• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.214-215
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• 2002

Generally uniform dose distribution is assumed to be formed in a target region when a conventional dose formation method using a broad proton beam, a fixed modulation technique, a bolus and an aperture is employed. However, actual situations differ. We usually find non-uniformity in the target region. This is due to the insertion of a range-compensating bolus before the patient. Since the range-compensating bolus has an irregular shape, the scattering in the bolus depends on the lateral position. Dose distribution is overlapping results of dose distribution of pencil-proton beams traversing different lateral positions of the bolus. The lateral extent of dose distribution of each pencil beam traversing the different position differs each other at the same depth in the target object. This is a cause of the non-uniformity of the dose distribution. Therefore the same lateral extent of dose distribution should be attained for different pencil beams at the same depth to obtain a uniform dose distribution. For that purpose, we propose here a bi-material bolus. The bi-material bolus consists of a low-Z material determining mainly the range loss and a high-Z material defining mainly the scattering in the bolus. After passing through the bi-material bolus, protons traversing different lateral positions will have different residual range yet with the same lateral spread at a certain depth. Using the optimized bi-material bolus, we can obtain a more uniform dose distribution in the target region as expected.

• 대한방사선치료학회지
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• 제25권2호
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• pp.153-158
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• 2013

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.

• 한국방사선학회논문지
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• 제6권6호
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• pp.507-513
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• 2012

본 연구는 초상자성 산화철 나노입자 (SPIONs)의 세포독성평가 및 SPIONs를 uptake한 뇌신경교종 (glioblastoma multiforme, GBM) 세포의 방사선 세포생존곡선을 구하기 위해 수행되었으며, 본 연구의 결과는 양성자선과 SPIONs 이용한 GBM의 양성자선 치료선량 정보 등 양성자선 치료효과를 개선하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. SPIONs의 세포독성을 평가는 in vitro 실험 후 MTT 분석법을 이용하여 수행하였다. 독성평가 결과 $1{\sim}100{\mu}g/ml$의 농도에서는 세포생존율의 유의한 차이가 나타나지 않았다. 하지만 $200{\mu}g/ml$의 농도에서는 세포생존율이 74.2%로 감소하며 세포독성을 나타냈다. SPIONs가 uptake 된 U373MG세포와 uptake 되지 않은 U373MG세포에 0~5 Gy의 양성자선을 조사하여 각각에 대한 세포생존곡선을 측정한 결과를 분석하여 SPIONs가 uptake된 U373MG세포의 세포생존율이 더 급격히 감소함을 알 수 있었다. 결론적으로 SPIONs가 uptake 된 세포에서는 보다 적은 선량으로도 세포사멸을 유도할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 GBM에 SPIONs를 타겟팅하면 양성자선을 이용한 뇌신경교종 치료효과를 개선할 수 있음을 보였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권1호
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• pp.37-42
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• 2009

국립암센터에 설치된 양성자 치료기는 양성자 가속기의 운영을 통해 많은 양의 이차방사선을 방출하게 되는데, 이는 양성자 빔이 가속 중에 주위의 물질과 반응을 하여 이차 입자를 발생하고 방사성 동위원소도 생성하기 때문이다. 생성된 방사성 동위원소에 의한 방사선량은 시간에 따라 감쇠되지만 양성자 치료기의 운영 및 유지보수를 위해 수시로 가속기 작업종사자들이 시설내부로 접근해야 하며 이로 인해 이차방사선에 의한 피폭 문제가 발생될 수 있다. 본 논문에서는 양성자 가속기(Cyclotron)를 포함한 양성자 치료기의 운영을 위해 필요한 작업종사자들의 작업환경을 평가하고, 적절한 수준의 방사선 방호대책을 수립하기 위해 양성자 치료기 운영 중 가장 높은 수준의 방사선이 발생되는 양성자 가속기(Cyclotron) 및 주변 지역에서의 가속기 가동에 따른 방사선 발생 정도를 측정하였고 그 지속시간을 분석하였다. 이를 위해 양성자 빔의 손실이 가장 큰 가속기 주변과 에너지 선택 시스템(Energy Selection System, ESS)지역의 탄소(graphite, $^{12}C$) 재질로 구성된 에너지 감쇠장치(degrader)에서의 방사선 변화를 추적하고, 가속기에서 생산된 230 MeV의 고정된 에너지 빔이 에너지 감쇠장치(degrader)를 거쳐 ESS를 통해 전송된 빔의 효율을 산출하고 빔의 전송 구간에서의 상대적인 방사화 정도를 분석하였다. 이러한 분석 자료를 토대로 작업종사자들의 작업간 피폭 수준을 계산하고 연간 피폭 정도를 측정하였다. 작업 중 가속기 시설내의 선량은 수십 ${\mu}Sv/h$로 다른 방사선 치료기에 비해 상대적으로 높은 수준이지만 작업시간을 고려한 연간 총 피폭 선량은 작업자에 따라 1~3 mSv/year 정도로, 연간 피폭 한계 선량보다 충분히 낮은 수준으로 운영이 가능하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권3호
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• pp.291-297
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• 2010

