Ham, Bo-Kyoung;Cho, Kun-Woo;Yeom, Yoen-Soo;Jeong, Jong-Hwi;Kim, Chan-Hyeong;Han, Min-Cheol
Journal of Radiation Protection and Research
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v.37
no.1
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pp.41-49
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2012
The objective of this study is for development of the reference Korean female phantom, HDRK-Woman. The phantom was constructed by adjusting a Korean woman voxel phantom to the Reference Korean data. The Korean woman phantom had been developed based on the high-resolution color slice images obtained from an adult Korean female cadaver. There were a total of 39 organs including the 27 organs specified in ICRP 103 for effective dose calculation. The voxel resolution of the phantom was $1.976{\times}1.976{\times}2.0619\;mm^3$ and the voxel array size is $261{\times}109{\times}825$ in the x, y and z directions. Then, the voxel resolution was changed to $2.0351{\times}2.0351{\times}2.0747\;mm^3$ for adjustment of the height and total bone mass of the phantom to the Reference Korean data. Finally, the internal organs and tissue were adjusted using in-house software program developed for 3D volume adjustment of the organs and tissue. The effective dose values of HDRK phantoms were calculated for broad parallel photon beams using MCNPX Monte Carlo code and compared with those of ICRP phantoms.
Recently, the International Commission on Radiological Protection (ICRP) has developed the Mesh-type Reference Computational Phantoms (MRCPs) for adult male and female to overcome the limitations of the current Voxel-type Reference Computational Phantoms (VRCPs) described in ICRP Publication 110 due to the limited voxel resolutions and the nature of voxel geometry. In our previous study, the MRCPs were used to calculate the dose coefficients (DCs) for idealized external exposures of photons and electrons. The present study is an extension of the previous study to include three additional particles (i.e., neutrons, protons, and helium ions) into the DC library by conducting Monte Carlo radiation transport simulations with the Geant4 code. The calculated MRCP DCs were compared with the reference DCs of ICRP Publication 116 which are based on the VRCPs, to appreciate the impact of the new reference phantoms on the DC values. We found that the MRCP DCs of organ/tissue doses and effective doses were generally similar to the ICRP-116 DCs for neutrons, whereas there were significant DC differences up to several orders of magnitude for protons and helium ions due mainly to the improved representation of the detailed anatomical structures in the MRCPs over the VRCPs.
Background: Dose conversion coefficients (DCCs) have been commonly used to estimate radiation-dose absorption by human organs based on physical measurements of fluence or kerma. The International Commission on Radiological Protection (ICRP) has reported a library of DCCs, but few studies have been conducted on their applicability to non-Caucasian populations. In the present study, we collected a total of 8 Korean pediatric and adult voxel phantoms to calculate the organ DCCs for idealized external photon-irradiation geometries. Materials and Methods: We adopted one pediatric female phantom (ETRI Child), two adult female phantoms (KORWOMAN and HDRK Female), and five adult male phantoms (KORMAN, ETRI Man, KTMAN1, KTMAN2, and HDRK Man). A general-purpose Monte Carlo radiation transport code, MCNPX2.7 (Monte Carlo N-Particle Transport extended version 2.7), was employed to calculate the DCCs for 13 major radiosensitive organs in six irradiation geometries (anteroposterior, posteroanterior, right lateral, left lateral, rotational, and isotropic) and 33 photon energy bins (0.01-20 MeV). Results and Discussion: The DCCs for major radiosensitive organs (e.g., lungs and colon) in anteroposterior geometry agreed reasonably well across the 8 Korean phantoms, whereas those for deep-seated organs (e.g., gonads) varied significantly. The DCCs of the child phantom were greater than those of the adult phantoms. A comparison with the ICRP Publication 116 data showed reasonable agreements with the Korean phantom-based data. The variations in organ DCCs were well explained using the distribution of organ depths from the phantom surface. Conclusion: A library of dose conversion coefficients for major radiosensitive organs in a series of pediatric and adult Korean voxel phantoms was established and compared with the reference data from the ICRP. This comparison showed that our Korean phantom-based data agrees reasonably with the ICRP reference data.
