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10MV 이상 고에너지 사용시 wedge filler의 방사화가 작업환경에 미치는 영향평가
이화중,김대영,김원택,Lee HwaJung,Kim DaeYoung,Kim WonTaek,Lee KangHyeok 대한방사선치료학회 2004 大韓放射線治療技術學會誌 Vol.16 No.2
목적 : 10MV 이상의 고 에너지를 사용할 경우 X선에 의해 광중성자(Photoneutron)가 발생되고 이 중성자는 주변 물질을 방사화(Activation)시켜 Beam-off기간에도 방사화된 물질의 유도 방사선(Induced radiation)에 의해 작업자의 피폭을 유발할 수 있다. 특히, 방사화된 물질중 방사선 치료시 작업자가 직접 손으로 접촉하는 wedge filter의 방사화를 알아보기 위해 10MV Siemens 가속기와 15MV Siemens 가속기에서 5Gy 조사 후 wedge filter에서 방사선량을 측정하여 방사선 발생 메커니즘을 확인하고, 선량측정을 통해 방사선 작업종사자의 작업환경에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 본 연구에서 사용한 방사선 치료용 선형가속기는 Siemens사의 10MV Primus, Siemens사의 15MV Primus를 사용하였다. Siemens사의 Wedge filter를 사용하였으며, Wedge의 재질은 Fe, Wedge holder는 Al이다. 선량측정은 GM-측정기인 RDS-110 Model을 이용하였다. 본 실험에 사용된 GM-측정기는 $50keV{\sim}1.25MeV$의 X-ray가 측정가능하며, $0.05{\mu}Sv/hr{\sim}100mSv/hr$까지 측정이 가능하다. GM survey meter를 사용하여 환자 대기실과 건물 밖, 두 지점의 자연 방사선량을 측정하여 background값으로 사용하였다. 광중성자를 발생시키고, 또한 방사화를 진행시키기 위해 wedge를 장착한 상태에서 10MV X선, 15MV X선을 5Gy(500MU)를 조사하였고, beam-off직후 wedge filter를 가속기로부터 분리시켜 GM survey meter를 이용하여 wedge filter 중심부분에서 30초 단위로 방사선량을 측정하였다. 결과 : Primus 10MV의 경우 H병원에서 측정을 수행했으며, $0{\times}0cm^2,\;5{\times}5cm^2,\;25{\times}25cm^2$ Field size에 대하여 500MU 조사 후 방사선량의 측정결과 Field size의 영향은 거의 존재하지 않았으며, beam off 후 $1{\sim}2$분 뒤 측정 시작 시점에서 대략 $1{\mu}Sv/hr$를 나타냈으며, 반감기는 약 $3{\sim}4$분인 것으로 측정되었다. Primus 15MV의 경우 S병원에서 측정을 수행하였으며, $25{\times}25cm^2$ Field size에 대하여 500MU 조사 뒤 방사선량을 측정한 결과, beam off후 $1{\sim}2$분 뒤 측정시점에서 대략 $3.26{\mu}Sv/hr$를 나타냈으며 10MV X선보다 대략 3.3배 큰 값을 나타내었다. 결과 : 일일 치료환자가 $20{\sim}50$명이고, 환자 1인당 Wedge filter의 교체작업이 $1{\sim}2$회일 때 10MV의 경우 연간선량이 $0.08{\sim}0.4mSv$로 평가되었으며, 15MV의 경우 $0.27{\sim}1.36mSv$로 평가되어 작업종사자의 연간 허용선량인 20mSv에 비해 안전한 것으로 평가되었다. In the process of photon treatments, linear accelerators with energies higher than 10 MV produce neutrons through the (${\gamma}$, n) interactions with the composite materials of the linac head md these materials further produce the induced radiations. We investigate the possible risks from these induced radiations especially in the wedge filters to the radiation workers. Wedge filters are used to modify the isodose profiles in the radiation treatment using the linear accelerator and always be handled by the radiation workers. For the background radiation, we measured the radiation in both the waiting room and the outside of the building for two hospitals, S and H. The results of S hospital were $0.11\;{\mu}Sv/hr$ and $0.10\;{\mu}Sv/hr$ for waiting room and outside respectively, and in the case of H hospital, they were $0.12\;{\mu}Sv/hr$ and $0.11\;{\mu}Sv/hr$. Using a survey meter, we measured the radiation from wedge filters inserted in 10 MV and 15 MV Siemens linear accelerators. The time series measurements were done in ${\sim}1$ minutes after exposure of 5 Gy of monitor units for the field size of $25{\times}25cm^2$. The starting value of 10 MV machine was about $3.26\;{\mu}Sv/hr$, which was three times higher than that of 10 MV. The measured radiation was from $^{28}Al$ and $^{53}Fe$ with a half life of 3.5 min. If the treatment patients are $20{\sim}50$ per day and the number of process of wedge filter change per patient is one or two, the annual dose equivalent is $0.08{\sim}0.4\;mSv$ for 10 MV, and $0.27{\sim}1.36\;mSv$ for 15 MV, which are in the range of dose equivalent limits of radiation workers.