본 연구에서는 양성자 치료에서 치료부위에 금 마커를 삽입하였을 때 양성자 빔의 선량과 그 분포에 미치는 영향을 평가하였다. 1.2 mm 직경에 3 mm 길이의 원통형 금 마커가 사용되었고 양성자 빔의 여러 위치에서 각각의 선량에 미치는 영향을 조사하였다. 3차원 moving 팬텀과 유효 반경이 0.5 mm인 정위적 방사선 치료용 다이로드 검출기를 이용하여 금마커의 방사선 선량으로의 영향을 결정하였다. Gafchromic film을 이용한 필름에 의한 선량 평가도 시행하였다. 그리고 선량-체적관계 히스토그램을 통한 분석을 위하여 GEANT4 전산 모의 도구 모음을 이용한 전산모의를 실시하였다. 마커의 움직임에 대한 영향성을 평가하기 위하여 직장 풍선을 적용하고 금 마커를 삽입한 10명의 환자에 대한 MV 영상을 이용하였다. 하나의 금 마커에 의하여 처방선량의 95% 이하가 들어간 체적은 0.15 cc로 작지만 그 체적은 치료부위 안쪽에 위치하고 평행이동에 대하여 발려져서 없어지지 않았다. 금 마커의 위치와 양성자 빔의 상태에 따라서 선량분포에 각각 다른 영향을 미치고 이는 임상치료에서 충분히 고려되어야 할 것으로 사료된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제31권2호
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• pp.75-81
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• 2019

목 적: 전립선암 환자의 방사선치료 시 사용되는 토모치료(Tomotherapy)와 양성자치료(Protontherapy)의 계획을 각각 수립하여 토모치료의 IMRT방식과 양성자치료의 PBS방식을 이용한 빔 전달방식에 따른 선량분포의 특성을 비교하고 분석하고자 한다. 실험재료 및 방법: 수술을 하지 않고 근치목적으로 방사선치료만으로 하는 3명의 전립선암 환자를 대상으로 Tomotherapy^®사의 Hi.art planning station 5.1.1.6과 VARIAN사의 Eclipse 13.7을 사용하여 각각 Tomo IMRT 치료계획과 Proton PBS 치료계획을 수립하였다. 수립된 2가지 치료계획의 평가를 위해 선량용적히스토그램(Dose Volume Histogram, DVH)에서 PGTV의 평균선량(Dmean)과 최대선량(Dmax)을 산출하여 coverage를 확인하고 CI와 HI를 산출하였다. OAR평가에서는 직장체적의 25%가 받는 D 25%와 방광선량의 평균선량을 정상장기 보호효과를 비교하였다. 결 과: 환자 3명의 Tomo IMRT, Proton PBS의 DVH에서 평균 최대선량은 71.4Gy, 75.3Gy이고 평균선량은 70.4Gy, 72.8Gy이었다. 또한 CI는 각각 1.16, 1.31이었으며 HI는 0.04, 0.12으로 Tomo IMRT가 Proton PBS에 비해 선량 적합성 부분에서 우수하게 나타났다. OAR 평가에선 직장체적에서 받는 D 25% 각각 27.1Gy, 13.9Gy으로 Tomo IMRT가 평균적으로 방광의 평균선량과 더불어 Proton PBS보다 높은 선량분포를 보여 Proton PBS가 부작용을 줄일 수 있는 것으로 사료된다. 결 론: 전립선암 환자 치료 시 PGTV의 평균선량은 Proton PBS가 Tomo IMRT에 비해서 약 3.4% 높게 나타났다. 이는 Tomo IMRT가 선량적합성이 더 좋게 나타났지만 유의미한 결과 값으로 보기엔 미미한 차이로 사료된다. 그러나 두 방식의 결과값이 직장체적에서 받는 D 25%에서 51.2%, 방광의 평균선량에선 55.7% 더 적은 선량이 조사되어 Proton PBS에서 환자의 부작용을 줄일 수 있었다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.681-686
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• 2022

본 연구에서 상용 아크릴 기반 레진에 PPO 유기섬광체 및 MMA를 각각 1 wt% 및 5 wt% 첨가하여 3D 프린팅이 가능한 섬광체 레진을 제작하였다. 개발된 섬광체 레진을 사용하여 상용 3D DLP로 간편하면서도 저렴하게 3D 모양의 플라스틱 섬광체 방사선 센서를 성공적으로 제작할 수 있었다. 제작된 센서는 45 MeV 양성자 빔의 빔 전류 1 ~ 10 nA 범위에서 R제곱값이 0.998로 우수한 선량 대 출력 직선성을 보였다. 개발된 3D 플라스틱 섬광체는 광출력이 낮아서 저선량율 감마선이나 X선 선량 측정에 활용하기에는 제한이 있지만, 조직등가물질로서 인체흡수선량을 직접 측정할 수 있기 때문에 양성자 빔, 초고선량율 빔 등 고에너지 또는 고선량율 방사선 선량 측정에 유용하게 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권3호
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• pp.162-168
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• 2012