In a previous study, a set of polygon-mesh (PM)-based skin models including a $50-{\mu}m-thick$ radiosensitive target layer were constructed and used to calculate skin dose coefficients (DCs) for idealized external beams of electrons. The results showed that the calculated skin DCs were significantly different from the International Commission on Radiological Protection (ICRP) Publication 116 skin DCs calculated using voxel-type ICRP reference phantoms that do not include the thin target layer. The difference was as large as 7,700 times for electron energies less than 1 MeV, which raises a significant issue that should be addressed subsequently. In the present study, therefore, as an extension of the initial, previous study, skin DCs for three other particles (photons, protons, and helium ions) were calculated by using the PM-based skin models and the calculated values were compared with the ICRP-116 skin DCs. The analysis of our results showed that for the photon exposures, the calculated values were generally in good agreement with the ICRP-116 values. For the charged particles, by contrast, there was a significant difference between the PM-model-calculated skin DCs and the ICRP-116 values. Specifically, the ICRP-116 skin DCs were smaller than those calculated by the PM models-which is to say that they were under-estimated-by up to ~16 times for both protons and helium ions. These differences in skin dose also significantly affected the calculation of the effective dose (E) values, which is reasonable, considering that the skin dose is the major factor determining effective dose calculation for charged particles. The results of the current study generally show that the ICRP-116 DCs for skin dose and effective dose are not reliable for charged particles.
Jeong, Jong Hwi;Yeom, Yoen Soo;Han, Min Cheol;Kim, Chan Hyeong;Ham, Bo Kyoung;Hwang, Sung Bae;Kim, Seong Hoon;Lee, Dong-Myung
Progress in Medical Physics
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v.23
no.3
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pp.199-208
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2012
The computational human phantom including major radiation sensitive organs at risk (OARs) can be used in the field of radiotherapy, such as the variation of secondary cancer risks caused by the radiation therapy and the effective dose evaluation in diagnostic radiology. The present study developed a Korean adult female voxel phantom, VKH-Woman, based on serially sectioned color slice images of Korean female cadaver. The height and weight of the developed female voxel phantom are 160 cm and 52.72 kg, respectively that are virtually close to those of reference Korean female (161 cm and 54 kg). The female phantom consists of a total of 39 organs, including 27 organs recommended in the ICRP 103 publication for the effective dose calculations. The female phantom composes of $261{\times}109{\times}825$ voxels (=23,470,425 voxels) and the voxel resolution is $1.976{\times}1.976{\times}2.0619mm^3$ in the x, y, and z directions. The VHK-Woman is provided as both ASCII and Binary data formats to be conveniently implemented in Monte Carlo codes.
Bangho Shin;Yumi Lee;Ji Won Choi;Soo Min Lee;Hyun Joon Choi;Yeon Soo Yeom
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.1949-1958
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2023
The International Commission on Radiological Protection (ICRP) Publication 116 was released to provide a comprehensive dataset of the dose coefficients (DCs) for external exposures produced with the adult reference voxel phantoms of ICRP Publication 110. Although an advanced skeletal dosimetry method for photons and neutrons using fluence-to-dose response functions (DRFs) was introduced in ICRP Publication 116, the ICRP-116 skeletal DCs were calculated by using the simple method conventionally used (i.e., doses to red bone marrow and endosteum approximated by doses to spongiosa and/or medullary cavities). In the present study, the photon and neutron DRFs were used to produce skeletal DCs of the ICRP-110 reference phantoms, which were then compared with the ICRP-116 DCs. For photons, there were significant differences by up to ~2.8 times especially at energies <0.3 MeV. For neutrons, the differences were generally small over the entire energy region (mostly <20%). The general impact of the DRF-based skeletal DCs on the effective dose calculations was negligibly small, supporting the validity of the ICRP-116 effective DCs despite their skeletal DCs derived from the simple method. Meanwhile, we believe that the DRF-based skeletal DCs could be beneficial in better estimates of skeletal doses of individuals for risk assessments.