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토모테라피에서 MVCT 영상을 이용한 환자 테이블의 처짐 정도의 분석
박하령,김용호,박달,김원택,기용간,김동현,배진숙,Park, Ha Ryung,Kim, Yong Ho,Park, Dahl,Kim, Wontaek,Ki, Yongkan,Kim, Donghyun,Bae, Jin Suk 한국의학물리학회 2015 의학물리 Vol.26 No.2
토모테라피(Tomotherapy)는 치료 시 환자의 무게에 의한 환자 테이블의 처짐(sag)이 발생한다. 본 연구에서는 이 테이블의 처짐 정도를 토모테라피의 MVCT 영상 처리를 통해 객관적으로 분석하는 방법을 제시하였다. 이 방법을 사용하여 22명의 두경부 환자와 한명의 두개척수조사(CSI) 환자에 대하여 테이블 처짐을 측정하였다. 두경부 환자의 경우 0.4~1.54 mm의 환자 테이블 처짐과 평균 $0.7^{\circ}$의 처짐 각도를 보였다. 치료범위가 길수록 처짐의 정도는 커졌고 처짐 각도는 큰 상관이 없었다. 두개척수조사(CSI) 환자의 경우 4.97 mm의 환자 테이블 처짐을 보였다. 이 방법을 사용하면 객관적이고 간편한 방법으로 환자 테이블 처짐을 측정할 수 있고 이런 측정을 통하여 테이블 처짐에 의한 오차를 고려한 치료범위 설정에 도움이 될 것이다. In Tomotherapy the couch sags during the treatment due to the weight of the patient. In this study, we developed a simple method to obtain the amount of the sag and the pitch angle of the couch using the image processing technique of MVCT images in Tomotherapy. Using the method we evaluated the sag and pitch of couch for 22 head and neck patients and one craniospinal irradiation (CSI) patient. The sag and the average pitch angle of couch were 0.40~1.54 mm and $0.7^{\circ}$ for head and neck patients, respectively. For head and neck patients, the sag increased as the longitudinal length of the irradiation volume increased and the pitch angle showed no relationship with the longitudinal length. For the CSI patient the sag was 4.97 mm. Using the method the amount of the couch sag could be measured easily and the measured data could be useful in determination of margins considering the table sag error.
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산란선 대 일차선비(SPR)를 이용한 MV 영상의 산란 보정을 위한 실험적 방법
전호상,박달,이자영,남지호,김원택,기용간,김동현,이주혜,김동원,Jeon, Hosang,Park, Dahl,Lee, Jayeong,Nam, Jiho,Kim, Wontaek,Ki, Yongkan,Kim, Donghyun,Lee, Ju Hye,Kim, Dongwon 한국의학물리학회 2014 의학물리 Vol.25 No.3
고에너지(MV, Mega-voltage) X선 영상은 일반적인 방사선 치료 시 조사야의 영상 검증이 가능한 유일한 방법으로 널리 사용되고 있다. 그러나 고에너지 특유의 높은 콤프턴 산란 반응 특성으로 인해 저에너지 영상에 비해 화질이 크게 낮으며, 1990년대에 디지털 MV 영상이 소개된 이후 화질을 보완하기 위한 연구들이 활발히 이루어져 왔다. 본 연구에서는 디지털 영상처리 기법을 이용하거나 산란 커널 계산을 통해 화질을 개선하는 기존의 방법 대신 측정된 산란선 대 일차 선비(SPR, Scatter to Primary Ratio)를 이용하는 새로운 방법을 제안하였다. 먼저 주어진 촬영 조건 하에서 환자를 모사하는 고체 물팬톰의 유무에 따라 각각 MV영상을 촬영하고 방사선의 투과율을 별도로 계산한 후 산란 성분이 포함된 일차선 영상과 포함되지 않은 일차선 영상을 각각 획득하였다. 이를 기반으로 산란 보정에 사용할 SPR 분포를 획득하였다. 그리고 알루미늄 막대를 이용한 line pair (LP) 팬텀 및 실제 환자 골반의 영상을 이용하여 산란 보정 효과의 검증을 수행하였다. SPR 측정 결과 팬톰 두께에 따른 SPR 분포들을 성공적으로 획득하였으며, LP 팬텀 검증 결과 영상의 산란 성분이 효과적으로 제거되어 팬톰 본래의 밀도 분포가 복원되었음을 확인하였다. 또한 환자 골반 영상 보정 결과 모든 관심영역에서 대조도가 평균 48% 증가하였다. 본 연구에서 제시한 MV 영상의 산란 보정 방법은 실제 측정 자료를 기반으로 하므로 높은 신뢰성을 가지며, 적은 시간과 비용으로도 임상 현장에서 즉각적인 도입이 가능하다. 결론적으로 본 연구는 MV 영상을 이용한 영상유도 방사선치료의 질을 높이기 위한 하나의 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 기대된다. In general radiotherapy, mega-voltage (MV) x-ray images are widely used as the unique method to verify radio-therapeutic fields. But, the image quality of MV images is much lower than that of kilo-voltage x-ray images due to scatter interactions. Since 1990s, studies for the scatter correction have performed with digital-based MV imaging systems. In this study, a novel method for the scatter correction is suggested using scatter to primary ratio (SPR), instead of conventional methods such as digital image processing or scatter kernel calculations. We measured two MV images with and without a solid water phantom describing a patient body with given imaging conditions, and calculated