Kim, Sung Hun;Jeong, Jong Hwi;Ku, Youngmo;Jung, Jaerin;Cho, Sungkoo;Jo, Kwanghyun;Kim, Chan Hyeong
Nuclear Engineering and Technology
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제54권3호
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pp.1016-1023
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2022
In proton therapy, a highly conformal proton dose can be delivered to the tumor by means of the steep distal dose penumbra at the end of the beam range. The proton beam range, however, is highly sensitive to range uncertainty, which makes accurately locating the proton range in the patient difficult. In-vivo range verification is a method to manage range uncertainty, one of the promising techniques being prompt gamma imaging (PGI). In earlier studies, we proposed gamma electron vertex imaging (GEVI), and constructed a proof-of-principle system. The system successfully demonstrated the GEVI imaging principle for therapeutic proton pencil beams without scanning, but showed some limitations under clinical conditions, particularly for pencil beam scanning proton therapy. In the present study, we upgraded the GEVI system in several aspects and tested the performance improvements such as for range-shift verification in the context of line scanning proton treatment. Specifically, the system showed better performance in obtaining accurate prompt gamma (PG) distributions in the clinical environment. Furthermore, high shift-detection sensitivity and accuracy were shown under various range-shift conditions using line scanning proton beams.
Chung, Kwangzoo;Han, Younyih;Ahn, Sung Hwan;Kim, Jin Sung;Nonaka, Hideki
한국의학물리학회지:의학물리
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제27권4호
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pp.267-271
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2016
In this study, we present the commissioning and validation results of a dedicated scanning nozzle. The dedicated scanning nozzle is installed in one of the two gantry treatment rooms at Samsung Proton Therapy Center. Following a successful completion of the acceptance test, the commissioning process including the beam data measurement for treatment planning system has been conducted. Extended measurements have been conducted as a validation of the clinical performance of the nozzle and various quality assurance protocols have been prepared.
국립암센터에 설치된 양성자 치료기의 빔 전달 시스템에 대하여 Geant4 코드를 이용하여 몬테카를로 전산모사를 수행하였고, 선량검증 도구로써의 이용 가능성에 대하여 연구하였다. 몬테카를로 기술을 기반으로 하는 선량계산은 물질내의 선량분포를 이해하는 데 가장 정확한 방법으로 알려져 있다 외부조사 방사선치료에 있어서 이 방법의 장점을 극대화 하기 위해서는, 빔이 지나가는 곳에 놓여진 노즐 구성요소들의 정확한 모델링과 더불어 초기빔 특성파악은 무엇보다 중요하다. 국립암센터에 설치된 양성자 치료기는 총 3가지 형태-double/single scattering, uniform scanning and pencil-beam scanning-로 치료빔을 조사할 수 있으며, 본 연구진은 Geant4.8.2 코드를 기반으로 double/single scattering 모드를 구성하는 모든 노즐구성요소들에 대하여 모델링 하였다. 특정 치료감이에 대하여 실험치와 일치하는 전산모사의 결과를 얻었다 본 기관에 설치된 양성자치료기에 대한 몬테카를로 전산모사에 대한 기반을 성공적으로 구축하였고, 치료빔에 대하여 정밀한 선량측정에 이용할 수 있다. 치료빔의 전 에너지 영역에 걸쳐 추가적인 커미셔닝을 수행할 것이다.
