PMMA 보다 $CTDI_{100center}$ 값이 증가하였다. 그리고 30 cm ($CTDI_{100center}$ : 17.7 mGy) 이 상의 지름에서는 물 보다 더 높은 $CTDI_{100center}$ 값을 보였다. 본 실험을 통해 팬텀의 재질 및 모양에 따른 $CTDI_{100center}$ 값을 GATE 시뮬레이션을 이용하여 평가하였다. CT 선량 평가시 다양한 재질 및 인체에 가까운 모양의 팬텀을 사용함으로써 좀 더 정확한 환자선량을 평가할 수 있을 것이다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제39권1호
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• pp.43-49
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• 2016

본 연구에서는 탄소이온을 이용한 고LET 방사선 치료시 CR-39 고체비적검출기(SSNTD)를 선량계로 사용하기 위하여 일본 중입자가속기연구소(HIMAC)의 400 MeV/u 탄소 이온을 이용한 교정실험을 수행하였다. 탄소 이온을 조사한 CR-39 검출기는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 고체비적검출기 전처리 프로토콜에 따라 화학적 에칭을 하였고, 에칭된 CR-39 검출기의 표면에 형성된 트랙은 디지털 카메라로 촬영한 후 Image J를 이용하여 분석하였다. 분석결과 400 MeV/u 탄소 이온의 ${\bar{y_F}}$와 ${\bar{y_D}}$는 각각 $8.5keV/{\mu}m$ 및 $10.1keV/{\mu}m$이었으며, 이 결과는 한국천문연구원의 조직등가비례계수기(TEPC)로 측정한 값 및 GEANT4 몬테칼로 시뮬레이션으로 계산한 값과 잘 일치하였다. 본 연구를 통하여 CR-39의 선량 및 LET 교정인자를 결정할 수 있었으며, 고LET 방사선 치료시 CR-39를 이용한 선량평가의 가능성을 확인하였다.