양성자 치료에서 치료의 목표를 달성하고 환자의 안전을 제고하기 위해 인체 내 양성자 빔의 분포를 확인하는 것이 중요하다. 양성자 선량분포와 밀접한 관계가 있는 즉발감마선의 2차원 분포 측정을 위하여 본 연구팀에서는 다수의 CsI(Tl) 섬광체가 1차원 종형으로 배열된 검출기 배열과 집속장치 및 다채널 신호처리 장치로 이루어진 측정장치를 개발하고 있다. 이에 본 연구에서 몬테칼로 기반의 MCNPX 코드를 이용하여 최적화된 측정 장치를 설계하고자 하였다. 즉발감마선을 효과적으로 측정하기 위해 CsI(Tl) 섬광체의 크기를 $6{\times}6{\times}50mm^3$로 결정하였으며, 배경감마선의 영향을 최소화하고 빔의 진행방향에서 수직방향으로 발생하는 즉발감마선만 측정하기 위해 집속장치의 구멍 크기는 면적 $6{\times}6mm^2$, 길이 150 mm로 최적화되었다. 150 MeV 양성자 빔에 대한 성능 예측 전산모사연구를 수행한 결과, 본 연구에서 최적화된 측정 장치를 통해 즉발감마선 2차원 분포를 측정할 수 있었으며, 1 mm 오차범위에서 양성자 빔의 비정을 결정할 수 있었다. 이를 바탕으로 현재 다채널의 신호처리 장치를 개발하고 있으며 실제 양성자 빔을 이용한 즉발감마선 분포측정을 통해 측정 장치의 성능을 검증할 것이다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제31권1호
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• pp.43-49
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• 2019

목 적: 움직이는 장기에 취약한 Pencil Beam Scanning(PBS)을 보완하기 위해 고안된 Layered Rescanning PBS 기법을 Moving Phantom에 적용하여 Single Scan PBS와 선량비교를 통해 Homogeneity를 비교해 본다. 대상 및 방법: Matrix X(IBA, Belgium)와 Moving Phantom(standard imaging, USA)을 이용하였다. 가상의 tumor $10{\times}10{\times}5cm$에 AP 방향에서 200 cGy의 선량을 조사하였다. 치료계획은 single scan PBS, rescan 4, 8, 12회 총 4가지로 하였고 각 치료계획별로 3번씩 반복 측정하였다. 측정 시 Moving Phantom의 호흡주기는 한 cycle당 4초로 설정 후 S-I 방향 움직임 2 cm으로 설정하였다. 추가로 beam on time을 측정하였다. 결 과: PTV 내에서 $D_{max}$의 평균값은 single scan, 4, 8, 12회 rescan 순서로 각각 $246.47{\pm}18.8cGy$, $223.43{\pm}8.92cGy$, $222.47{\pm}7.7cGy$, $213.9{\pm}6.11cGy$ $D_{min}$의 평균값은 각각 $165.53{\pm}4.32cGy$, $173.13{\pm}11.94cGy$, $184.13{\pm}8.04cGy$, $182.67{\pm}4.38cGy$으로 $D_{mean}$ $192.77{\pm}6.98cGy$, $196.7{\pm}4.01cGy$, $198.17{\pm}4.96cGy$, $195.77{\pm}3.15cGy$으로 측정되었다. 그리고 rescan 횟수가 늘어날수록 Homogeneity Index가 1에 가까워졌으며, beam on time은 평균 2분 15초, 3분 15초, 4분 30초, 5분 37초로 rescan 횟수가 증가할수록 치료시간이 증가되었다. 측정하는 과정에서 MU가 낮은 선량 layer에서는 설정한 rescan 횟수만큼 실제로 rescan하지 못하는 문제점이 발견되었다. 결 론: 장기 움직임이 있는 종양 치료 시 Layered Rescanning PBS을 적용했을 때 single scan PBS보다 균일한 선량분포를 확인할 수 있었다. 그리고 rescan 횟수가 증가할수록 균일한 선량분포를 보였다. single scan PBS와 12회 Layered rescanning 비교 시 HI 수치가 0.32 향상되었다. 추후 연구를 통하여 호흡동조 방사선치료가 불가능환자에게 적용이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 2005년도 춘계학술발표회
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• pp.1050-1051
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• 2005