선형가속기 기반 뇌정위 방사선 수술기법

최태진,Choi, Tae Jin 한국의학물리학회 2012 의학물리 Vol.23 No.3

Leksell은 뇌동정맥기형종의 중심에 280 kVp 관전압 방사선빔을 집속하는 방법으로 방사선수술법을 고안 시술한 바 있으며, 이 후 코발트-60 감마 선원 201개의 선속이 헬멧콜리메터를 지나 구의 중심에 초점을 이루게 한 감마나이프를 개발하여 표적병변에 높은 선량을 주어 비침습적으로 수술효과를 얻었다. 선형가속기는 높은 선량률과 1 mm 이내의 갠트리회전중심과 안정된 치료대회전 및 선량성능검증효과와 획기적으로 발전된 3차원선량계획 전산화에 힘입어 정밀하고 높은 정확성에 바탕을 둔 비공면궤적으로 방사선을 환부에 집속할 수 있어, 병변 주위의 정상조직에는 낮은 선량이 도달하고 병변에 높은 선량을 줄 수 있는 뇌정위방사선수술에 이용할 수 있게 되었다. 특히 Photon Knife는 환자의 체축을 이용하여 선속이 환부를 중심으로 종횡의 비공면궤적을 이루게 하여 치료선량분포에서 90%와 50% 선량폭을 2~3 mm 까지 좁힐 수 있는 기법을 보였다. 최근 선형가속기의 방사선수술은 2.5~3 mm 폭의 초박형 다엽콜리메터를 이용한 세기조절에 의한 시술이 늘어나는 경향이며, 종전의 종양의 크기에 따른 제한을 넘어 3 cm 이상의 종양에도 시행되고 있다. 뇌정위방사선수술은 선량모델을 뒷받침하는 마이크로 선량계측 및 평가와 성능보증이 필수적이며 선량분포의 경사도를 높이는 기법이 지속적으로 연구되어야 한다. 특히 초박형다엽콜리메터를 이용한 방사선수술은 다엽콜리메터 요철(Tongue and groove) 에 의해 일어나는 표적내 선량저하 부위를 평가하고 균등한 표적선량이 이루어지도록 하며, 마이크로 분해능을 가진 선량검증 방법이 앞으로 더욱 발전할 것으로 보인다. A conversing beam is firstly designed for radiosurgery by a neurosugern Lars Leksell in 1949 with orthogonal x-rays tube moving through horizontal moving arc to focusing the beam at target center. After 2 decades he composits 201 source of the Co-60 for gamma knife which beams focused at locus. Sveral linac-based stereotactic radiosurgery using the circular collimated beam which size range for 0.4~4.0 cm in a diameter by non-coplanar multiarc have been developed over the decades. The irregular lesions can be treated by superimposing with several spherical shots of radiation over the tumour volume. Linac based techniques include the use of between 4 and 11 non-co-planar arcs and a dynamic rotation technique and use photon beam energies in the range of 6~10 MV. Reviews of the characteristics of several treatment techniques can be found in the literature (Podgorsak 1989, Schell 1991). More in recent, static conformal beams defined by custom shaped collimators or a mini- or micro-multileaf collimator (mMLC) have been used in SRS. Finally, in the last few years, intensity-modulated mMLC SRS has also been introduced. Today, many commercial and in-house SRS programs have also introduced non-invasive immobilization systems include the cyberknife and tomotherapy and proton beam. This document will be compared the characteristics of dose distribution of radiosurgery as introduced gamma knife, BrainLab include photon knife in-house SRS program and cyberknife in currently wide used for a cranial SRS.

Dose Characteristics of Stereotactic Radiosurgery in High Energy Linear Accelerator Proton Beam

최태진,김옥배,Choi, Tae-Jin,Kim, Ok-Bae The Korean Society for Radiation Oncology 1992 Radiation Oncology Journal Vol.10 No.2