For proton pencil beam scanning (PBS) technology, the accuracy of the dose distribution in a patient is sensitive to the properties of the incident beam. However, mechanical deformation of the proton therapy facility may occur, and this could be an important factor affecting the proton dose distribution in patients. In this paper, we investigated the effect of deformation on an SC200 proton facility's beam isocenter properties. First, mechanical deformation of the PBS nozzle, L-shape plate, and gantry were simulated using a Finite Element code, ANSYS. Then, the impact of the mechanical deformation on the beam's isocenter properties was evaluated using empirical formulas. In addition, we considered the simplest case that could affect the properties of the incident beam (i.e. if only the bending magnet (BG3) has an error in its mounting alignment), and the effect of the beam optics offset on the isocenter characteristics was evaluated. The results showed that the deformation of the beam position in the X and Y direction was less than 0.27 mm, which meets the structural design requirements. Compared to the mechanical deformation of the L-shape plate, the deformation of the gantry had more influence on the beam's isocenter properties. When the error in the mounting alignment of the BG3 is equal to or more than 0.3 mm, the beam deformation at the isocenter exceeds the maximum accepted deformation limits. Generally speaking, for the current design of the SC200 scanning beam delivery system, the effects of mechanical deformation meet the maximum accepted beam deformation limits. In order to further study the effect of the incident beam optics on the isocenter properties, a fine-scale Monte Carlo model including factors relating to the PBS nozzle and the BG3 should be developed in future research.
This paper provides a brief review of the advanced technologies for carbon ion radiotherapy (CIRT), with a focus on current developments. Compared to photon beam therapy, treatment using heavy ions, especially a carbon beam, has potential advantages due to its physical and biological properties. Carbon ion beams with high linear energy transfer demonstrate high relative biological effectiveness in cell killing, particularly at the Bragg peak. With these unique properties, CIRT allows for accurate targeting and dose escalation for tumors with better sparing of adjacent normal tissues. Recently, the available CIRT technologies included fast pencil beam scanning, superconducting rotating gantry, respiratory motion management, and accurate beam modeling for the treatment planning system. These techniques provide precise treatment, operational efficiency, and patient comfort. Currently, there are 12 CIRT facilities worldwide; with technological improvements, they continue to grow in number. Ongoing technological developments include the use of multiple ion beams, effective beam delivery, accurate biological modeling, and downsizing the facility.
Lee, Chaeyeong;Lee, Sangmin;Chung, Kwangzoo;Han, Youngyih;Chung, Yong Hyun;Kim, Jin Sung
한국의학물리학회지:의학물리
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제27권3호
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pp.162-168
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2016
Proton therapy is increasingly being actively used in the treatment of cancer. In contrast to photons, protons have the potential advantage of delivering higher doses to the cancerous tissue and lower doses to the surrounding normal tissue. However, a range shifter is needed to degrade the beam energy in order to apply the pencil beam scanning technique to tumors located close to the minimum range. The secondary neutrons are produced in the beam path including within the patient's body as a result of nuclear interactions. Therefore, unintended side effects may possibly occur. The research related to the secondary neutrons generated during proton therapy has been presented in a variety of studies worldwide, since 2007. In this study, we measured the magnitude of the secondary neutron dose depending on the location of the detector and the use of a range shifter at the beam nozzle of the proton scanning mode, which was recently installed. In addition, the production of secondary neutrons was measured and estimated as a function of the distance between the isocenter and detector. The neutron dose was measured using WENDI-II (Wide Energy Neutron Detection Instruments) and a Plastic Water phantom; a Zebra dosimeter and 4-cm-thick range shifter were also employed as a phantom. In conclusion, we need to consider the secondary neutron dose at proton scanning facilities to employ the range shifter reasonably and effectively.
With hope and concern, the first Korean proton therapy facility was introduced to the National Cancer Center (NCC) in 2007. It added a new chapter to the history of Korean radiation therapy. There have been challenging clinical trials using proton beam therapy, which has seen many impressive results in cancer treatment. Compared to the rapidly increasing number of proton therapy facilities in the world, only one more proton therapy center has been added since 2007 in Korea. The Samsung Medical Center installed a proton therapy facility in 2015. Most radiation oncology practitioners would agree that the physical properties of the proton beam provide a clear advantage in radiation treatment. But the expensive cost of proton therapy facilities is still one of the main reasons that hospitals are reluctant to introduce them in Korea. I herein introduce the history of proton therapy and the cutting edge technology used in proton therapy. In addition, I will cover the role of a medical physicist in proton therapy and the future prospects of proton therapy, based on personal experience in participating in proton therapy programs from the beginning at the NCC.