un-attenuated ratios. Then, we obtained SPR distributions for the scatter correction. For experimental validation, a line-pair (LP) phantom using several Al bars and a clinical pelvis MV image was used. As the result, scatter signals of the LP phantom image were successfully reduced so that original density distribution of the phantom was restored. Moreover, image contrast values increased after SPR correction at all ROIs of the clinical image. The mean value of increases was 48%. The SPR correction method suggested in this study has high reliability because it is based on actually measured data. Also, this method can be easily adopted in clinics without additional cost. We expected that the SPR correction can be an effective method to improve the quality of MV image guided radiotherapy.
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유리선량계의 전처리 방법이 방사선 치료 선량 측정에 미치는 영향
전호상,남지호,박달,김용호,김원택,김동원,기용간,김동현,이주혜,Jeon, Hosang,Nam, Jiho,Park, Dahl,Kim, Yong Ho,Kim, Wontaek,Kim, Dongwon,Ki, Yongkan,Kim, Donghyun,Lee, Ju Hye 한국의학물리학회 2013 의학물리 Vol.24 No.2
여러 치료선량 측정기들 중 치료 현장에서의 사용이 간편한 형광물질 기반 측정기인 유리선량계(Glass Rod Dosimeter, GRD)는 방사선 조사 후 측정 소자의 안정화를 위한 전처리(Pre-processing) 과정이 필수적이며, 가열방식($70^{\circ}C$, 30분)과 대기방식($20^{\circ}C$, 24시간)의 두 가지의 전처리 방식이 사용되고 있다. 본 연구에서는 각각의 전처리 조건이 측정 결과에 미치는 영향을 분석하여 사용자들에게 유용한 참고자료를 제시하고자 한다. 20개의 GRD 소자들 모두에 같은 선량을 조사한 후, 10개씩 나누어 각각 다른 전처리 방식을 사용하여 판독함으로써 각 전처리 방식의 특징들을 상호 비교하였다. 가열방식의 경우 소자 간 판독 편차는 1.13%, 시간에 따른 평균 판독값의 편차는 최대 5.33%였다. 대기방식의 경우에는 소자 간 판독 편차가 0.49%, 시간에 따른 평균 판독값의 편차는 최대 1.28%로 나타났다. 또한 동일한 선량을 주었을 때 전처리 방식에 따라 판독 절대값은 4.1%의 차이를 보였다. 또한 251명의 환자들을 대상으로 한 임상 측정 평가 결과 부위에 따라 다르지만 평균적으로 5% 이내의 측정 오차를 보였으나, 대기 방식의 경우 판독 시점에 따른 영향이 상대적으로 크게 나타났다. 결론적으로 GRD는 치료 현장에서 사용하기에 적합하나 신속한 판독이 요구되지 않는다면 대기방식의 전처리가 보다 적합하며 정해진 판독 시점을 지켜야 한다. 또한 치료 부위 등 조사 조건의 변화에 관계없이 안정적인 정확성을 기대할 수 있는 측정 방법에 대한 연구가 향후 필요하다고 생각된다. The experimental verification of treatment planning on the treatment spot is the ultimate method to assure quality of radiotherapy, so in-vivo skin dose measurement is the essential procedure to confirm treatment dose. In this study, glass rod dosimeter (GRD), which is a kind of photo-luminescent based dosimeters, was studied to produce a guideline to use GRDs in vivo dosimetry for quality assurance of radiotherapy. The pre-processing procedure is essential to use GRDs. This is a heating operation for stabilization. Two kinds of pre-processing methods are recommended by manufacturer: a heating method (70 degree, 30 minutes) and a waiting method (room temperature, 24 hours). We equally irradiated 1.0 Gy to 20 GRD elements, and then different preprocessing were performed to 10 GRDs each. In heating method, reading deviation of GRDs at same time were relatively high, but the deviation was very low as time went on. In waiting method, the deviation among GRDs was low, but the deviation was relatively high as time went on. The meaningful difference was found between mean reading values of two pre-processing methods. Both methods present mean dose deviation under 5%, but the relatively high effect by reading time was observed in waiting method. Finally, GRD is best to perform in-vivo dosimetry in the viewpoint of accuracy and efficiency, and the understanding of how pre-processing affect the accuracy is asked to perform most accurate in-vivo dosimetry. The further study is asked to acquire more stable accuracy in spite of different irradiation conditions for GRD usage.
