A Monte Carlo Simulation Study of a Therapeutic Proton Beam Delivery System Using the Geant4 Code

신정욱,심현하,곽정원,김동욱,박성용,조관호,이세병,Shin, Jungwook,Shim, Hyunha,Kwak, Jungwon,Kim, Dongwook,Park, Sungyong,Cho, Kwan Ho,Lee, Se Byeong Korean Society of Medical Physics 2007 의학물리 Vol.18 No.4

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. We studied a Monte Carlo simulation of the proton beam delivery system at the National Cancer Center (NCC) using the Geant4 Monte Carlo toolkit and tested its feasibility as a dose verification framework. The Monte Carlo technique for dose calculation methodology has been recognized as the most accurate way for understanding the dose distribution in given materials. In order to take advantage of this methodology for application to external-beam radiotherapy, a precise modeling of the nozzle elements along with the beam delivery path and correct initial beam characteristics are mandatory. Among three different treatment modes, double/single-scattering, uniform scanning and pencil beam scanning, we have modeled and simulated the double-scattering mode for the nozzle elements, including all components and varying the time and space with the Geant4.8.2 Monte Carlo code. We have obtained simulation data that showed an excellent correlation to the measured dose distributions at a specific treatment depth. We successfully set up the Monte Carlo simulation platform for the NCC proton therapy facility. It can be adapted to the precise dosimetry for therapeutic proton beam use at the NCC. Additional Monte Carlo work for the full proton beam energy range can be performed.

산화물을 첨가한 HgI2 엑스선 검출기의 특성 평가

신정욱(Jungwook Shin),김진선(Jinseon Kim),조규석(Gyuseok Jo),오경민(Kyungmin Oh),김교태(Kyotae kim),강상식(Sangsik Kang),남상희(Sanghee Nam) 한국방사선학회 2014 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.2014 No.춘계

To improve the performance of HgI2 composite x-ray detector, we studied its structure that reduced charge trap and estimated electrical properties as incident x-ray energy. The composite detector exhibits lower performance in x-ray sensitivity, dark current, and reproducibility than single-crystal detector or poly-crystal detector, because dielectric constant of polymeric glue and grain size of semiconductor particles affected charge transport properties. Therefore, in order to improve the charge transport properties, metal oxide such as SiO2 or TiO2 were added to HgI2 composite x-ray detector and its characteristics were investigated. The effect of metal oxide in HgI2 composite was analysed by comparing the properties of metal oxide mixed HgI2 composite x-ray detector with those of simple HgI2 composite x-ray detector. The samples were divided into three kinds of films, HgI2/TiO2 composite x-ray detector, HgI2/SiO2 composite x-ray detector, and simple HgI2 composite x-ray detector. All samples were fabricated by sedimentation method, one kind of particle-in-binder (PIB) methods. And the each thickness of them was around 200um. To investigate electrical properties of the samples, dark current of samples was measured as a function of applied bias. As a result, when 1 V/um of the electric field was applied, 4.78 nA/cm2, 16.58 nA/cm2, and 7.10 nA/cm2 were measured for HgI2/SiO2 composite x-ray detector, HgI2/TiO2 composite x-ray detector, and simple HgI2 composite x-ray detector. And then x-ray sensitivity of samples was measured in RQA-5 condition (70kVp, 100mA, 0.03s, 21mmAl phantom). The result respectively showed 23.15 nC/mR/cm2, 19.25 nC/mR/cm2, and 24.25 nC/mR/cm2 of x-ray sensitivity for the each samples. Furthermore, reproducibility, aging effect, and signal lag of samples were measured. Consequentially, the all measured results like dark current, x-ray sensitivity, reproducibility, and signal lag showed the best properties in HgI2/SiO2 composite x-ray detector among three kinds of samples

산하물 첨가비율에 따른 요오드화수은 광도전체 기반 방사선 영상 센서의 성능 평가

신정욱(Jungwook Shin),장우진(Woojin Jang),오경민(Kyungmin Oh),김교태(Kyotae Kim),강상식(Sangsik Kang),박지군(Jikoon Park),남상희(Sanghee Nam) 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.2015 No.춘계