전산화단층촬영에 근거를 둔 3차원선량계산은 소형의 뇌종양에 대한 방사선수술에 있어서 가장 기본이 된다. 본 연구의 방사선수술 프로그램은 전산화단층촬영을 통해 표적 위치, 크기와 모양을 3차원공간에서 결정하고 최적조사면적을 구할 수 있었다. 방사선수술의 선량은 선형가속기의 6메가볼트 고에너지 광자선을 이중 비공면의 회전조사를 가상두부에 실시하여 계산된 3차원적 선량분포와 필름선량계의 실측선량을 비교한 바 거의 일치됨을 확인하였다. 본 연구의 방사선수술에서 $80\%$에서 $50\%$까지 선량곡선의 기울기는 전회전각이 1120도 일때 10 mm 조사면적에서 약 $16.7\%$/mm 였고 30 mm 에서 는 $13.0\%$/mm를 보였다. 또한 표적 주위의 선량분포는 표적내 최대선량값이 $90\%$ 에서 $50\%$ 까지 선량분포의 최대폭은 직경 10 mm조사면에서 2.3 mm를 나타내었으며, $90\%$에서 $20\%$까지의 거리는 5.6 mm를 나타내었으며, 30 mm직경의 조사면에서는 각각 3.5 mm와 9.8 mm를 보였다. 이러한 선량분포의 급격한 기울기는 방사선수술시 표적주위의 치명부위의 손상을 최소화하기 위한 선량최적화 작업에 지침이 될 것으로 생각되며, 또한 방사선수술방법의 차이에 따라 비교자료가 될 수 있을 것으로 생각된다. Three-dimensional dose calculations based on CT images are fundamental to stereotactic radiosurgery for small intracranial tumor. In our stereotactic radiosurgery program, irradiations have been performed using the 6 MV photon beam of linear accelerator after stereotactic CT investigations of the target center through the beam's-eye view and the coordinates of BRW frame converted to that of radiosurgery. Also we can describe the tumor diameter and the shape in three dimensional configuration. Non-coplanar irradiation technique was developed that it consists of a combination of a moving field with a gantry angle of $140^{\circ}$, and a horizontal couch angle of $200^{\circ}C$ around the isocenter. In this radiosurgery technique, we provide the patient head setup in the base-ring holder and rotate around body axis. The total gantry moving range shows angle of 2520 degrees via two different types of gantry movement in a plane perpendicular to the axis of patient. The 3-D isodose curves overlapped to the tumor contours in screen and analytic dose profiles in calculation area were provided to calculate the thickness of $80\%$ of tumor center dose to $20\%$ of that. Furtheremore we provided the 3-D dose profiles in entire calculation plane. In this experiments, measured isodose curves in phantom irradiation have shown very similiar to that of computer generations.

TM31010 계열의 공동이온전리함과 TG-51을 이용한 선형가속기광자선의 5년간 출력선량 평가

최태진,김옥배,Choi, Tae-Jin,Kim, Ok-Bae 한국의학물리학회 2011 의학물리 Vol.22 No.2

방사선의 출력선량계수는 모든 선량계획과 치료선량결정에 영향을 주게 되므로, 정확한 선량평가가 강조되고 있다. 저자들은 물흡수선량을 결정하는 선량프로토콜을 종전의 TG-21에서 TG-51로 전환하여 2007년부터 새로운 버전과 새로운 공동전리함으로 선량을 평가하기 위해 SSDL의 $N_k$를 $N_{dw}{^{Co-60}}$로 변환하여 적용하였다, 평가된 물흡수선량계수는 치료선량결정과 RPC의 선량모니터링을 통해 비교되었으며, 선량평가는 2% 이내를 보였지만 불안정성을 확인하게 되었으며, 선량평가과정을 후향적으로 모니터하였다. 점검결과 새 전리함의 교정계수가 -2.8% 낮은 것을 확인하고 PSDL의 물흡수선량교정계수를 구하여 출력선량계수를 구하였으며, 선량평가 결과 2010년부터 안정되었고 지속적으로 1% 이내의 오차를 나타내었다. This study is to keep the accuracy and stability of the output dose evaluations for linear accelerator photon beams by using the air ionization chambers (TM31010, 0.125 cc, PTW) through the Task Group 51 protocol. The absorbed dose to water calibration factor $N_{dw}{^{Co-60}}$ was delivered from the air kerma calibration factor $N_k$ which was provided from manufacture through SSDL calibration for determination of output factor. The ionization chamber of TM31010 series was reviewed the calibration factor and other parameters for reduce the uncertainty within ${\pm}2%$ discrepancy and we found the supplied $N_{dw}{^{Co-60}}$ which was derived from Nk has shown a -2.8% uncertainty compare to that of PSDL. The authors provided the program to perform the output dosimetry with TG-51 protocol as it is composed same screen of TG-51 worksheets. The evaluated dose by determination of output factor delivered to postal TLD block for comparison the output dose to that of MDACC (RPC) in postal monitoring program. The results have shown the $1.001{\pm}0.013$ for 6 MV and $0.997{\pm}0.012$ discrepancy for 15 MV X rays for 5 years followed. This study shows the evaluated outputs for linear accelerate photon beams are very close to that of international output monitor with small discrepancy of ${\pm}1.3%$ with high reliability and showing the gradually stability after 2010.

