EPID를 사용한 세기조절방사선치료의 정도관리에 있어 축이탈 보정(Off-axis Correction)의 적용

조일성,곽정원,박성호,안승도,정동혁,조병철,Cho, Ilsung,Kwark, Jungwon,Park, Sung Ho,Ahn, Seung Do,Jeong, Dong Hyeok,Cho, Byungchul 한국의학물리학회 2012 의학물리 Vol.23 No.4

Varian의 전자표탈영상장치(EPID, electronic portal imaging device) 검출기로 측정된 선량값은 PDIP알고리즘으로 예측된 선량 값과 비교하여 빔 중심으로부터 EPID 검출기 모서리로 갈수록 측정된 선량 값이 커지는 경향을 가지고 있다. 이를 손쉽게 임상에서 보정할 수 있는 축이탈보정(off-axis correction)알고리즘이 제안되어 본원에 설치된 Varian 선형가속기를 대상으로 적용하였다. $38{\times}28cm$의 조샤야를 열고 SSD 100 cm에서 6 MV, 15 MV 광자빔을 100 MU 조사하여 선량을 측정하고 이를 PDIP 알고리즘을 적용한 예측 선량과 비교하였다. 측정된 선량과 예측된 선량값의 비율을 축이탈거리의 4차 다항함수로 근사하여 가로선량분포 보정에 사용되는 $40{\times}40cm$ 주대각 빔 측정 데이터에 가중치로 두어 축이탈 보정을 실시했다. 보정전 $38{\times}28cm$ 조사면에서 계산된 선량값과 측정된 선량사이에는 6 MV 빔의 경우 $4.17{\pm}2.76$ CU, 15 MV 빔은 $3.23{\pm}2.59$ CU의 차이가 있었으나 보정 후 두 선량값의 차이는 각각 $0.18{\pm}0.8$ CU, $04{\pm}0.85$ CU로 1% 이내로 줄였다. PDIP 알고리즘 사용준비에 사용되는 피라미드 형태 유동량(fluence)의 감마 성공률(gamma pass rate)은 절대 선량 측정값을 기준으로 허용기준 4%, 4 mm에서 6 MV는 98.7%, 15 MV는 99.1%로 나타났으며 보정 후 각각 99.8%와 99.9%로 향상되었다. 축이탈 보정을 실시하고 임의로 두경부암과 전립선암의 세기조절방사선치료계획을 선정하여 세기조절방사선 치료의 정도관리를 진행했으며 보정 전과 비교하여 허용기준 3%, 3 mm에서 감마 성공률이 보정 전, 후 각각 두경부암: $94.7{\pm}3.2%$, $98.2{\pm}1.4%$ 및 전립선암: $95.5{\pm}2.6%$, $98.4{\pm}1.8%$로 평균적으로 3% 향상되었다. 축이탈보정은 EPID를 사용하는 세기조절 방사선치료의 정도관리에 있어 축이탈거리에 따른 계산된 선량값과 측정된 선량값의 차이를 효과적 보정하는 방법으로 임상에서 쉽게 적용하여 사용할 수 있을 것으로 기대된다. The Varian PORTALVISION (Varian Medical Systems, US) shows significant overresponses as the off-center distance increases compared to the predicted dose. In order to correct the dose discrepancy, the off-axis correction is applied to VARIAN iX linear accelerators. The portal dose for $38{\times}28cm^2$ open field is acquired for 6 MV, 15 MV photon beams and also are predicted by PDIP algorithm under the same condition of the portal dose acquisition. The off-axis correction is applied by modifying the $40{\times}40cm^2$ diagonal beam profile data which is used for the beam profile calibration. The ratios between predicted dose and measured dose is modeled as a function of off-axis distance with the $4^{th}$ polynomial and is applied to the $40{\times}40cm^2$ diagonal beam profile data as the weight to correct measured dose by EPID detector. The discrepancy between measured dose and predicted dose is reduced from $4.17{\pm}2.76$ CU to $0.18{\pm}0.8$ CU for 6 MV photon beam and from $3.23{\pm}2.59$ CU to $0.04{\pm}0.85$ CU for 15 MV photon beam. The passing rate of gamma analysis for the pyramid fluence patten with the 4%, 4 mm criteria is improved from 98.7% to 99.1% for 6 MV photon beam, from 99.8% to 99.9% for 15 MV photon beam. IMRT QA is also performed for randomly selected Head and Neck and Prostate IMRT plans after applying the off-axis correction. The gamma passing rare is improved by 3% on average, for Head and Neck cases: $94.7{\pm}3.2%$ to $98.2{\pm}1.4%$, for Prostate cases: $95.5{\pm}2.6%$, $98.4{\pm}1.8%$. The gamma analysis criteria is 3%, 3 mm with 10% threshold. It is considered that the off-axis correction might be an effective and easily adaptable means for correcting the discrepancy between measured dose and predicted dose for IMRT QA using EPID in clinic.