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Structural Similarity Index 인자를 이용한 방사선 분할 조사간 환자 체위 변화의 자동화 검출능 평가: 초기 보고
윤한빈,전호상,이자영,이주혜,남지호,박달,김원택,기용간,김동현,Youn, Hanbean,Jeon, Hosang,Lee, Jayeong,Lee, Juhye,Nam, Jiho,Park, Dahl,Kim, Wontaek,Ki, Yongkan,Kim, Donghyun 한국의학물리학회 2015 의학물리 Vol.26 No.4
현대 방사선치료는 고선명 X선 투사영상을 이용하여 환자 및 종양의 위치를 확인하는 기술이 요구되지만, 3차원 영상 촬영을 위한 피폭량 및 영상정보의 급격한 증가는 환자에게 추가적인 부담이 될 수 있다. 본 연구에서는 영상의 구조 정보를 효과적으로 추출할 수 있는 Structural similarity (SSIM) 인자를 도입하여 매일 촬영하는 환자의 2차원 X선 영상간 차이를 자동 분석하여 환자의 위치 정확성의 검증 가능성을 제시하였다. 먼저 종양을 모사하기 위하여 구형 전산 팬텀의 크기와 위치를 변화시키면서 각각의 투사 영상을 시뮬레이션하고, SSIM 인자를 통해 영상 간 차이를 검출하여 분석하였다. 또한 12일간 매일 촬영한 방사선 치료 환자의 2차원 X선 영상들 간 차이를 동일한 방법으로 검출하였다. 그 결과 산출된 팬텀 변화에 따른 SSIM 값은 0.85~1 범위로, 관심영역(ROI)을 영상 전체가 아닌 팬텀으로 한정하였을 때는 0.006~1 범위로 나타나서 ROI 적용 시 민감도가 크게 상승하는 것을 확인하였다. 또한 임상 영상의 SSIM은 0.799~0.853 범위의 값을 나타냈으며 영상 간 차이가 SSIM 분포 상에 검출되는 것을 확인하였다. 본 연구결과는 소요 시간 및 피폭 등의 우려로 매일 사용하기 어려운 3차원 영상기법 대신 간단한 2차원 영상만을 이용하여 객관적이고 정량적인 환자 위치 정확성의 자동 평가 기법을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. The modern radiotherapy technique which delivers a large amount of dose to patients asks to confirm the positions of patients or tumors more accurately by using X-ray projection images of high-definition. However, a rapid increase in patient's exposure and image information for CT image acquisition may be additional burden on the patient. In this study, by introducing structural similarity (SSIM) index that can effectively extract the structural information of the image, we analyze the differences between daily acquired x-ray images of a patient to verify the accuracy of patient positioning. First, for simulating a moving target, the spherical computational phantoms changing the sizes and positions were created to acquire projected images. Differences between the images were automatically detected and analyzed by extracting their SSIM values. In addition, as a clinical test, differences between daily acquired x-ray images of a patient for 12 days were detected in the same way. As a result, we confirmed that the SSIM index was changed in the range of 0.85~1 (0.006~1 when a region of interest (ROI) was applied) as the sizes or positions of the phantom changed. The SSIM was more sensitive to the change of the phantom when the ROI was limited to the phantom itself. In the clinical test, the daily change of patient positions was 0.799~0.853 in SSIM values, those well described differences among images. Therefore, we expect that SSIM index can provide an objective and quantitative technique to verify the patient position using simple x-ray images, instead of time and cost intensive three-dimensional x-ray images.
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