의료영상용 방사선방호를 위한 무납차폐체 개발

최태진,오영기,김진희,김옥배,Choi, Tae-Jin,Oh, Young-Kee,Kim, Jin-Hee,Kim, Ok-Bae 한국의학물리학회 2010 의학물리 Vol.21 No.2

본 연구에서는 의학영상장치의 방사선에너지스펙트럼과 중원자번호 물질의 방사선흡수특성을 이용하여 경량 재질의 무납차폐체를 개발하였다. 개발된 차폐체는 중량비율로 주석 34.1%, 안티몬 33.8%, 요오드 26.8%와 Polyisoprene 5.3%를 혼합하여 가로$\times$세로$\times$두께 $200{\times}200{\times}1.5\;(mm^3)$로 제작되었으며 밀도는 $3.2\;g/cm^3$이다. 무납차폐체의 무게는 표준납차폐체 무게의 84%로 연당량 0.42 mm에 해당되며, 제작된 무납차폐체는 일차선과 산란선에 대해 표준납차폐체(연당량 0.5 mm 두께)의 투과율과 비교하였다. 일차선 에너지는 50 kVp에서 20 kVp씩 증가하여 110 kVp까지 조사 되었으며, 표준납 차폐체의 투과율은 0.1%, 0.9%, 3.2%, 4.8%였고, 무납차폐체는 각각 0.3%, 0.6%, 2.0%, 4.2%를 보였으며, 오차는 ${\pm}0.1$%이었다. 표준납차폐체와 동등한 연당량의 무납차폐체의 투과율은 각각 0.1%, 0.3%, 1.0%와 2.4%로 저에너지에서는 납과 동일한 감쇠를 나타내었으나 높은 에너지영역 에서는 납의 30~50%의 투과율로 측정되어 차폐효과가 뛰어남을 알 수 있었다. 인체팬텀의 측방산란선에 대한 비교결과는 표준납차폐체가 2.4%, 2.5%, 4.2%, 5.1%를 보였고, 무납차폐체는 각각 2.4%, 3.3%, 4.6%와 5.9%이며 각 오차는 ${\pm}0.2%$였다. 혼합성분의 무납차폐체의 연당량을 표준납차폐체까지 올리는 경우 낮은 에너지에서 뿐만 아니라 높은 에너지 영역에서 납에 비해 월등히 감쇠효과가 있음을 주장하며, 방사선구역의 특성에 따라 경량의 차폐체를 이용함으로써 방사선피폭을 효과적으로 차폐할 수 있을 것이다. The shielding materials designed for replacement of lead equivalent materials for lighter apron than that of lead in diagnostic photon beams. The absorption characteristics of elements were applied to investigate the lead free material for design the shielding materials through the 50 kVp to 110 kVp x-ray energy in interval of 20 kVp respectively. The idea focused to the effect of K-edge absorption of variable elements excluding the lead material for weight reduction. The designed shielding materials composited of Tin 34.1%, Antimon 33.8% and Iodine 26.8% and Polyisoprene 5.3% gram weight account for 84 percent of weight of lead equivalent of 0.5 mm thickness. The size of lead-free shielder was $200{\times}200{\times}1.5\;mm^3$ and $3.2\;g/cm^3$ of density which is equivalent to 0.42 mm of Pb. The lead equivalent of 0.5 mm thickness generally used for shielding apron of diagnostic X rays which is transmitted 0.1% for 50 kVp, 0.9% for 70 kVp and 3.2% for 90 kVp and 4.8% for 110 kVp in experimental measurements. The experiment of transmittance for lead-free shielder has showed 0.3% for 50 kVp, 0.6% for 70 kVp, 2.0% for 90 kVp and 4.2% for 110 kVp within ${\pm}0.1%$. respectively. Using the attenuation coefficient of experiments for 0.5 mm Pb equivalent of lead-free materials showed 0.1%. 0.3%, 1.0% and 2.4%, respectively. Furthermore, the transmittance of lead-free shielder for scatter rays has showed the 2.4% in operation energy of 50 kVp and 5.9% in energy of 110 kVp against 2.4% and 5.1% for standard lead thickness within ${\pm}0.2%$ discrepancy, respectively. In this experiment shows the designed lead-free shielder is very effective for reduction the apron weight in diagnostic radiation fields.