도로변 완충녹지의 식재구조에 따른 초미세먼지(PM_2.5)농도 저감효과 연구 - 서울 송파구 완충녹지를 대상으로 -

황광일,한봉호,곽정인,박석철,Hwang, Kwang-Il,Han, Bong-Ho,Kwark, Jeong-In,Park, Seok-Cheol 한국조경학회 2018 韓國造景學會誌 Vol.46 No.4

본 연구의 목적은 도시계획시설로 조성되는 완충녹지가 $PM_{2.5}$(초미세먼지) 저감에 효과가 있는지를 규명하고, 도로변 완충녹지의 구조, 녹량(녹지용적), 식재유형에 따른 초미세먼지 변화량을 분석하여 초미세먼지 저감을 위한 완충녹지 조성 시 활용할 수 있는 요소들을 도출하는 것이었다. 연구대상지는 송파구를 선정하였고, 양재대로, 송파대로에 인접한 5개의 완충녹지에서 16개 조사구를 선정해 현장조사를 실시하였다. $PM_{2.5}$ 농도 측정결과, 조사구별 평균농도는 계절 상관없이 보도 $46.6{\mu}g/m^3$, 녹지 $45.5{\mu}g/m^3$, 주거지 $42.9{\mu}g/m^3$로 모두 도로($53.2{\mu}g/m^3$)보다 낮았으며, 주거지 농도 값이 가장 낮았다. 완충녹지의 농도 저감효과 확인을 위해 완충녹지의 녹량과 초미세먼지 상대비율간의 상관관계 분석결과, 교목과 관목 전체 녹량이 높은 그룹의 상대비율이 낮은 것으로 확인되어 완충녹지 녹량의 영향력을 증명했으며, 관목 부족형이 교목 부족형보다 농도상대비율이 더 높은 것으로 확인되어 관목의 영향이 더 큰 것으로 판단되었다. 교목과 관목의 식재구조에 따른 녹피율과 녹지용적계수가 복합적으로 $PM_{2.5}$ 농도 저감에 영향을 미치고 있었으며, 교목의 열수와 관목의 층위구조가 $PM_{2.5}$ 농도 저감에 중요한 영향요인으로 판단되었다. 특히, 초미세먼지 농도가 높은 겨울철 완충녹지의 $PM_{2.5}$ 농도저감 특성 분석결과, 관목의 녹피율이 중요한 요인이었다. This study aims to verify the effect of green buffers, built as urban planning facilities on the reduction of ultra-fine particulate($PM_{2.5}$) and analyze changes in ultra-fine particles by structure, green volume and planting types of wayside green buffers, thus drawing the factors that can be used when green buffers are built to reduce ultra-fine particulate based on the results. This study selected Songpa-gu, and investigated 16 sites on 5 green buffers adjacent to two of Songpa-gu's main roads, 'Yangjaedaero' and 'Songpadaero'. This study divided all the green spaces into three different types-slope type, plain type and mounding type, and analyzed the mean green volume. As a result of measuring the concentration of $PM_{2.5}$, this study found that it was $55.5{\mu}g/m^3$ on average in winter, which was a harmful level according to the integrated environmental index provided by Seoul City, saying that levels above $50{\mu}g/m^3$ may have a harmful effect on sensitive groups of people. Particularly, the concentration of $PM_{2.5}$ was $38.6{\mu}g/m^3$ on average in spring, which exceeded the mean concentration of $PM_{2.5}$ in Seoul City in 2015. The mean concentrations of $PM_{2.5}$ in every investigation spot were $46.6{\mu}g/m^3$ for sidewalks, $45.5{\mu}g/m^3$ for green spaces and $42.9{\mu}g/m^3$ for residential areas, all of which were lower than $53.2{\mu}g/m^3$ for roads, regardless of the season. The concentration of $PM_{2.5}$ for residential areas was the lowest. In the stage of confirming the effect of green buffers, this study analyzed the correlation between the green volume of vegetation and the fluctuated rate of ultra-fine particles. As a result, it was found that the green coverage rate of trees and shrubs was related to the crown volume in every investigation spot but were mutually and complexly affected by each other. Therefore, this study judged that the greater the number of layers of shrubs that are made, the more effective it is in reducing the concentration of $PM_{2.5}$. As for seasonal characteristics, this study analyzed the correlation between the concentration of $PM_{2.5}$ for residential areas in winter and the green coverage rate of each green space type. As a result, this study found that there was a negative correlation showing that the higher the shrub green coverage rate is, the lower the concentration value becomes in all the slope-type, plain-type and mounding-type green spaces. This study confirmed that the number of tree rows and the number of shrub layers have negative correlations with the fluctuated concentration rate of $PM_{2.5}$. Especially, it was judged that the shrub green volume has greater effect than any other factor, and each green space type shows a negative correlation with the shrub coverage rate in winter.