Kim, Jong-Won;Park, Sung-Yong;Park, Dahl;Kim, Dae-Yong;Shin, Kyung-Hwan;Cho, Kwan-Ho
한국의학물리학회:학술대회논문집
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한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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pp.180-182
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2002
A Proton Therapy Center was established this year in National Cancer Center, Korea. We chose IBA of Belgium as the vendor of the equipment package. A 230 MeV fixed-energy cyclotron will deliver proton beams into two gantry rooms, one horizontal beam room, and one experimental station. The building for the equipment is currently under design with a special emphasis on radiation shielding. Installation of equipments is expected to begin in September next year starting with the first gantry, and the acceptance test will be performed about a year later. To generate therapeutic radiation fields the wobbling method will be a main treatment mode for the first gantry. A pencil beam scanning system on the other hand will be equipped for the second gantry relying on the availability at the time of installation. The beam scanning with intensity modulation adapted will be a most advanced form in radiation therapy known as IMPT. Some details on the project progress, scope of the system, and design of building are described.
목 적: 전립선암 양성자치료 시 Double Scattering mode (DS)와 Pencil Beam Scanning mode (PBS)에서의 Dose-volume histograms (DVHs)를 분석하여, Conformity Number (CN), Homogeneity indexes (HI)와 선량 별 정상장기의 %Volume을 구하여 선량적합성과 정상장기 보호효과를 비교 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 양성자치료를 받은 9명의 전립선암 환자를 대상으로 Eclipse proton external beam planning system을 사용해 일일선량 2.5 Gy씩 28회, 총 70 Gy가 PTV에 95%가 들어가도록 치료계획을 세웠다. 치료 계획된 DS와 PBS 각각의 DVHs로 PTV의 CN과 HI을 구하여 비교하고 정상장기에 들어가는 선량별 %Volume을 비교하였다. 결 과: PTV의 평균 CN은 DS $0.68{\pm}0.07$에서, PBS $0.79{\pm}0.01$로 16.63% 증가하였다. 평균 HI는 DS $0.12{\pm}0.03$에서, PBS $0.09{\pm}0.01$로 -22.66% 감소하였다. 직장을 제외한 전 관찰자의 모든 정상장기에서 DS보다 PBS에서 들어가는 %Volume이 감소하였고, PBS에서 평균 왼쪽 대퇴골 두에 30 Gy 이상 들어가는 %Volume이 -79.93%로 가장 많이 감소하였으며, 평균 직장에 70 Gy 이상 들어가는 %Volume이 -3.03%로 가장 적게 감소하였다. 결 론: 따라서 전립선암 환자 양성자 치료 시 PBS가 DS보다 선량 적합성에 도달하는데 효과적이며, 정상장기에 들어가는 불필요한 선량을 낮추는데 좋고 특히 대퇴골 두에 들어가는 불필요한 저 선량을 감소시키는데 탁월한 것으로 사료된다.
Jeong, Seonghoon;Yoon, Myonggeun;Chung, Kwangzoo;Han, Youngyih;Lim, Do Hoon;Choi, Doo Ho
한국의학물리학회지:의학물리
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제28권1호
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pp.22-26
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2017
We have developed an analytic software that can easily analyze the spot position and width of proton beam therapy nozzles in a periodic quality assurance. The developed software consists of an image processing method that conducts an analysis using center-of-spot geometry and a Gaussian fitting method that conducts an analysis through Gaussian fitting. By using the software, an analysis of 210 proton spots with energies 150, 190, and 230 MeV showed a deviation of approximately 3% from the mean. The software we developed to analyze proton spot positions and widths provides an accurate analysis and reduces the time for analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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