요오드화수은(Mercury Iodide, HgI2)은 높은 원자번호, 고밀도, 효율적인 밴드갭, 그리고 높은 비저항의 특성을 가지기 때문에 방사선 영상 검출기로 적용하기 위한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 기존 연구 자료들에 의하면, HgI2 광도전체는 직접 변환 방식의 검출 물질로 높은 민감도 특성, 낮은 누설전류 등의 우수한 특성을 가지고 있으나 제작된 방사선센서는 재현성과 신뢰성에서 문제점을 가지고 있기 때문에 상용화에 제약을 가지고 있었다. 본 연구에서는 HgI2 필름의 제작 공정에 있어서 산화물을 첨가함으로써 제작된 영상 센서의 재현성과 신뢰성을 향상시키기 위한 연구가 수행되었다. 미세 사이즈의 산화물의 첨가는 변환 층의 충진율을 높여줄 뿐만 아니라 전하 전달 효율을 높여 주기 때문에 전하 트랩효율을 감소시킬 수 있다. 제작된 HgI2 필름의 형태적, 전기적 특성을 평가함으로써 최적의 제작조건과 산화물 첨가비를 최적화한 이후, 방사선 영상 센서를 제작하여 엑스선 영상을 획득함으로써 직접 변환 방식의 영상 센서로써의 가능성을 검증하였다. Mercury Iodide(HgI2) photoconductor has been widely studied for the application of radiation image sensor due to its inherent properties such as high atomic number, high density, sufficient band-gap energy, and high resistivity. Though HgI2 photoconductor has the excellent properties like high sensitivity and low leakage current, it is not commercialized due to the problem of reproducibility and stability. In this paper, the electrical properties of fabricated HgI2 film with mixing oxidation materials in HgI2 fabrication process were improved. The addition of fine-size oxidation materials enabled to increase filling ratio of conversion layer and reduce the charge trap efficiency. The fabrication process and the mixture ratio of oxidation materials were optimized by evaluating morphological and electrical properties of the fabricated HgI2 compound film. Finally, from the fabricated HgI2 compound image sensor, phantom images were acquired by incident x-ray energy and the applicability of direct conversion X-ray detector was verified.

산화물을 첨가한 HgI₂ 엑스선 검출기의 특성 평가

신정욱(Jungwook Shin),김진선(Jinseon Kim),조규석(Gyuseok Jo),오경민(Kyungmin Oh),김교태(Kyotae kim),강상식(Sangsik Kang),남상희(Sanghee Nam) 한국방사선학회 2014 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.8 No.1

To improve the performance of HgI2 composite x-ray detector, we studied its structure that reduced charge trap and estimated electrical properties as incident x-ray energy. The composite detector exhibits lower performance in x-ray sensitivity, dark current, and reproducibility than single-crystal detector or poly-crystal detector, because dielectric constant of polymeric glue and grain size of semiconductor particles affected charge transport properties. Therefore, in order to improve the charge transport properties, metal oxide such as SiO2 or TiO2 were added to HgI2 composite x-ray detector and its characteristics were investigated. The effect of metal oxide in HgI2 composite was analysed by comparing the properties of metal oxide mixed HgI2 composite x-ray detector with those of simple HgI2 composite x-ray detector. The samples were divided into three kinds of films, HgI2/TiO2 composite x-ray detector, HgI2/SiO2 composite x-ray detector, and simple HgI2 composite x-ray detector. All samples were fabricated by sedimentation method, one kind of particle-in-binder (PIB) methods. And the each thickness of them was around 200um. To investigate electrical properties of the samples, dark current of samples was measured as a function of applied bias. As a result, when 1 V/um of the electric field was applied, 4.78 nA/cm2, 16.58 nA/cm2, and 7.10 nA/cm2 were measured for HgI2/SiO2 composite x-ray detector, HgI2/TiO2 composite x-ray detector, and simple HgI2 composite x-ray detector. And then x-ray sensitivity of samples was measured in RQA-5 condition (70kVp, 100mA, 0.03s, 21mmAl phantom). The result respectively showed 23.15 nC/mR/cm2, 19.25 nC/mR/cm2, and 24.25 nC/mR/cm2 of x-ray sensitivity for the each samples. Furthermore, reproducibility, aging effect, and signal lag of samples were measured. Consequentially, the all measured results like dark current, x-ray sensitivity, reproducibility, and signal lag showed the best properties in HgI2/SiO2 composite x-ray detector among three kinds of samples

