강자기장이 인가된 물 속에서 고에너지 전자의 궤적 계산

김정기,오영기,신교철,김기환,김진기,김성규,노태익,김진영,지영훈,정동혁,Kim Jeung Kee,Oh Young Kee,Shin Kyo Chul,Kim Ki Hwan,Kim Jhin Kee,Kim Sung Kyu,Ro Tae Ik,Kim Jin Young,Ji Young Hun,Jeong Dong Hyeok 한국의학물리학회 2004 의학물리 Vol.15 No.3

The trajectories for high-energy electrons in water under magnetic fields were calculated approximately by numerical method. A differential equation for electrons under magnetic field was built and the calculation code was devised by Euler method. Using the code, the trajectories for electrons with energies of 3, 5, 10, and 15 MeV in water were calculated in the presence of magnetic fields parallel and perpendicular to the incident electrons. Since we considered only the energy loss and the directional change for primary electrons, there are errors in this calculation. However, based on the results we were able to explain the variation of dose distributions by the external magnetic fields in water. 본 연구에서는 수치해석을 이용하여 강자기장이 인가된 물팬텀 속에서 고에너지 전자의 경로를 근사적으로 계산하였다. 이를 위하여 자기장에서 전자의 방향변화에 관한 방정식을 세우고 오일러(Euler) 방법을 적용하여 전산코드로 구현하였다. 전산코드를 이용하여 입사전자와 수직 및 수평방향의 자기장이 인가된 물팬텀에 대하여 3, 5, 10, 15 MeV 전자의 궤적을 계산하였다. 본 결과는 전자의 다중산란이 고려되지 않아 실제 궤적과 차이가 있으나, 결과로부터 외부 자기장에 의한 물팬텀 속 선량분포의 변화를 설명할 수 있다.

고에너지 선형가속기의 Independent Collimator를 이용한 비대칭 방사선 조사시 방사선량 결정에 미치는 요인에 관한 연구

김정기(Jeung-Kee Kim),최영민(Young-Min Choi),이형식(Hyung-Sik Lee),허원주(Won-Joo Hur) 대한방사선종양학회 1996 Radiation Oncology Journal Vol.14 No.3