강내조사를 위한 고선량률 근접조사 선원맞춤형 선량계획

최태진,오영기,김진희,김옥배,Choi, Tae-Jin,Oh, Young-Kee,Kim, Jin-Hee,Kim, Ok-Bae 한국의학물리학회 2009 의학물리 Vol.20 No.2

The source position and source dwelling time in a given source arrangement in the applicators is very high effect to determine the expose time which in general is derived from the brachytherapy planning system. In high dose rate (HDR) intracavitary radiation therapy (ICRT), the treatment is often performed in based out-patient during the whole fractionation irradiations. However, the patient should be waited on coutch for ICR treatment in first start fraction as unconvinent and immobilized state until perform the dose plannings. In our experiments, the HDR source contributed dose for$55.89{\pm}4.20%$ for straight tandem source, $38.14{\pm}4.46%$ for the right ovoid soucre on the fornix and$5.97{\pm}0.50%$ for left ovoid source. It also showed the $60.33{\pm}6.53%$ for the tandem, $33.10{\pm}6.74%$ for right ovoid and $6.58{\pm}0.30%$ for the left ovoid source in 10 degrees of applicator. The authors designed the source template dose planning software for ICRT of uterine cervix results average $-0.55{\pm}2.15%$ discrepancy of the full charged brachytherapy dose planning. Developed Source temperate ICRT plaanning software guide a minimized the complains and operating times within a ${\pm}3%$ of dose discrepancies. 근접조사에서는 인체의 강내 또는 종양조직내 어플리케이터를 삽입하여 지정된 선원위치와 정주시간에 따라 환부에 조사되는 선량이 결정되고 치료시간은 선량계획 소프트웨어를 통해서 얻게 된다. 특히 고선량률 조사법에서는 치료시간이 수 분 이내로 통원 시술하는 경우가 많다. 그러나 첫 시술일자에는 어플리케이터 삽입 시술시간이 소요되고, 시술 후 어플리케이터의 영상을 이용한 선원배열 분석 등의 선량계획이 이루어질 때까지 환자는 치 료대위에 고정된 체 대기하게되어 환자에게 상당한 불편을 주게 되고 당일 치료가 이루어 지지 못 하는 경우도 발생한다. 선원맞춤형 선량계획은 본원에서 치료받은 자궁경부암 시술환자 총 41명에 대해 자궁체강내 탠덤선원과 질원개(vaginal fonix) 선원의 선량기여도를 조사하여 선원의 위치를 개별적으로 표준화하여 실제와 근사한 위치를 얻을 수 있도록 개발된 소프트웨어이다. 자궁 경부암의 근접조사에서 기준 "A"지점에 기여하는 선량은 선형 어플리케이터의 탠덤선원에 의해 $55.89{\pm}4.20%$, 질원개 우측 선원에 의해 $38.14{\pm}4.46%$, 좌측 선원에 의해 $5.97{\pm}0.50%$로 나타났으며, 10도 휜 어플리케이터를 사용한 경우에는 $60.33{\pm}6.53%$, $33.10{\pm}6.74%$, $6.58{\pm}0.30%$로 각각 나타나, 탠덤선원의 높이와 질원개선원의 폭과 높이를 이용하여 실제 선원 입력에 의한 선량에 대해 평균 $-0.55{\pm}2.15%$ 범위로 근사한 값을 유도하여 치료선량을 구할 수 있음을 보여준다. 이에 저자들은 자궁경부암환자의 고선량률 근접조사시 어플리케이터 시술과 영상 취득 후 환자의 대기 없이 선량오차 ${\pm}3%$ 이하에서 당일 치료시간 결정을 할 수 있도록 선원맞춤형선량계획 프로그램을 개발하여 발표한다.