비오톱지도 신뢰도 판단을 위한 식생유형 공간구획의 정확성 고찰

조우 ( Woo Cho ),홍석환 ( Suk Hwan Hong ),곽정인 ( Jeong In Kwark ),한봉호 ( Bong Ho Han ) 한국환경생태학회 2010 한국환경생태학회지 Vol.24 No.5

본 연구는 도시생태계 보전 및 복원을 위한 기반으로 활용되고 있는 비오톱조사자료의 현장조사 정확도를 검증하고자 하였다. 이를 위해 서울시 관악구 산림지역을 대상으로 2000년과 2005년의 비오톱 현장조사 결과를 바탕으로 인공위성영상에서 확인가능한 상록침엽수림을 추출한 후 두 현장조사결과에 기초하여 현장조사의 정확성을 검증하였다. 분석결과 현장조사에 의한 세부 현존식생의 면적비율은 시기와 조사자의 차이에도 약 92%의 높은 유사도를 보였으나, 두 조사에서 동일한 식생유형이 지리공간상 일치하는 지역은 약 60%에 불과하였다. 인공위성영상에서 추출한 상록침엽수의 위치 분석 결과 2000년 조사와는 69.4%, 2005년과는 80.0%가 일치하는 것으로 분석되었는데, 인공위성 영상 판독오류를 감안했을 때 비교적 높은 정확도를 보이고 있었다. 지금까지 비오톱조사시 현장조사에 의한 식생구분에 대한 정확성 검증이 이루어지지 않고 수행되어 왔으나, 향후 자료의 갱신이나 신규 사업에 있어서는 정확도 검증이 무엇보다 중요하며 이에 대한 구체적 기준마련이 필요하다고 판단된다. This study was accomplished for verifying the biotope field survey accuracy in the forests. Biotope data is used as the standard for the preservation and restoration of the urban ecosystem. The study area is the forests of Gwanak-gu, Seoul. For verifying accuracy, first we compared biotope field survey results between 2000 and 2005, second we compared between field survey results and satellite imagery. For comparing with satellite imagery, we delineated the evergreen-coniferous forests from imagery taken during winter season. As a result of comparison, the ratio of most actual vegetation types by delineated detail field surveys were matched around 92% between 2000 and 2005. But, between 2 field surveys, around 60% of total vegetation type was regionally matched. Evergreen-coniferous forests extracted by satellite imagery were regionally matched 69.4% of field survey result in 2000, and matched 80% of the result in 2005. If we consider the delineating errors from deciphering the picture, the results have high accuracy, especially 2005. The processes of verifying accuracy have not been proceeding in the part of delineating actual vegetation works. The verification of accuracy is important for the renewal process. Thus, the various verification methods will be studied and criteria should be developed for enhancing objectivity.