목적 : 의료용 선형가속기의 Independent Collimator는 현재 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 방사선량의 계산과 MU(Monitor Unit)의 계산에 사용되는 모든 기본 자료는 대칭 조사면를 기준으로 작성되었기 때문에 independent collimator를 사용한 비대칭적인 조사면의 경우 현재 사용하고 있는 계산 방식을 그대로 적용함에 무리가 있을 것으로 생각된다. 따라서 이러한 의문에 대한 체계적이고 과학적인 검토가 필요할 것으로 사료되어 본 연구를 진행하였다. 대상 및 방법 :본 연구는 Dual Photon Beam(6MV와 15MV)을 산출(産出)하는 선형가속기(Linac 1800, Varian Co)에서 collimator 사용시 산란 방사선의 총채로 표현되어지는 field size factor, beam qualify에 영향을 미치는 HVL와 PDD를 조사하였다. 먼저 field size factor는 water phantom(WP 600C Wellhofer, Germany)내의 Dmax에서 field size 3{times}3cm에서 35{times}35cm까지의 방사선량의 변화를 square field로 1㎠씩 증가시켜 가며 0.6cc ion chamber(NE 2571)로 측정하였다. Beam quality는 100cm SSD(source-surface distance)에서 5{times}5, 10{times}10, 15{times}15 및 20{times}20cm field size로 0, 3 및 10cm off-axis distance와 dmax 4, 10, 15 및 20cm의 깊이에서 측정하였다. Dose distribution을 분석하기 위하여 film densitometer와 water phantom(IC 10 ion chamber)을 사용, 10{times}10cm field size에서 5, 10 및 15cm의 off-axis distance까지의 방사선량의 분포를 관찰하고 대칭 방사선 조사면와 비교 분석하여 실제 isodose 분포에 미치는 영향을 관찰하였다. 결과: 1) Relative field size factor는 중심 축에서 off-axis lateral distance에 따라 다양하게 변화하였는데 6MV X-선의 경우 최대 3.1%, 15MV X-선의 경우 최대 5%까지의 변화를 보였다. 이때 off-axis factor를 구하여 교정을 하였을 경우 중심 축의 field size factor와 거의 유사한 값에 도달할 수 있었다. 2) Beam qualify의 변화를 관찰하기 위한 실험에서 HVL는 off-axis distance가 멀어질수록 감소하였고 PDD도 off-axis distance가 멀어지고 측정 깊이가 깊어질수록 감소되는 현상을 보였다. 통상적인 방사선 치료시에 이용되는 5{times}5cm 이상의 field size와 15cm 이내의 깊이에서는 3cm 와 l0cm의 off-axis에서 6MV X-선은 평균 0.5%와 2%, 15MV X선은 0.4%와 1.4%의 감소 현상을 보여 큰 편차를 관찰할 수 없었다. 3) Isodose distribution은 off-axis distance가 멀어질수록 depth dose의 증가치가 감소되었으며 특히 central axis의 가장자리 부위에서는 isodose curve의 위축이 확연하였다. 결론 : Independent collimator를 사용하여 비대칭 방사선 치료를 할 경우 MU의 계산은 off-axis factor와 PDD 보정이 필수적이며 임상적으로는 중심 축에서의 과소조사에 대한 정밀한 주의가 필요할 것으로 사료된다. Purpose : The accurate dosimetry of independent collimator equipped for 6MV and 15MV X-ray beam was investigated to search for the optimal correction factor. Materials and Methods : The field size factors, beam quality and dose distribution were measured by using 6MV, 15MV X-ray Field size factors were measured from 3{times}3㎠ to 35{times}35㎠ by using 0.6cc ion chamber (NE 2571) at Dmax. Beam qualities were measured at different field sizes, off-axis distances and depths. Isodose distributions at different off-axis distance using 10times10㎠ field were also investigated and compared with symmetric field. Result: 1) Relative field size factors was different along lateral distance with maximum changes in 3.1% for 6MV and 5% for 15MV. But the field size factors of asymmetric fields were identical to the modified central-axis values in symmetric field, which corrected by off-axis ratio at Dmax. 2) The HVL and PDD was decreased by increasing off-axis distance. PDD was also decreased by increasing depth For field size more than 5{times}cm^2 and depth less than 15cm, PDD of asymmetric field differs from that of symmetric one (0.5~2% for 6MV and 0.4~1.4% for 15MV). 3) The measured isodose curves demonstrate divergence effects and reduced doses adjacent to the edge close to the flattening filter center was also observed. Conclusion : When asymmetric collimator is used, calculation of MU must be corrected with off-axis and PDD with a caution of underdose in central axis.

고에너지 광자선에 대한 TRS-398 선질보정인자의 직접 계산

신교철,오영기,김정기,김진기,김기환,정동혁,Shin Kyo-Chul,Oh Young-Kee,Kim Jeung-Kee,Kim Jhin-Kee,Kim Ki-Hwan,Jeong Dong-Hyeok 한국의학물리학회 2006 의학물리 Vol.17 No.1

In order to apply the TRS-398 dosimetry protocol developed by IAEA we directly calculated the quality correction factors for high energy photons. The calculations were peformed for seven commercial cylindrical chambers (A12, IC70, N23333, N30001, N30006, NE2571, PR06C/G). In comparison with quality correction factors given by TRS-398 our results were in good agreement within ${\pm}0.3%$ (maximum ${\pm}0.3%$) for all chambers and photon qualities. IAEA TRS-398 프로토콜의 임상적 적용을 위하여 고에너지 광자선에 대한 선질보정인자를 직접 계산으로 결정하였다. 본 계산은 상용의 원통형 전리함 모델 7종(A12, IC70, N23333, N30001, N30006, NE2571, PR06C/G)에 대하여 수행되었다. 본 계산결과와 TRS-398의 자료를 비교할 때 대부분의 전리함 및 선질에서 ${\pm}0.3%$ 이내(최대 ${\pm}0.4%$)로 일치하였다.