무모생쥐에서 용매의 극성에 따른 피부장벽대의 변화

최태진,윤두희,김형옥,김정원 ( Tae Jin Choi,Dou Hee Yoon,Hyung Ok Kim,Chung Won Kim ) 대한피부과학회 1997 대한피부과학회지 Vol.35 No.4

Background: The stratom corneum lipids, responsible for the epidermal water bar rier, consist mainly of ceramides, cholesterol and free fatty acids. However, little has been studied about the effects of non-polar, polar and mixed organic solvents on the changes of the stratum corneum lipids bilayer. Objective : We designed this study in order to investigate the effect of non-polar, polar and mixed organic solvents on the lipids bilayer in hairless mice Methods : Twenty four hairless mice were evenly divided into 4 groups; a control group, chloroform treated group, methanol treated group and mixed solvent(chloroform/methanol(2: 1) ) treated gr oup. The changes in transepidermal water loss, as measured with an evaporimeter, were recorded after topical application of either chloroform, methanol or mixed solvents at 0, 3, 6, 12, 24 and 48 hours respectiveh. For electron microscopy, the skin samples taken from the mice of ea.:h group were t.rented with osmium tetroxide and ruthenium tetroxide after the treatment with each solvent. Results . The results were as follows ; 1. From 0 to 24 hours after treatment with each solvent transepidermal water loss was significantly increased in the chloroform and the mixed solvent[chloroform/methanol(2:1)] treated groups, compared to the methanol treated group and control group(p<0.001). 2. 48 hours after treatment with each solvent,, the differences in the values of transepidermal water loss in all groups were insignificant. 3. On electronmicroscopic examination, separation of intercellular lipid bilayers and a decrease in the numher of lamellar bodies were more severe in the chloroform treated and mixed solvent (chloroforrn,'methanol(2:1)] treated groups than in the methanol treated group. Application of non-polar organic solvents, especially mixed solvents[chloroform/methanol(2:1)] resulted in an increase in transepidermal water loss and greater structural changes than with polar organic solvents. Conclusion : Our results suggest that non-polar lipids may play a more important role in the protection of water vaporization of the stratum corneum lipids barrier than polar lipids. (Kor J Dermatol 1997;35(4): 660-666)

Development of a New Radiotherapy Technique using the Quasi-Conformation Method

최태진,김진희,김옥배,Choi, Tae-Jin,Kim, Jin-Hee,Kim, Ok-Bae The Korean Society for Radiation Oncology 1991 Radiation Oncology Journal Vol.9 No.2

종양모양에 거의 일치하는 선량분포를 얻기위해 다층부정형필터를 이용하는 방법을 보였으며, 필터의 재질은 Lipowitz (일명 cerrobend alloy) 금속체를 이용하였다. 선속내 필터의 놓임은 일차선의 감쇄와 함께 조직내 산란선 기여율의 변화가 예상되므로 필터의 두께에 따른 SMR의 변화가 계산에 이용되어야 된다. 이에 본 연구의 계산선량은 실측치의 $3\%$이내에서 잘 일치됨을 알 수 있었다. 다층부정형필터를 이용한 펜톰의 원호조사의 선량평 가는 동일 필터에 의한 고정조사의 선량분포가 적용되었으며, 가상종양에 거의 일치하는 선량분포를 얻을수 있었다. 한편, 컴퓨터모의계산된 선량과 열발광산량계(teflon-embedded TLD)의 실측선량은 비교적${\pm}5\%$ 범위내에서 잘 일치됨을 알 수 있었으며, 이 치료방법은 현재 차폐체로 많이 이용되고 있는 Lipowitz 금속체를 사용함으로써 보다 쉽게 응용되어질 것으로 생각된다. The quasi-conformation therapy was performed to get a homogeneous dose distributions for irregeular shaped tumor lesion by using the arc moving beam and beam modifying filter which was made by cerrobend alloy($\rho$=9.4 g/cc) metal. In our dose calcuation programme, it was fundmentally based on Clarkson's method to calcuate the irregular multi-step block field in rotation therapy. In this study, the expected relative depth doses under multipartial attenuator agree well with measured data at same plane. The results of comparison the dose computation with that of TLD measurement are very closed within ${\pm}5\%$ uncertainties in the irradiation to phantom with quasi-comformation method. And it has shown that irregular typed multi-step filter can be applied to quasi-conformation therapy in high energy radiation plannings.

