• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권3호
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• pp.304-310
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• 2010

현재 이용되고 있는 상용 치료 계획시스템은 대부분의 치료용 선형가속기가 제공하는 전자선 회전 방식의 치료 기능을 제공하지 않고 있으며, 이것은 전자선 회전 치료가 널리 이용되지 못하는 한 가지 원인이 되기도 한다. 본 연구에서는 Varian 21-EX에 대해, pencil beam 기반의 Pinnacle3 (ver. 7.4f)를 이용한 전자선 회전 치료를 위한 커미셔닝을 한 후, 치료 계획을 세웠으며, 그 정확도를 평가해 보았다. 회전 빔은 폭이 일정한 조사빔을 규칙적으로 반복해서 구현하였으며, 필름과 점 선량을 측정하였다. 치료계획 시스템의 모델링 단계에서, 측정된 깊이 선량분포는 모델링의 계산과 1% 내에서 일치하였으나, 가로 선량분포의 경우에는 모델링 계산이 측정보다 작아서, 50% 선량값을 기준으로 할 때, 6 MeV는 distance-to-agreement (DTA) 값이 5.1 mm, 12 MeV의 경우에는 6.7 mm이었다. 인체모형 팬텀을 대상으로한 점 선량 및 필름 측정의 경우, 계산과 측정은 10% 이상의 차이를 보였다. Pencil beam 기반의 전자선 회전 치료 계획은 정량적인 기준으로 삼기에는 부족해서 선량 분포에 대한 정성적인 참고에만 머물러야 하며, 환자 치료 전에 측정을 통해 선량 확인이 필요하다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권2호
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• pp.106-113
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• 2012

본 연구에서는 종양이 간원개에 위치한 환자들을 대상으로 Eclipse 치료계획시스템(treatment planning system V8.9 : TPS, Varian)에서 쓰이는 두 종류의 선량계산 알고리즘(pencil beam convolution : PBC, anisotropic Analytical algorithm : AAA)들을 적용하여 육안적종양체적(gross tumor volume : GTV), 내부표적체적(internal target volume : ITV), 계획용표적체적(planning target volume : PTV) 및 주요 관심장기에 전달되는 선량의 변화를 정량적으로 평가하고, 선량분포에 영향을 미칠 수 있는 인자들을 분석하고자 하였다. 본원에서 치료받은 간암환자 20명을 대상으로 하였고 그 중 10명의 환자들에 대해서는 정위적 방사선치료(stereotactic body radiation therapy : SBRT) 기술을 적용, 다른 10명의 환자들에 대해서는 3차원 입체조형 방사선치료(three-dimensional conformal radiation therapy : 3DCRT) 기술을 적용하여 치료하였다. 조사선량은 우선적으로 PBC 알고리즘을 적용하여 선량계산을 하였고 동일한 빔 정렬 및 콜리메이터(Collimator), Monitor Unit (MU) 그리고 Field 가중치를 적용시켜서 AAA 선량계산법으로 다시 계산 한 후, 두 알고리즘에 대한 처방선량 100%에 해당하는 체적(V100)의 lesion coverage factor (CVF) 들을 비교하였다. SBRT 기술을 이용한 환자들의 치료계획에서 전체 PTV에 대한 CVF의 경우, 두 선량계산 알고리즘사이 통계학적으로 유의한 상관관계(p=0.018)를 보였다. 또한, 3DCRT 기술을 이용한 환자들의 치료계획에서는 전체 PTV (p=0.006), 간원개에 위치한 PTV (p=0.013), 전체 ITV (p=0.024)에 대하여 각각 통계학적으로 유의한 상관관계를 보였다. 복부에 위치한 주요 관심장기에 대하여 SBRT 기술을 이용한 환자들의 치료계획에서 정상 간과 신장에 조사되는 최대선량에 대하여 통계학적으로 각각 유의한 상관관계(정상간: p=0.009, 신장: p=0.037)를 보였다. 본 연구에서 선택한 선량변화 예측인자들에 대하여 대응표본 T-검정(paired T-test)을 시행한 결과, 전체 PTV에 대한 간원개에만 위치하는 PTV의 비율($PTV_{dome}$/PTV)과 두 알고리즘에 의한 CVF 비율의 상관관계에 있어서 통계학적으로 유의미한 상관관계를 보였다(p<0.01). 또한, 종양의 크기에 대한 두 알고리즘의 CVF 비율에 있어서 통계학적으로 의미가 있는 상관관계를 보였다(SRS환자 p=0.017, 3DCRT환자 p=0.023). 본 연구에서는 15MV x-ray beam으로 선량을 계산할 때 PBC와 AAA간의 선량계산 차이를 분석하여 선택한 선량변화 예측인자 중 간원개에 위치한 종양의 크기와 계획용 표적체적에 대한 관계성을 알아내었다. 일반적으로 15MV x-ray beam에 의한 선량분포를 정확하게 알아내는 것은 AAA으로도 불충분하다는 것이 일반적인 사실로 받아들여지고 있어 이를 AAA와 PBC간의 차이로 그 정확성을 간접적으로 유추하여 실질적인 선량분포에 대한 치료계획단계에서의 선량분포의 차이의 경향성을 보고자 하였다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.291-293
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• 2002