횡방향 자기장이 고에너지 전자선의 선량분포에 미치는 영향

오영기,김기환,신교철,김진기,김정기,정동혁,조문준,김준상,윤선민,김성규,Oh, Young Kee,Kim, Ki Hwan,Shin, Kyo Chul,Kim, Jhin Kee,Kim, Jeung Kee,Jeong, Dong Hyeok,Cho, Mun Jun,Kim, Jun Sang,Yoon, Sun Min,Kim, Sung Kyu 한국의학물리학회 2007 의학물리 Vol.18 No.4

20 MeV 전자선의 팬텀 내에서의 선량분포에 대한 횡방향 자기장 효과를 조사하기 위하여 전자석을 제작하여 자기장 인가 여부에 따른 등선량곡선 및 깊이선량율을 X-OMAT 필름으로 측정하였다. 1.5 Tesla의 자기장중심을 팬텀 표면으로부터 7.5 cm 깊이에 위치시킨 경우 팬텀 표면으로부터 4.5 cm 깊이에서 약 30%의 선량증가를 보이는 등 이론적으로 알려진 결과들과 잘 부합하고 있음을 확인하였다. In this work we have measured the dose distribution and the percent depth dose of 20 MeV electron beam using the X-OMAT films in order to verify the effects of transverse magnetic field on high energy elecrtron beam in a phantom. The result shows about 30% increase of the percent depth dose at 4.5 cm depth under the transverse magnetic field of 1.5 Tesla at 7.5 cm depth. We have verified that these were in an agreement with other theoretical results.

EGS5 기반 사용자코드의 작성과 초기 계산결과

정동혁,김진기,신교철,김기환,김정기,오영기,지영훈,Jeong Dong-Hyeok,Kim Jhin-Kee,Shin Kyo-Chul,Kim Ki-Hwan,Kim Jeung-Kee,Oh Young-Kee,Ji Young-Hun 한국의학물리학회 2006 의학물리 Vol.17 No.2

최근 발표된 EGS5 몬테칼로 코드의 방사선치료 응용을 위한 시험코드를 작성하였다. 본 시험코드는 점선원 모델과 원통형 팬텀에 대하여 깊이선량을 계산하도록 작성되었다. 시험코드의 평가를 위하여 6, 9, 12, 15 MeV 전자선 그리고 Co-60, 10 MV 광자선에 대한 깊이선량을 계산하고 DOSRZ/EGS4의 결과와 비교하였다. 시험코드와 DOSRZ 코드와의 깊이선량 계산결과의 차이는 전자선에서 약 ${\pm}1.5%$ 이내, 광자선에서 약 ${\pm}3.0%$ 이내를 보였다. A test code was written to apply the EGS5 Monte Carlo code recently published to radiotherapy. This test code was designed to calculate the depth dose in cylindrical phantom for point source model. The evaluation of the test code was peformed by calculating the depth dose curves for high energy electrons of 5, 9, 12, and 15 MeV photons of Co-60 and 10 MV in water and comparing the results with DOSRZ/EGS4 results. In depth dose results, the differences between test code and DOSRZ/EGS4 were estimated to be less then ${\pm}1.5%\;and\;{\pm}3.0%$ approximately for electron and photon beams respectively.