LiF:Mg,Cu,P 열형광선량계의 선량특성을 이용한 눈가림법에 의한 출력선량 평가

최태진,이호준,예지원,오영기,김진희,김옥배,Choi, Tae-Jin,Lee, Ho-Joon,Yie, Ji-Won,Oh, Young-Gi,Kim, Jin-Hee,Kim, Ok-Bae 한국의학물리학회 2009 의학물리 Vol.20 No.4

조사면의 크기와 한계 측정부위의 선량평가에는 형체가 자유로운 열형광분말체를 이용하는 것이 적합함을 뒷받침하기 위하여 LiF:Mg,Cu,P TLD 분말체의 선량특성을 조사하고, 작성된 평가 알고리즘에 따라 선형가속기의 출력선량을 눈가림법으로 조사한 TLD에 적용했을 때 평가 신뢰성을 확인하고자 한다. 열형광분말소자는 PTW 사의 LiF:Mg,Cu,P (200 Mesh)이며, 판독기는 LTM (LTM Co, France)이다. 물의 흡수선량은 전리함과 전위계를 표준선량평가기관에서 교정한 흡수선량계수를 사용하여 구하였으며, TLD 조사는 자체 제작한 미니 프라스틱 수조의 중앙에 삽입하여 조사면 $10{\times}10\;cm^2$로 시행 하였다. 방사선조사는 두 대학병원에 설치된 선형가속기(Oncor, Siemens와 Clinac Ix, Varian)의 6 MV 광자선으로 하였으며, TLD의 눈가림법 선량평가는 glow 곡선의 특성과 분말질량에 의한 감도변화, 선량률의존성, 선량-TL 강도의 비례성과 퇴행성 조사를 통해 시행되었다. LiF:Mg,Cu,P TLD는 3개의 glow peak를 보였고 232도에 나타나는 peak는 선량과 비례성이 높고 감도가 높으며 퇴행현상이 적어 선량계로써 좋은 조건을 보이고 있다. 열형광선량분말체는 1,000 cGy까지 대략적인 선형관계를 유지하였으나, 정밀 측정평가를 위해 비선형 함수를 통해 평균 1% 오차범위에서 평가할 수 있었다. LiF:Mg,Cu,P TLD는 선량률 22.2 cGy/min에서 600 cGy/min까지 TL 감도에 거의 영향을 주지 않았으나, 가열판(Planchette)의 분말체의 량에 따라서는 TL 감도에 변화가 있음을 확인하였다. 눈가림법으로 두 기관의 선형가속기에서 15회와 10회 조사하였고, 선량범위는 15~800 cGy였다. 눈가림법에 의한 양 기관의 TL 선량은 평균 1% 이하의 오차범위에서 일치하고 편차는 각각 ${\pm}1.9%$와 ${\pm}2.58$ 이내에 있었다. 열형광분말소자를 사용하여 눈가림법으로 출력선량을 평가한 결과 실험오차범위에서 표준전리함의 선량과 잘 일치하였으며, 전리함으로 접근할 수 없는 작은 조사면이나 경계성 조사면에 대한 선량평가에 신뢰성 있는 평가를 할 수 있을 것으로 생각한다. To achieve the accurate evaluation of given absorbed dose from output dose of linear accelerator photon beam through investigate the characteristics of LiF:Mg,Cu,P TLD powder. This experimental TL phosphor is performed with a commercial LiF:Mg,Cu,P powder (Supplied by PTW) and TL reader (LTM, France). The TLD was exposed to 6 MV X rays of linear accelerator photon beam with range 15 to 800 cGy in blind dose at two hospitals. The dose evaluation of TLD was through the experimental algorithms which were dose dependency, dose rate dependency, fading and powder weight dependency. The glow curve has shown the three peaks which are 110, 183 and 232 degrees of heating temperature and the main dosimetric peak showed highest TL response at 232 high temperature. In this experiments, the LiF:Mg,Cu,P phosphor has shown the 2.5 eV of electron trap energy with a second order. This experiments guided the dose evaluation accuracy is within 1% +2.58% of discrepancy. The TLD powder of LiF:Mg,Cu,P was analyzed to dosimetric characterists of electron captured energy and order by glow shape, and dose-TL response curve guided the accuracy within 1.0+2.58% of output dose discrepancy.