Accurate dose calculation in radiation treatment planning is most important for successful treatment. Since human body is composed of various materials and not an ideal shape, it is not easy to calculate the accurate effective dose in the patients. Many methods have been proposed to solve the inhomogeneity and surface contour problems. Monte Carlo simulations are regarded as the most accurate method, but it is not appropriate for routine planning because it takes so much time. Pencil beam kernel based convolution/superposition methods were also proposed to correct those effects. Nowadays, many commercial treatment planning systems, including Pinnacle and Helax-TMS, have adopted this algorithm as a dose calculation engine. The purpose of this study is to verify the accuracy of the dose calculated from pencil beam kernel based treatment planning system Helax-TMS comparing to Monte Carlo simulations and measurements especially in inhomogeneous region. Home-made inhomogeneous phantom, Helax-TMS ver. 6.0 and Monte Carlo code BEAMnrc and DOSXYZnrc were used in this study. Dose calculation results from TPS and Monte Carlo simulation were verified by measurements. In homogeneous media, the accuracy was acceptable but in inhomogeneous media, the errors were more significant.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제10권3호
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• pp.133-140
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• 1999

본 연구에서는 외부조사 전자선에 대한 3 차원 선량계산 알고리즘 모델을 개발하기 위한 기초연구로서 기존의 2D 펜실빔 알고리즘을 확장시켜 3 차원 geometry를 적절히 고려할 수 있는 선량계산 모델을 개발하고자 한다. 선량계산 모듈은 IDL5.2(Reseach Systems Inc. 미국)를 사용하여 프로그램하였으며, Hogstrom의 펜실빔 모델에 의한 선량계산에 필요한 중심축 상의 깊이선량분포는 Siemens M6740의 12MeV 전자선에 대한 측정치를 사용하였고, 전자선의 공기 및 불에서의 선형저지능 (linear stopping power), 선형산란능 (linear scattering power) 은 ICRU 보고서 35로부터 인용하여 사용하였다. 선량계산의 정확도를 확인하기 위하여 정형 조사면에 대한 선량분포 공기 간격 효과 인체 외곽 보정에 대해 전리함, 필름 등을 사용하여 얻은 측정값과 비교, 분석하였다. PC(Pentium III 450MHz) 상에서 프로그램 실행 결과 단일 조사 빔에 대한 선량계산에 약 120초가 소요되어, 선량계산 알고리즘의 최적화를 통한 선량계산 시간 단축이 필요하다 하겠다. 선량 평가에 대한 비교 결과, 정형 및 비정형 조사변에 대한 선량분포는 선량변화가 급격한 반음영 (penumbra) 영역에서 $\pm$3mm 이내의 오차를 보였으며, 측방 선량분포에 따른 비교 결과, 측정치와 5% 이내에서 일치하였다. 또한 공기 간격 및 인체 외곽선 보정의 경우, $\pm$10% 내외에서 측정값과 일치하였다. 결론적으로, 전자선에 대한 2 차원 펜실빔 모델을 확장하여 3 차원 치료계획에 적합하게 3 차원상의 임의의 단변 선량계산이 가능하도록 구현되었다. 또한 비정형 조사변에 대한 선량계산 뿐만 아니라, 인체외곽 및 공기 간격 등과 같이 3 차원적 geometry에 대한 보정이 필요한 경우에 대하여도 이를 선량계산 시 적절히 고려함을 확인할 수 있었다. 추후, CT를 통한 비균질 보정방식을 구현할 계획이며, 이들 선량계산 모듈은 교육 및 연구용으로 적절히 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.208-210
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• 2002

