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.

간암에 대한 양성자 치료계획에서 셋업 오차와 문지름 인자에 따른 불확실성의 대한 평가

조성호(SungHo Cho),유승훈(SeungHoon Yoo),조일성(IlSung Cho),송용근(YongKeun Song),신재익(JaeIk Shin),김은호(EunHo Kim),정원균(WonGyun Jung) 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.2015 No.춘계

We investigated the effect of set-up error and smearing factor in proton therapy for liver cancer under the artificial movement of isocenter of target volume and adjustment of smearing factor using treatment planning system. The plans were the clinically designed passive scattered treatment plans in Eclipse v9.8 (Varian Medical Systems, Palo Alto, CA) according to RTOG protocol. The artificial movement of isocenter in target volume is from -1 cm to 1cm along to x, y, z axis based on the position of original target volume. Also, smearing factor is adjusted from 0.3 to 1.2. To compare the dose conformity evaluation by set-up error and smearing factor, we used Dmax, Dmin, Dmean and conformity index(CI) and inhomogeneity coefficient(IC). The conformity index and inhomogeneity coefficient of the dose in the target volumes was respectively calculated using the formula (Dmax-Dmin)/Dmean and VDP/Vtarget, where VDPis the volume enclosed by the prescribed isodose surface, i.e., prescription dose and Vtarget is the volume of normalization target. As a results, for the X-axis setup error, there is no difference in value of Dmax and Dmin within ± 0.5cm setup errors, however it was rapidly increased beyond the ±0.5cm setup errors. Y axis and Z axis setup errors also showed a similar trend as X-axis. In the case of smearing factor, there is little difference in Dmax and Dmin when smearing factor has high value, inhomogeneity under no setup errors was 14.05, 11.5 and 8.8 in 0.3, 0.7 and 1.2 smearing factor, respectively. Therefore, smearing factor is very important parameter in particle therapy because it can adjust the dose distribution. 양성자를 이용한 간암치료 시 환자 위치 에러와 문지름 인자에 따른 영향을 분석하기 위해서 치료계획 시스템을 이용하 여 인공적인 타켓볼륨의 중심점 이동과 문지름 인자의 조절에 대한 영향을 분헉하였다. 치료계획은 이클립스 9.8을 이용 하여 스캐터링 방식의 치료 방식으로 설계하였다. 타켓 볼륨의 중심점이동은 X, Y, Z 세 방향으로 -1에서 1cm 까지 이동하였으며, 문지름 인자는 0.3에서 1.2로 이용하였다. 환자위치 에러와 문지름 팩터에 따른 선량 분포를 비교하기 위하여 우리는 Dmax, Dmin, Dmean, Conformity index(CI)와 비균질상수를 사용하였다. 그 결과 X축 환자위치에 따라서 ± 0.5cm 이내에서는 Dmax, Dmin 차이가 나타나지 않았으나 이후에는 큰 차이를 보였다. Y, Z축 에러도 비슷한 분포를 보였다. 문지름 인자의 경우 높은 값을 사용할 때는 Dmax, Dmin 의 차이가 나타나지 않았으나 낮은 값을 사용할 때는 큰 차이를 보였다. 따라서 환자위치 와차와 문지름 인자는 입자치료에서 선량 분포를 조절할 수 있기 때문에 매우 중요한 파라미터이다.

중이온 치료연구센터의 현황

조성호(Sunho Cho),유승훈(Seunghoon Yoo),조일성(Ilsung Cho),김은호(Eunho Kim),신재익(Jaeik Shin),송용근(Yonggeun song),정원균(Wonjyun Jung) 한국방사선학회 2014 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.2014 No.추계

Recently, particle therapy has received considerable attention worldwide due to higher dose conformation of particle beam to photon beam, and currently there are many centers under construction. In KIRAMS, we are constructing a new treatment facility for heavy ion therapy since 2010. We have 3 treatment room and 1 research room, and we have 2 scanning beam and 1 broad beam for the treatment room. For each treatment room, there are irradiation system, patient positioning system and dose verification system. Also, there are treatment planning system and control system for the heavy ion therapy. In this paper, our protocol for the construction of treatment system is presented and detailed specification and methods are reported. 포톤빔에 비해 좋은 선량 분포로 인해 최근에 전 세계적으로 입자치료에 대한 관심이 높아지고 있으며, 현재 수 많은 센터가 건설되고 있다. 이에 KIRAMS에서도 2010년도부터 중입자치료를 위한 센터를 구축하고 있다. 우리의 센터는 3개의 치료실과 1개의 연구용 조사실로 구성되어 있으며, 치료실은 2개의 스캐닝 빔과 1개의 브로드빔으로 구성되어있다. 각 치료실은 치료를 위한 조사시스템, 환자위치시스템, 선량검증시스템으로 구성되어 있으며, 치료를 위한 선량계산시스템을 비롯하여 제어시스템 등으로 구성된다. 본 논문에서는 이러한 치료시스템 구축을 위한 KIRAMS의 방법을 제시하고, 이에 관한 세부적인 사항을 보고한다.

진공 내 상대론적인 영역의 전자빔을 이용한 플라즈마 항적장 가속기 기반 체렌코프 방사를 통한 결맞는 고출력 전자파 발생 기술 연구

민선홍(Sun-Hong Min),권오준(Ohjoon Kwon),사토로프마틀랍(Matlabjon Sattorov),백인근(In-Keun Baek),김선태(Seontae Kim),홍동표(Dongpyo Hong),장정민(Jungmin Jang),라나조이(Ranajoy Bhattacharya),조일성(Ilsung Cho),김병수(Byungsu Kim),박차원(Ch 한국전자파학회 2018 한국전자파학회논문지 Vol.29 No.6

일반적으로 전자파의 동작 주파수가 높아짐에 따라 최대 출력이 작아지고, 파동의 파장도 작아지기 때문에, 회로의 크기도 작아질 수밖에 없다. 특히, ㎾급 이상의 고출력 테라헤르츠파 주파수 대역의 회로를 제작하려면, ㎛~㎜ 규모의 회로 크기 문제 때문에 제작에 한계점이 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 본 논문에서는 회로의 지름이 2.4 ㎝ 정도의 원통형으로, 0.1 ㎔~0.3 GW급의 발생원 설계 기술을 제안한다. 판드로모티브 힘이 생기는 플라즈마 항적장 가속원리와 인위적인 유전체 활용한 체렌코프방사 발생 기술 기반의 고출력 전자파 발생원의 최적화된 설계를 위해 모델링 및 전산모사를 수행하였다. 객관적인 검증 과정을 통해 회로의 크기에 제한을 덜 받도록 하는 대구경 형태의 고출력 테라헤르츠파 진공소자 제작이 용이하도록 효과적인 설계의 가이드라인을 제시하였다. As the operating frequency of an electromagnetic wave increases, the maximum output and wavelength of the wave decreases, so that the size of the circuit cannot be reduced. As a result, the fabrication of a circuit with high power (of the order of or greater than ㎾ range) and terahertz wave frequency band is limited, due to the problem of circuit size, to the order of ㎛ to ㎜. In order to overcome these limitations, we propose a source design technique for 0.1 ㎔~0.3 GW level with cylindrical shape (diameter ~2.4 ㎝). Modeling and computational simulations were performed to optimize the design of the high-power electromagnetic sources based on Cherenkov radiation generation technology using the principle of plasma wakefield acceleration with ponderomotive force and artificial dielectrics. An effective design guideline has been proposed to facilitate the fabrication of high-power terahertz wave vacuum devices of large diameter that are less restricted in circuit size through objective verification.