연(鉛)필터의 투과선량을 이용한 15 MV X선의 에너지스펙트럼 결정과 조직선량 비교

최태진,김진희,김옥배,Choi, Tae-Jin,Kim, Jin-Hee,Kim, Ok-Bae 한국의학물리학회 2008 의학물리 Vol.19 No.1

최근의 방사선 치료선량 계획시스템은 대체로 커널빔을 컨볼루션하여 조직선량을 구하고 있다. 본 연구에서는 광자선 빔에 따른 심부선량과 임의의 깊이에서 프로파일 선량을 구하기 위하여 반복적 수치해석을 통해 투과 필터에 의한 감쇠선량으로부터 에너지 스펙트럼을 구성하였다. 실험은 15 MV X선(Oncor, Siemens사)과 이온선량계 0.125 cc (PTW T31010)을 이용하여 납필터를 투과한 선량을 측정하여 이루어졌다. 15 MV X선의 에너지스펙트럼은 0.25 MeV 간격으로 납필터 0.51 cm에서 8.04 cm의 감쇠선량으로 실측치와 비교하여 구하였다. 실험 연산에서 15 MV X선의 최대유량은 3.75 MeV에서 나타났으며, 평균에너지는 4.639 MeV를 보였으며, 투과선량은 평균 0.6%의 오차인 반면에 최대오차는 납두께 5 cm에서 2.5%를 보였다. 조직선량은 에너지에 크게 의존하므로, 평탄형 필터의 중심과 Tangent 0.075와 0.125인 가장자리의 에너지를 구하였으며, 각각 4.211 MeV와 3.906 MeV로 나타났다. 심부선량과 프로파일 선량은 상업화로 공급되고 있는 선량계획시스템에 중심 선속과 가장자리의 각 에너지스펙트럼을 적용하여 구하여 실측선량률과 비교하였다. 생성된 심부선량 곡선은 조사면 $6{\times}6cm^2$에서 $30{\times}30cm^2$까지 실측치와 비교한 결과 1% 이내의 거의 일치하는 값을 얻었으며, 프로파일 곡선은 $10{\times}10cm^2$에서 1% 이내의 오차를 보였으나, $30{\times}30cm^2$와 같이 큰 조사면의 얕은 깊이에서는 2%의 오차를 보였다. 따라서 투과선량을 연산으로 구한 에너지 스펙트럼이 조직선량을 평가하는 데 상당히 적은 오차범위 내에서 정량적이고 정성적으로 얻을 수 있음을 알 수 있다. Recent radiotherapy dose planning system (RTPS) generally adapted the kernel beam using the convolution method for computation of tissue dose. To get a depth and profile dose in a given depth concerened a given photon beam, the energy spectrum was reconstructed from the attenuation dose of transmission of filter through iterative numerical analysis. The experiments were performed with 15 MV X rays (Oncor, Siemens) and ionization chamber (0.125 cc, PTW) for measurements of filter transmitted dose. The energy spectrum of 15MV X-rays was determined from attenuated dose of lead filter transmission from 0.51 cm to 8.04 cm with energy interval 0.25 MeV. In the results, the peak flux revealed at 3.75 MeV and mean energy of 15 MV X rays was 4.639 MeV in this experiments. The results of transmitted dose of lead filter showed within 0.6% in average but maximum 2.5% discrepancy in a 5 cm thickness of lead filter. Since the tissue dose is highly depend on the its energy, the lateral dose are delivered from the lateral spread of energy fluence through flattening filter shape as tangent 0.075 and 0.125 which showed 4.211 MeV and 3.906 MeV. In this experiments, analyzed the energy spectrum has applied to obtain the percent depth dose of RTPS (XiO, Version 4.3.1, CMS). The generated percent depth dose from $6{\times}6cm^2$ of field to $30{\times}30cm^2$ showed very close to that of experimental measurement within 1 % discrepancy in average. The computed dose profile were within 1% discrepancy to measurement in field size $10{\times}10cm$, however, the large field sizes were obtained within 2% uncertainty. The resulting algorithm produced x-ray spectrum that match both quality and quantity with small discrepancy in this experiments.