광도전체 물질의 치료 방사선 선량계 적용을 위한 가능성 연구

장기원(Giwon Jang),신정욱(Jungwook Shin),오경민(Kyungmin Oh),박성광(Sungkwang Park),김진영(Jinyoung Kim),박지군(Jikoon Park),남상희(Sanghee Nam) 한국방사선학회 2013 한국방사선학회 논문지 Vol.7 No.1

고 에너지 방사선의 이용과 치료 계획의 발전이 이루어지면서 치료방사선에서 선량 측정의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 이러한 선량 측정을 위한 검출기에는 이온 전리함, 필름, 열형광선량계, 다이오드 등이 있다. 이중, 다이오드 검출기는 입사되는 방사선에 의하여 전기적인 신호를 생성하는 광도전체 물질을 사용하는데, 이러한 광도전체 물질에 대해서 최근 많은 연구 그룹들이 관심을 가지고 있다. 하지만, 방사선 치료 영역에서만은 실리콘(Si) 이외에 물질에 대한 연구 결과가 활발히 도출되고 있지 않은 실정이다. 본 논문에서는 광도전체 물질의 고 에너지 방사선에 대한 반응 특성을 확인함으로써 선량계로의 적용 가능성을 검증하고자 하였다. 요오드화수은(HgI2)과 요오드화납(PbI2)을 기반으로 하는 검출기를 제작하여, 선형가속기에서 입사되는 고 에너지 방사선에 대하여 재현성, 선형성, Pulse rate response를 평가하였다. 이러한 항목들은 치료방사선의 선량계로써의 역할을 평가할 수 있는 필수 요소들이다. 실험결과, 제작된 요오드화수은(HgI2)은 약 7% 내외의 재현성과 선형성 오차를 나타내었으며, 요오드화납(PbI2)은 1.7%의 선형성 오차와 12.2%의 재현성 오차를 가지는 것으로 확인되었다. The use of the dosimetry have been increasingly recognized as high radiation energy and radiation treatment planning(RTP) have rapidly developed in radiotherapy. There are many types of detectors for the dosimetry such as ionization chamber, film, TLD, diode, and etc. Among such detectors, the diode detector uses a photoconductor materials that generate electrical signals by the incident radiation energy. Though many research groups are recently interested in such materials, there is few experimental results except for silicon in the radiation therapy field. In this study, the feasibility of photoconductor materials was verified as a dosimeter through the evaluation of response properties at a high radiation energy. For the fabricated detectors based on HgI2 and PbI2, reproducibility, linearity, and pulse-rate response were analyzed. Such evaluations are essential factors for the use of dosimeter. From results, linearity and reproducibility of the fabricated HgI2 detector indicated about 7% error. The fabricated PbI2 detector showed 1.7% error in linearity, and 12.2% error in reproducibility.

염농도가 염생식물의 내염성에 미치는 영향

남유경(Yukyung Nam),신정욱(Jungwook Shin),강연경(Yunkyung Kang),장매희(MaehEE Chiang) 한국생물환경조절학회 2007 한국생물환경조절학회 학술발표논문집 Vol.16 No.2

X선 유방 촬영장치의 모의 평가를 통한 안전성 품질 평가 기준 및 방법의 적합성 연구

허예지(Yeji Heo),김진선(Jinseon Kim),신정욱(Jungwook Shin),김교태(Kyotae Kim),정봉재(Bongjae Jung),남상희(Sanghee Nam),박지군(Jikoon Park) 한국방사선학회 2014 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.8 No.1