In a treatment planning for actual patients with a complex internal structure, we often expect that proton beams, which pass through both a bolus and the heterogeneity in body, will form complex dose distributions. Therefore, the accuracy of the calculated dose distributions has to be verified for such a complex object. Then dose distributions formed by proton beams passing through both the bolus and phantoms simulating a clinical heterogeneity in patients were measured using a silicon semiconductor detector. The calculated results by the range-modulated pencil beam algorithm (RMPBA) produced large errors compared with the measured dose distributions since dose calculation using the RMPBA could not predict accurately the edge-scattering effect both in the bolus and in clinical heterogeneous phantoms. On the other hand, in spite of this troublesome heterogeneity, calculated results by the simplified Monte Carlo (SMC) method reproduced the experimental ones well. It is obvious that the dose-calculations by the SMC method will be more useful for application to the treatment planning for proton therapy.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.298-299
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• 2002

WERC (Wakasa Wan Energy Research Center) has started the proton cancer therapy since June 2002. We use Hitachi 3D treatment planning (version 1.6) that can calculate the proton dose distribution by use of the pencil beam algorithm as well as the broad beam algorithm practically fast. This treatment planning software satisfies almost functions required in the proton therapy and includes some advanced techniques such as the 3D region glowing function that can search the target region three-dimensionally based on the CT-values. In this paper, we will introduce this planning system and present our evaluation from point of view of both clinical usage and QA.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 1999년도 Japanese Journal of Medical Physics
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• pp.220-221
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• 1999

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권1호
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• pp.11-14
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• 2012

목 적: Anisotropic Analytical Algorithm (AAA)는 Pencil Beam Convolution (PBC) 알고리즘에 비하여 2차선과 조직 불 균질에 대한 영향에 보다 더 정확한 선량계산을 제공한다. 본 연구는 유방암 접선조사 치료계획에서 PBC 알고리즘과 AAA의 선량계산 알고리즘에 따른 선량분포의 차이를 분석하고자 한다. 대상 및 방법: 선형가속기(CL-6EX, VARIAN, USA)의 6 MV 에너지를 이용한 유방암 환자 10명을 대상으로 Eclipse treatment planning system (Version 8.9, VARIAN, USA)을 사용하여 전산화 치료계획을 수립하였다. Conventional Radiation Therapy plan(Conventional plan)과 Field-in-Field Intensity Modulated Radiation Therapy plan (FiF plan)을 PBC 알고리즘을 이용하여 치료계획을 수립한 후 Monitor Unit (MU)를 고정시키고 AAA로 변경하여 선량계산하고, Dose Volume Histogram (DVH)을 이용하여 치료계획을 비교 분석하였다. 결 과: 첫 번째, Conventional plan의 PBC 알고리즘과 AAA에 따른 차이를 평가한 결과 치료용적에 대한 평균 Conformity Index (CI) 값의 차이는 PBC 알고리즘에서 0.295 높게 평가 되었다. 동측 폐에 대한 선량을 평가한 결과 $V_{47Gy}$과 $V_{45Gy}$는 PBC알고리즘에서 각각 5.83%, 4.04% 높게 평가되었고, Mean dose, $V_{20Gy}$, $V_{5Gy}$, $V_{3Gy}$는 AAA에서 각각 0.6%, 0.29%, 6.35%, 10.23%높게 평가되었다. 두 번째, FiF plan의 경우 치료용적에 대한 평균 CI 값의 차이는 PBC 알고리즘에서 0.165 높게 평가 되었고, 동측 폐에 대한 선량은 $V_{47Gy}$, $V_{45Gy}$, Mean dose는 PBC 알고리즘에서 각각 6.17%, 3.80%, 0.15% 높게 평가되었고, $V_{20Gy}$, $V_{5Gy}$, $V_{3Gy}$는 AAA에서 각각 0.14%, 4.07%, 4.35% 높게 평가되었다. 결 론: 유방암 접선조사에서 AAA로 계산했을 때, PBC 알고리즘에 비해 치료용적에 대한 Conformity가 Conventional plan, FiF plan 각각 0.295, 0.165 낮게 평가 되며, 동측 폐의 고 선량 영역의 선량은 적게 나타나며, 저 선량 영역의 선량은 많게 나타므로 폐에 대한 선량을 평가하는 데 선량계산 알고리즘에 따른 특징을 고려해야 할 것으로 사료된다.