컴퓨터영상의 전자밀도보정에 근거한 치료선량확인: XiO 실험

최태진,김진희,김옥배,Choi Tae-Jin,Kim Jin-Hee,Kim Ok-Bae 한국의학물리학회 2006 의학물리 Vol.17 No.2

본 연구는 전산치료선량계획장치에서 중첩(Superposition)법을 사용해 비균질성 조직층을 통한 교정선량을 확인하기 위해 수행되었다. 조직등가물질로는 폐조직으로 콜크($\rho=0.2\;g/cc$)를, 근조직에는 n-Glucose, 골조직에는 $K2HPO4$를 사용한 시료의 전자밀도를 구하였으며, CT영상은 110 KVp와 130 KVp X선을 주사해서 얻고 CT번호(H)와 전자밀도의 함수관계를 조사하였다. 물에 대한 전자밀도비는 컴퓨터선량계획에 중요한 변수이므로 CT번호에 대응된 전자밀도비를 입력하고, 선량확인을 위해 펜텀 구성은 폴리스탈린 고체 펜텀 사이에 5.0 cm 층의 시료를 삽입하고 깊이 12.0 cm와 20.0 cm의 조직 선량을 구하여 실측과 비교하였다. 실험결과 CT번호-전자밀도비는 광전효과 현상에 영향을 크게 받게 되어 원자번호가 높은 재질에서 비선형적으로 나타났으며, 130 KVp에서 근조직에는 0.001026H+1.00을, 골조직에는 0.000304H+1.07을 얻었다. 균질 근조직에서 컴퓨터선량과 실측선량을 비교한 결과 중첩법과 FFT 콘볼루션(convolution) 법에서 6, 15 MV X선 모두 1.0% 오차 범위내에 있었으며, 폐조직층 통과한 경우 중첩법은 6 MV X선에서 평균 -1.2%, 골조직에는 평균 -2.9%를 보였고, 15 MV X선에서 2.7%와 2.2%를 얻었으며, FFT콘볼루션법은 6 MV X선에서 폐조직 2.8%, 골조직 -5.0%를 보였고, 15MV X선에서는 각각 6.0%, 0.2%를 보여 중첩법에 의한 치료계획선량이 신뢰성이 있음을 확인하였다. 본 실험을 통해 저자들은 각 임상기관에서 사용하고 있는 CT는 일정하지 않고 교정이 필요한 장비이므로, 발전된 치료계획시스템에 적용하고 있는 CT번호-전자밀도비에 대한 정기적인 확인이 필요하며, FFT 콘볼루션법에 비해 빔의 확산방향에 일치된 커널빔을 사용한 중첩법에서 오차가 적음을 확인하였다. This study peformed to confirm the corrected dose In different electron density materials using the superposition/FFT convolution method in radiotherapy Planning system. The experiments of the $K_2HPO_4$ diluted solution for bone substitute, Cork for lung and n-Glucose for soft tissue are very close to effective atomic number of tissue materials. The image data acquisited from the 110 KVp and 130 KVp CT scanner (Siemes, Singo emotions). The electron density was derived from the CT number (H) and adapted to planning system (Xio, CMS) for heterogeneity correction. The heterogeneity tissue phantom used for measurement dose comparison to that of delivered computer planning system. In the results, this investigations showed the CT number is highly affected in photoelectric effect in high Z materials. The electron density in a given energy spectrum showed the relation of first order as a function of H in soft tissue and bone materials, respectively. In our experiments, the ratio of electron density as a function of H was obtained the 0.001026H+1.00 in soft tissue and 0.000304H+1.07 for bone at 130 KVp spectrum and showed 0.000274H+1.10 for bone tissue in low 110 KVp. This experiments of electron density calibrations from CT number used to decide depth and length of photon transportation. The Computed superposition and FFT convolution dose showed very close to measurements within 1.0% discrepancy in homogeneous phantom for 6 and 15 MV X rays, but it showed -5.0% large discrepancy in FFT convolution for bone tissue correction of 6 MV X rays. In this experiments, the evaluated doses showed acceptable discrepancy within -1.2% of average for lung and -2.9% for bone equivalent materials with superposition method in 6 MV X rays. However the FFT convolution method showed more a large discrepancy than superposition in the low electron density medium in 6 and 15 MV X rays. As the CT number depends on energy spectrum of X rays, it should be confirm gradient of function of CT number-electron density regularly.