제1분과 : 국립공원 ; 한라산국립공원 어리목 낙엽활엽수림의 22년간(1990~2012년) 식생구조 변화 연구

이경재 ( Kyong Jae Lee ),한봉호 ( Bong Ho Han ),곽정인 ( Jeong In Kwark ),송지호 ( Ji Ho Song ) 한국환경생태학회 2013 한국환경생태학회 학술대회지 Vol.2013 No.2

한라산은 제주도 중앙부에 위치하며 정상 1,950m 해발고에 따른 식생대의 수직적 발달이 뚜렷하여 생물학적·생태학적으로 매우 중요한 지역이다. 해발고에 따라 여러 기후대의 식물들이 분포하고 있는데, 저지대에는 종가시나무와 비자나무, 동백나무, 너도밤나무 등으로 구성된 상록활엽수림, 상부엔 서어나무, 개서어나무, 졸참나무, 왕벚나무자생지와 같은 낙엽활엽수림대와 구상나무와 같은 침엽수림대가 출현한다. 어리목 지역은 해발 약 900∼1,400m로 식생은 서어나무, 개서어나무, 졸참나무, 물참나무군락 등으로 구성된 낙엽활엽수림대이다. 제주도의 식생의 관한 연구를 살펴보면 1905년 市川 三喜(S. Ichigawa)가 채집한 62점의 식물 표본으로부터 시작되었고 中井의 ‘제주도 및 완도식물조사보고서’를 기점으로 발전하였다(김찬수 등, 2006). 한라산 전체 식물상과 관련하여 이덕봉(1956), 김문홍(1986), 김찬수 등(2006)의 연구 등이 있었고 오름에 관하여 Sun, et al.(2001), Mun, et al.(2002) 등이 연구를 수행하였다. 송창길(2005), 김찬수 등(2007) 은 제주도에 분포하는 귀화식물에 관하여 연구하였다. 그러나 한라산의 식물군집구조에 관한 연구는 고산지대의 식물군집구조(김문홍과 남전현, 1985; 김찬수와 김문홍, 1985)를 제외하면 많이 이루어지지 않았다. 어리목 낙엽활엽수림의 경우 과거 이경재 등(1992)의 연구에서 개서어나무-고로쇠나무군집, 개서어나무군집, 개서어나무-졸참나무군집 등 3개의 군집으로 분류하고 향후 개서어나무림으로 천이경향을 예측하였으나 연구 당시로부터 시간이 많이경과하였고 엄태원 등(2007)의 연구에서는 군집조사를 하였으나 군집분류를 수행하지 않았다. 이에 본 연구는 한라산 어리목지역 낙엽활엽수림의 현재 식생구조를 파악하고 과거 자료와 비교하여 변화상을 파악하는데 그 목적이 있다. 한라산 어리목지역을 중심으로 조사하였으며, 출현하는 식생을 층위별로 구분하였다. 20m×20m 크기의 방형구를 설치하여 출현 수목의 수종, 수고, 흉고직경, 식피율, 고도, 방향, 경사도, 식피율 등을 조사하였다. 식생조사 자료를 이용하여 Curtis and McIntosh (1951) 방법으로 각 조사구의 층위별 상대우점치(I.P.: importance percentage) 및 평균상대우점치(M.I.P.: mean importance percentage)를 구하였다. 군집분류는 TWINSPAN 기법을 이용한 classification 분석(Hill, 1979)과 DCA Ordination, 층위별 상대우점치에 의한종조성 특성을 고려하여 분류하였다. 