• 전기학회논문지
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• 제66권8호
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• pp.1242-1249
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• 2017

In this paper, we propose a new algorithm for the performance analysis of the sidelobe blanker (SLB) in radar system, which is based on the matrix pencil method (MPM). In general, the SLB in radar is composed of the main antenna, the auxiliary antenna, and the processing unit. The auxiliary antenna with wide beamwidth receives interference signals such as jamming or clutter signals. The main antenna with high gain receives the target signal in the main beam and the interference signals in the sidelobe. In this paper the Swerling model is used as the target echo signal by considering a probabilistic radar cross section (RCS) of the target. To estimate the SLB performance it needs to calculate the probability of target detection and the probability of blanking the interference by using the signals received from the main and auxiliary antennas. The detection probability and the blanking probability include multiple summations of infinite series with infinite integrations, of which convergence rate is very slow. Increase of summation range to improve the calculation accuracy may lead to an overflow error in computer simulations. In this paper, to resolve the above problems, we used the MPM to calculate a summation of infinite series and improved the calculation accuracy and the convergence rate.

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권2호
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• pp.137-147
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• 2012

목 적: 알고리즘에 따른 치료계획의 영향을 분석하고 실제 치료계획을 수립할 때 고려사항을 적용하고, 나아가 최선의 치료계획을 수립하는 프로토콜을 제시하고자 한다. 대상 및 방법: 치료계획 시스템은 이클립스 10.0 (Eclipse 10.0, Varian, USA)이다. 선량계산의 알고리즘은 PBC (Pencil Beam Convolution)와 AAA (Anisotropic Analytical Algorithm)을 각각 적용하였고, 세기 조절 방사선 치료(IMRT)를 위한 최적화(Optimization) 알고리즘은 DVO (Dose Volume Optimizer 10.0.28), VMAT을 위한 최적화 알고리즘은 PRO II (Progressive Resolution Optimizer V 8.9.17)와 PRO III (Progressive Resolution Optimizer V 10.0.28)을 사용하였다. 실험을 위한 팬텀은 치료계획시스템에서 가상으로 만들었으며, $30{\times}30{\times}30$ cm의 규격에 밀도가 균일한 것(HU: 0)과 중간에 공기(HU: -1,000)로 가정되는 물질이 삽입한 된 비균질 팬텀으로 설정하였다. 실험은 먼저 팬텀(Phantom) 계획을 실시하여 일반적인 치료계획의 특징을 분석하고 그 내용을 토대로 실제 임상적용 할 치료계획을 수립하였다. 결 과: 균일한 밀도 팬텀에서 6 MV, 10 cm PDD (Percentage Depth Dose)는 PBC와 AAA는 모두 65.2%로 유사한 값을 나타냈지만, 비균질 팬텀에서 PDD는 저밀도 물질을 만나기 전까진 유사한 PDD 값을 보이다가 공기 영역에서 다른 선량곡선을 보여주고, 투과한 후에는 PDD 10 cm은 각각 75%, 73%이었다. 동일한 MU의 3차원 치료계획에서 보면, AAA 치료계획이 폐가 포함된 영역에서 저 선량으로 나타났다. 기관지와 폐의 영역이 포함된 경추 치료 환자의 2차원 대향 2문조사 치료계획을 15 MV을 이용하여 설계하였을 때, Conformity Index (ICRU 62)는 PBC 계산에서 0.95, AAA에서 0.93이었다. IMRT 치료계획은 DVO에서 보여지는 DVH가 선량계산 DVH와 동일하게 나타났다. 하지만 AAA으로 선량계산을 하였을 때는 DVO에서 조건을 만족하는 결과가 선량계산에서는 선량부족으로 나타났다. PRO II을 이용한 VMAT 치료계획은 최적화 할 때는 만족스런 결과를 얻었지만, 선량계산을 실시하였을 때는 저밀도 영역이 선량 부족으로 나타났다. 하지만 PRO III에서 같은 조건을 1회 더 최적화함으로써 최적화 결과와 선량계산 결과가 유사하였다. 결 론: 본 연구에서는 선량계산 알고리즘의 옳고 그름을 판단하지 않는다. 알고리즘이 나타내는 선량 분포의 특성을 분석하고, 특히 최적화가 필요한 IMRT나 VMAT 치료계획에서 최적화 알고리즘의 요인도 치료계획을 수립할 때 고려함으로써 최적의 치료계획을 위한 방법을 제시하고자 한다.