국민 소득 수준이 향상됨에 따라 안전 욕구에 대한 사회적 요구가 점차 증가하고 있는 실정으로, 여성의 경우 유방암의 조기 진단을 위하여 유방촬영용 장치를 이용하고 있다. 최근 국제적으로 과도하거나 불필요한 방사선에 의하여 의료 정당성에 위배될 가능성이 있어 IEC 60601-2-45 “Particular requirements for the basic safety and essential performance of mammographic X-ray and mammographic stereotactic devices” 규격에 따라 안전성 품질 평가를 시행하도록 권고하고 있다. 국내에서도 유방촬영장치의 안전성 품질 평가를 3년 주기로 시행하고 있으며, 진단용 방사선 발생 장치의 안전 관리에 관한 규칙이 보건복지부령으로 공포되면서 유방촬영용 장치가 추가로 분류되어 안전관리 및 품질평가 시험 항목을 선정하고 검사기관을 지정하여 관리하고 있다. 본 연구에서는 국내에서 시행하고 있는 안전성 품질평가 항목과 IEC 60601-2-45 3판 항목을 비교하여 동일한 항목에 관한 기준과 방법의 비교 분석을 수행하였으며, 분석된 항목에 대해 모의 평가를 시행함으로써 기준과 방법에 대한 적합성을 고찰하고자 하였다. Income levels, as well as improving the safety of a gradually increasing social demands. Women, the early diagnosis of breast cancer, breast examination by shooting device as the default used. Recently internationally by excessive or unnecessary medical radiation, there is likely to be in violation of legitimacy to comply with IEC 60601-2-45 “Particular requirements for the basic safety and essential performance of mammographic X-ray and mammographic stereotactic devices” safety and quality assessments be encouraged. The safety of mammographic equipment in the country for quality assessment to be conducted every three years. Diagnostic radiation generator rules on the safety management of the Department of Health and Human Services promulgated as the command device is added to mammography to be classified. In addition, safety management and quality assessment and selection of test items to be managed by specifying the inspection agency. In this study, the safety and quality of the implementation and evaluation items to compare IEC 60601-2-45 3 edition items on the same item to perform a comparative analysis of standards and methods for the items was analyzed by simulation standards and assessments study was to investigate the suitability of methods.

전산화 단층촬영용 장치의 품질 보증을 위한 IEC 규격과 유럽의 새로운 PR 시리즈에 관한 연구

김교태(Kyotae Kim),허예지(Yeji Heo),오경민(Kyungmin Oh),신정욱(Jungwook Shin),강상식(Sangsik Kang),남상희(Sanghee Nam),박지군(Jikoon Park) 한국방사선학회 2014 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.2014 No.춘계

Computer tomography apparatus having a relatively high dose has been used for early diagnosis of lesions has recently been devoted efforts for proper quality assurance, but the market is developing rapidly The fact is that completion is difficult and recurring adjustments of the current situation are. Therefore, in this study, as compared with IEC 60601-2-6 to introduce the PR 162 is a new standard for performance of the computer tomography, in an attempt to propose research needs for improvement analyzed have. As a result of the analysis, the case of the evaluation items involved in the formation of the image that has been distorted is analyzed as a result of in order to contribute to the health of the people, was focused on the implementation of an accurate image than existing standards, and taking into account the actual situation of domestic with the reference value, weakened, but was analyzed by presenting the reference point, and it is possible to evaluate more precise specification of the existing. In this way, it is in actuality is a need for complementary and recurring adjustments and methods of evaluation criteria for the safety of medical devices, in the case of a domestic's use until now the method of self-evaluation and criteria. Therefore, it is thought to contribute to the public health with the international competitiveness of domestic manufacturers, and research is needed multi-faceted for normalization. 최근 병변의 조기 진단을 위하여 환자선량이 상대적으로 높은 전산화 단층촬영용 장치가 활용되고 있어 적절한 품질보증을 위한 노력을 경주하고 있으나, 빠르게 시장이 발전하고 있는 현 상황에서 지속적인 수정 및 보완이 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 전산화 단층촬영용 장치의 성능에 관한 새로운 규격인 PR 162를 소개하고 IEC 60601-2-6과 비교 및 분석을 통하여 개선을 위한 연구의 필요성을 제안하고자 하였다. 분석 결과, 국민 보건에 이바지하기 위하여 기존 의 규격보다 정확한 영상 구현에 초점을 둔 결과로 분석되며 왜곡된 영상의 형성에 관련된 평가 항목의 경우 국내 실정을 고려하여 기준 값은 약화하였으나 기준점을 제시함으로써 기존의 규격보다 정밀한 평가가 가능할 것으로 분석되었다. 이와 같이 의료 기기의 안전성에 대한 평가 기준 및 방법에 대한 지속적인 수정 및 보완에 대한 필요하지만, 국내의 경우 자가 기준 및 자가 평가 방법을 현재까지 이용하고 있는 실정이다. 그러므로 국내산업체의 국제경쟁력을 갖추고 국민 보건에 이바지하기 위해서 규격화에 대한 다각적 연구가 필요할 것으로 사료된다.