대상지인 한라산국립공원 어리목 낙엽활엽수림은 졸참나무와 개서어나무가 우점종으로 분포하고 있었으며 25개 조사구를 설정하였다. 졸참나무군집(군집 Ⅰ: 조사구 1, 2, 5, 6, 7, 9, 10, 12)은 표고 960∼980m, 교목층의 평균수고 12∼13m, 평균 흉고직경 25cm, 식피율 85%, 출현식생은 졸참나무, 물참나무, 개서어나무, 서어나무, 당단풍나무, 꽝꽝나무, 제주조릿대 등이었다. 졸참나무-개서어나무군집(군집 Ⅱ: 조사구 3, 4, 7, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20)은 표고 980∼1,000m, 교목층의 평균수고 12∼13m, 평균 흉고직경은 22∼25cm, 식피율은 85%, 출현식생은 졸참나무, 개서어나무, 당단풍나무, 덜꿩나무, 서어나무, 제주조릿대등이었다. 개서어나무군집(군집 Ⅲ: 조사구 21, 22, 23, 24, 25)은 표고 1,050∼1,100m, 교목층의 평균수고 13∼15m, 평균 흉고직경은 25cm, 식피율은 85%, 출현식생은 개서어나무, 당단풍나무, 산개벚지나무, 서어나무, 덜꿩나무, 졸참나무, 제주조릿대 등이었다. 종합적으로 25개의 조사구는 표고 960∼1,100m, 교목층의 평균 수고 12∼15m, 평균 흉고직경 22∼25cm이었고, 식피율은 85%이었다. 모든 군집의 하부식생에서는 굴거리나무가 출현하였다. 본 연구대상지에 설정한 조사구는 상대우점치 분석 자료를 토대로 TWINSPAN에 의한 classification 분석과 DCA ordination분석을 실시하였다. 조사구 간의 상이성을 바탕으로 조사구를 배치하는 DCA Ordination 분석의 결과를 살펴보면 크게 3개 그룹으로 분리되었는데, 그룹 Ⅰ은 3개의 조사구(조사구 1, 2, 8), 그룹 Ⅱ는 17개의 조사구(조사구 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20), 그룹 Ⅲ은 5개 조사구(조사구 21, 22, 23, 24, 25)이었다. 본 연구에서는 DCA에 의한 Ordination 분석방법보다 TWINSPAN에 의한 Classification 분석결과가 더 명확하게 분류되었으며, 역시 3개의 군집으로 분류되었다. 군집 Ⅰ은 졸참나무군집으로 8개의 조사구(조사구 1, 2, 5, 6, 8, 9, 10, 12), 군집 Ⅱ는 졸참나무-개서어나무군집으로 12개의 조사구(조사구 3, 4, 7, 11, 13 ,14, 15, 16, 17, 18, 19, 20), 군집 Ⅲ은 개서어나무군집으로 5개의 조사구(조사구 21, 22, 23, 24, 25)이었다. 해발고가 높아질수록 졸참나무보다 개서어나무가 우점하는 것으로 판단되었다. 상대우점치분석 결과, 졸참나무군집(군집 Ⅰ) 교목층에서는 졸참나무(68.7%), 아교목층에서는 당단풍나무(47.5%)관목층에서는 꽝꽝나무(23.5%)와 가막살나무(20.4%)의 우점도가 높았다. 교목층에서 졸참나무가 우점하긴 하였으나아교목층에서는 5.2%로 상대우점치가 낮았고 당단풍나무를 제외하면 개서어나무가 17.6%로 높았다. 