탄소막 마이크로필름을 이용한 다채널 전리함 개발에 관한 연구

신교철,윤형근,정동혁,오영기,김진기,김기환,김정기,Shin Kyo Chul,Yun Hyong Geun,Jeong Dong Hyeok,Oh Yong Kee,Kim Jhin Kee,Kim Ki Hwan,Kim Jeung Kee 한국의학물리학회 2005 의학물리 Vol.16 No.3

본 연구에서는 치료용 광자선의 품질관리를 위하여 다채널 측정기를 개발하였다. 측정기는 여러 개의 전리함들이 삽입된 팬텀으로 구성되어 있다. 각 전리함은 탄소가 도포된 마이크로필름으로 제작된 초소형 평행평판 전리함과 같다. 본 연구에서는 고체 팬텀에 삽입된 6개의 전리함에 대하여 6 MV X-선을 이용하여 전기적 특성을 조사하였다 측정결과 누설전류는 0.5 ph 이내로 안정적이었고, 재현성은 0.5$\%$, 선형성은 0.5$\%$ 이내로 나타났다. 그리고 선량률 효과는 모든 전리함이 0.7$\%$ 이하로 나타났다. 또한 다른 전리함의 영향으로 인한 흡수선량의 변화는 약 0.8$\%$ 이내로 나타났다. 개발된 측정기는 치료용 광자선에 대하여 출력측정 시 선질결정에 활용할 수 있으며 근사적인 깊이선량률의 측정에도 이용될 수 있다. We have designed the multi channel detector for the quality assurance of clinical photon beams. The detector was composed of solid phantom inserted by six plane-parallel ionization chambers at different depth. The chamber as a mini plane parallel chamber was made of carbon coated microfilms. In this study the electrical characteristics of the six chambers in the solid phantom were evaluated using 6 MV photon beam. The leakage currents were less than 0.5 pA, reproducibility was less than 0.5$\%$, linearity was less than 0.5$\%$, and dose rate effect was less than 0.7$\%$. In addition the effect of dose variation from other chambers was estimated to maximum 0.8$\%$ approximately. The developed detector can be used for quality determination in output dosimetry or measurement of percentage depth dose approximately for clinical photon beam.

요철 표면 팬텀을 이용한 치료계획시스템 선량계산 정확성 평가

정동혁,김기환,이강규,문성록,김진기,신교철,오영기,김정기,조문준,김준상,Jeong, Dong-Hyeok,Kim, Ki-Hwan,Lee, Kang-Kyoo,Moon, Sun-Rock,Kim, Jhin-Kee,Shin, Kyo-Chul,Oh, Young-Kee,Kim, Jeung-Kee,Cho, Moon-June,Kim, Jun-Sang 한국의학물리학회 2008 의학물리 Vol.19 No.2

We evaluated on the calculation accuracy of treatment planning system (TPS) with phantom having convex and concave surface. The TPS is Eclipse (Varian, USA) using both algorithms AAA and PBC for photon dose calculations. PBC algorithms have three corrections of Batho, modified Batho (M-Batho), and equivalent TAR (E-TAR). The field sizes were $10{\times}10\;cm^2$ and $20{\times}20\;cm^2$, and MLC-shaped fields for these fields. We measured doses at three depths 5, 10 and 15cm in phantom of SSD=90cm in the condition of inserted farmer chamber. For given conditions, we have calculated dose with these algorithms and compared them with measured doses. In AAA the calculated doses (dose/MU) were agreed to measured doses within ${\pm}1%$ in flat and convex surface and were under estimated with -1.9% maximum in concave surface. In PBC the calculated doses were over estimated with +1.7% and +4.1% respectively in flat and convex surface and the differences were from -3.1% to +2.1% in concave surface. In comparison of criteria from AAPM and IAEA reports, and statistical analysis for these results, it is found that the AAA's results are in good agreement with measured values and the M-Batho's results are generally good agreed with measured values among PBC algorithms. 본 연구에서는 방사선치료에 사용되고 있는 치료계획시스템 중 AAA와 PBC (Batho, M-Batho, E-TAR)의 알고리즘이 내장된 Eclipse (Varian, USA)을 이용하여 요철 표면을 가진 팬텀에 대한 선량계산 정확성을 평가하였다. 측정 조사면은 $10{\times}10\;cm^2$과 $20{\times}20\;cm^2$, 그리고 각각에 대한 MLC 차폐 조사면을 대상으로 하였다. 팬텀 속 측정점은 SSD=90 cm에서 깊이 5, 10, 15 cm에서 전리함을 이용한 6MV X-선에 대한 측정값과 선량계산을 알고리즘 별로 수행하고 비교하였다. AAA알고리즘을 이용한 계산 값들은 평탄표면과 양각표면에서 ${\pm}1%$이내로 측정과 일치하였으며, 음각표면에서 단위 MU당 선량을 최대 -1.9%까지 낮게 평가하였다. PBC알고리즘을 이용한 계산 값들은 평탄표면과 양각표면에서 측정과 각각 최대 +1.7% 및 +4.1%의 차이로서 대체로 단위 MU당 선량을 높게 평가하였으며, 음각표면의 경우에 측정과 차이가 -3.1%에서 ${\pm}2.1%$ 범위를 보였다. 계산 값들을 AAPM과 IAEA 허용기준과 비교하고 또한 통계적으로 분석할 때, AAA의 결과가 측정과 가장 잘 일치하는 것으로 나타났으며, PBC의 경우에 Modified Batho 알고리즘이 비교적 측정과 잘 일치하는 것으로 평가되었다.