Yeon Soo Yeom ;Chansoo Choi ;Bangho Shin ;Suhyeon Kim ;Haegin Han ;Sungho Moon ;Gahee Son;Hyeonil Kim;Thang Tat Nguyen;Beom Sun Chung;Se Hyung Lee ;Chan Hyeong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.12
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pp.4698-4707
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2022
As part of the ICRP Task Group 103 project, we developed ten thyroid models for the pediatric mesh-type reference computational phantoms (MRCPs). The thyroid is not only a radiosensitive target organ needed for effective dose calculation but an important source region particularly for radioactive iodines. The thyroid models for the pediatric MRCPs were constructed by converting those of the pediatric voxel-type reference computational phantoms (VRCPs) in ICRP Publication 143 to a high-quality mesh format, faithfully maintaining their original topology. At the same time, we improved several anatomical parameters of the thyroid models for the pediatric MRCPs, including the mass, overlying tissue thickness, location, and isthmus dimensions. Absorbed doses to the thyroid for the pediatric MRCPs for photon external exposures were calculated and compared with those of the pediatric VRCPs, finding that the differences between the MRCPs and VRCPs were not significant except for very low energies (<0.03 MeV). Specific absorbed fractions (target ⟵ thyroid) for photon internal exposures were also compared, where significant differences were frequently observed especially for the target organs/tissues close to the thyroid (e.g., a factor of ~1.2-~327 for the thymus as a target) due mainly to anatomical improvement of the MRCP thyroid models.
Yumi Lee;Ji Won Choi;Lior Braunstein;Choonsik Lee;Yeon Soo Yeom
Journal of Radiation Protection and Research
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v.49
no.1
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pp.50-64
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2024
Background: The reference dose coefficients (DCs) of the International Commission on Radiological Protection (ICRP) have been widely used to estimate organ doses of individuals for risk assessments. This approach has been well accepted because individual anatomy data are usually unavailable, although dosimetric uncertainty exists due to the anatomical difference between the reference phantoms and the individuals. We attempted to quantify the individual variation of organ doses for photon external exposures by calculating and comparing organ DCs for 30 individuals against the ICRP reference DCs. Materials and Methods: We acquired computed tomography images from 30 patients in which eight organs (brain, breasts, liver, lungs, skeleton, skin, stomach, and urinary bladder) were segmented using the ImageJ software to create voxel phantoms. The phantoms were implemented into the Monte Carlo N-Particle 6 (MCNP6) code and then irradiated by broad parallel photon beams (10 keV to 10 MeV) at four directions (antero-posterior, postero-anterior, left-lateral, right-lateral) to calculate organ DCs. Results and Discussion: There was significant variation in organ doses due to the difference in anatomy among the individuals, especially in the kilovoltage region (e.g., <100 keV). For example, the red bone marrow doses at 0.01 MeV varied from 3 to 7 orders of the magnitude depending on the irradiation geometry. In contrast, in the megavoltage region (1-10 MeV), the individual variation of the organ doses was found to be negligibly small (differences <10%). It was also interesting to observe that the organ doses of the ICRP reference phantoms showed good agreement with the mean values of the organ doses among the patients in many cases. Conclusion: The results of this study would be informative to improve insights in individual-specific dosimetry. It should be extended to further studies in terms of many different aspects (e.g., other particles such as neutrons, other exposures such as internal exposures, and a larger number of individuals/patients) in the future.
Radiation exposure to humans can be caused by the gamma rays emitted from natural radioactive elements(such as uranium, thorium and potassium and any of their decay products) of Naturally Occurring Radioactive Materials(NORM) or Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials(TENORM) added consumer products. In this study, assume that activity of radioactive elements is $^{238}U$, $^{235}U$, $^{232}Th$$1Bq{\cdot}g^{-1}$, $^{40}K$$10Bq{\cdot}g^{-1}$ and the gamma rays emitted from these natural radioactive elements radioactive equilibrium state. In this study, reflected End-User circumstances and evaluated annual exposure dose for products based on ICRP reference voxel phantoms and ICRP Recommendation 103 using the Monte Carlo Method. The consumer products classified according to the adhere to the skin(bracelet, necklace, belt-wrist, belt-ankle, belt-knee, moxa stone) or not(gypsum board, anion wallpaper, anion paint), and Geometric Modeling was reflected in Republic of Korea "Residential Living Trend-distributions and Design Guidelines For Common Types of Household.", was designed the Room model($3m{\times}4m{\times}2.8m$, a closed room, conservatively) and the ICRP reference phantom's 3D segmentation and modeling. The end-user's usage time assume that "Development and Application of Korean Exposure Factors." or conservatively 24 hours; in case of unknown. In this study, the results of the effective dose were 0.00003 ~ 0.47636 mSv per year and were confirmed the meaning of necessary for geometric modeling to ICRP reference phantoms through the equivalent dose rate of belt products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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