군집 Ⅰ은 향후개서어나무의 우점도가 높아질 것으로 판단되었다. 졸참나무-개서어나무군집(군집 Ⅱ) 교목층에서는 졸참나무(56.2%)와 개서어나무(33.2%), 아교목층에서는 당단풍나무(48.2%)와 개서어나무(26.8%), 관목층에서는 덜꿩나무(41.0%)가우세하고 있었다. 군집 Ⅱ에서도 아교목층에서 졸참나무(7.5%)의 세력이 약하고, 개서어나무(26.8%)의 세력이 강해향후 개서어나무의 세력이 강해질 것이라 판단되었다. 개서어나무군집(군집 Ⅲ) 교목층에서는 개서어나무(45.9%), 아교목층에서는 당단풍나무(36.5%)와 개서어나무(27.8%), 관목층에서는 덜꿩나무(23.1%)의 우점도가 높았다. 군집 Ⅲ도 아교목층에서 당단풍나무를 제외하고 개서어나무(27.8%)의 세력이 가장 강하였다. 3개 군집 모두 교목층에서 졸참나무와 개서어나무가 일정 우점도를 나타내고 있었고 향후 개서어나무의 우점도가 높아질 것으로 예상되었다. 또한 해발고가 높아짐에 따라 수종의 구성 비율이 변하였다. 종수 및 개체수 분석 결과, 졸참나무군집(군집 Ⅰ) 개체수는 69∼158개체, 종수는 9∼17종이었고, 졸참나무-개서어나무(군집 Ⅱ) 개체수는 83∼141개체, 종수는 11∼15종이었다. 개서어나무군집(군집 Ⅲ) 개체수는 43∼145개체, 종수는 9∼17종이었다. Shannon의 종다양도지수(H``) 분석 결과, 졸참나무군집(군집 Ⅰ) 종다양도지수는 0.7292∼1.0081이었고, 졸참나무-개서어나무(군집 Ⅱ) 종다양도지수는 0.7139∼1.0056이었다. 개서어나무군집(군집 Ⅲ) 종다양도지수는 0.7536∼1.1079이었다. 연륜 분석 결과, 졸참나무군집(군집 Ⅰ) 졸참나무는 54∼64년생, 개서어나무는 55∼76년생이었고, 졸참나무-개서어나무(군집 Ⅱ) 졸참나무는 58∼75년생, 개서어나무는 51∼68년생이었다. 개서어나무군집(군집 Ⅲ) 개서어나무는 53∼59년생이었다. 과거 이경재(1992)의 연구결과와 비교해 보면 개서어나무-졸참나무군집이 졸참나무군집(군집 Ⅰ)으로 변하였다. 개서어나무의 평균상대우점치가 33.9%에서 14.6%로 대폭낮아졌고 졸참나무는 25.7%에서 36.2%로 세력이 증가하였다. 개서어나무군집 또한 개서어나무의 상대우점치가 52.7%에서 32.2%로 낮아지고 산개벚지나무(10.1%), 서어나무(8.5%) 등의 세력의 증가하였다. 즉, 어리목 낙엽활엽수림의 개서어나무림의 세력이 쇠퇴하고 있는 결과로 나타났는데 이는 과거 연구에서 어리목지역이 우리나라 낙엽활엽수림의 천이경향을 따라 졸참나무군집을 거쳐 서어나무군집으로 천이가 진행될 것이로 예측했던 것, 개서어나무의 우점도가 높아질 것이라는 현재 군집구조 분석 결과와도 반대의 결과이었다. 단순히 조사구 개수가 부족했거나 조사구가 정확히 일치하지 않은 결과일 수도 있으나 기존 학설과 정반대의 결과가 나온 것에 따라 어리목지역 개서어나무림의 쇠퇴 원인이 무엇인지, 향후 어떻게 변해갈 것인지 지속적인 모니터링이 필요하다고 판단되었다.