Monte Carlo Calculation on the Dose Modulation Using Dynamic Magnetic Fields for 10 MV X-rays

김기환,오영기,신교철,김진기,정동혁,김정기,조문준,김선영,Kim, Ki Hwan,Oh, Young Kee,Shin, Kyo Chul,Kim, Jhin Kee,Jeong, Dong Hyeok,Kim, Jeung Kee,Cho, Moon June,Kim, Sun Young Korean Society of Medical Physics 2007 의학물리 Vol.18 No.4

움직이는 자기장을 이용한 팬텀 속 선량 변조에 관한 몬테칼로 계산을 수행하였다. 본 연구의 목적은 빔 축을 따라 이동하는 횡 자기장을 이용하여 특정감이 영역에 균일한 선량을 얻는 것이다. 이를 위해 두 가지 구성 즉, 깊이 방향으로 일정한 속도 그리고 점차 감소하는 속도를 가지는 자기장에 대해 깊이 선량율을 구하였다. 연속적 움직임에 대한 근사로서 단계별 이동과 시간인자를 도입하였다. 위치별 정지한 자기장 대한 김이 선량율 자료에 최소제곱법을 적용하여 자기장 위치에 따른 최적의 시간인자를 구하였다. 몬테칼로 계산결과를 통하여 자기장의 속도를 변화시킴으로써 평탄한 선량 분포를 얻을 수 있음을 확인하였다. 이 때 3 T 자기장 세기에 대한 계산결과 평탄 영역의 선량은 자기장이 없을 때에 비해 약 10.1% 증가하는 것으로 나타났다. Monte Carlo calculations were performed to demonstrate the dose modulation with dynamic magnetic fields in phantom. The goal of this study is to obtain the uniform dose distributions at a depth region as a target on the central axis of photon beam under moving transverse magnetic field. We have calculated the depth dose curves for two cases of moving magnetic field along a depth line, constant speed and optimal speed. We introduced step-by-step shift and time factor of the position of the electromagnet as an approximations of continuous moving. The optimal time factors as a function of magnetic field position were calculated by least square methods using depth dose data for static magnetic field. We have verified that the flat depth dose is produced by varying the speed of magnetic field as a function of position as a results of Monte Carlo calculations. For 3 T magnetic field, the dose enhancement was 10.1% in comparison to without magnetic field at the center of the target.

유전체필름을 이용한 평행판검출기의 납 차폐물 두께변화에 대한 반응

김용은,조문준,김준상,오영기,김진기,신교철,김정기,정동혁,김기환,Kim Yong-Eun,Cho Moon-June,Kim Jun-Sang,Oh Young-Kee,Kim Jhin-Kee,Shin Kyo-Chul,Kim Jeung-Kee,Jeong Dong-Hyeok,Kim Ki-Hwan 한국의학물리학회 2006 의학물리 Vol.17 No.1

본 연구에서는 납 차폐물의 두께변화에 대한 반응을 알아보기 위하여 크롬으로 코팅된 전극을 사용한 FEP 유전체필름과, 그들 사이에 PTFE 유전체 필름을 삽입한 형태의 평행판 검출기를 제작하였다. 측정조건은 선원-팬텀표면 간의 거리 100 Cm, 조사면 크기 10x10 cm, 그리고 팬텀의 표면으로부터 깊이 5 cm 되는 지점과 10 cm 되는 지점에 유전체필름을 이용한 제작검출기와 Farmer형 전리함을 설치하고 6 MV, 10 MV X-선을 조사하였다. 차폐물은 조사면을 충분히 포함하도록 제작하여 측정순서에 따라 차례대로 Tray 위에 놓아서 두께변화에 대한 감쇄효과를 확인하고 두 검출기 간의 반응함수를 알고자 하였다. 차폐효과에 대한 두 검출기 간의 반응함수는 선량에 대하여 지수적으로 감소함을 확인할 수 있었다. 제작검출기와 비교검출기로 측정한 선형감쇄계수 ${\mu}(cm^{-1})$는 6 MV X-선으로 조사한 경 우 0.1414, 0.541이 었고, 10 MV X-선으로 조사한 경우 각각 0.1368, 0.5279로서 납 차폐물의 두께 변화에 의한 선형감쇄계수가 감소하는 경향을 확인할 수 있었으며 계산된 반응함수로부터 제작검출기는 전리함에 비해 상대적으로 매우 크게 반응하고 있음을 알 수 있었다. 제작검출기에서 측정한 선량값(R)과 전리함에서 측정한 선량값($D_r$) 간의 반응함수를 최적화 과정을 통하여 계산하였다. 이들 반응함수의 최적화 상수 값들은 고 에너지 X-선 크기에 비교적 무관한 경향을 보였다. 제작 검출기와 비교검출기 간의 최적화된 반응함수를 계산한 결과 6 MV X-선의 경우 1%, 10 MV X-선의 경우 4% 이내의 범위 내에서 측정된 선량이 일치함으로써 상대 선량계로서의 가능성을 확인하였다. A parallel plate detector containing PTFE films in FEP film for relative dosimetry was designed to measure the response of detectors to S and 10 MV X-rays from a medical linear accelerator through different thicknesses of lead. The dielectric materials were 100 m thick. The set-up conditions for measurements with this detector were as follows: SSD=100 cm the test detector was at a depth of 5 cm and the reference chamber was at a depth of 10 cm from the phantom surface for 6 and 10 MV X-rays. Lead blocks were designed to cover the irradiated field. They were added to the tray to increase thickness sequentially. We found that the detector response decreased exponentially with the thickness of lead added. The linear attenuation coefficients of the test detector and reference chamber were 0.1414 and 0.541, respectively, for 6 MV X-rays and 0.1358 and 0.5279 for 10 MV X-rays. The test detector response was greater than that of the reference chamber. The response function was calculated from the measured values of the test detector and reference chamber using optimization. These optimized constants for the detector response function were independent of theenergy. As a result of optimizing the response function between detectors, the use of a relative dosimeter was validated, because the response of the test detector was 1% for 6 MV X-rays and 4% for 10 MV X-rays.

Cs-137 감마선에 대한 생물학 연구용 시료의 흡수선량 결정에 관한 연구

정동혁,김정기,양광모,주민수,김민영,이창열,김진호,Jeong, Dong-Hyeok,Kim, Jeung-Kee,Yang, Kwang-Mo,Ju, Min-Su,Kim, Min-Young,Lee, Chang-Yeol,Kim, Jin-Ho 한국의학물리학회 2011 의학물리 Vol.22 No.3

본 연구에서는 생물학 연구용 방사선 조사기(Gamma Irradiator, Chiyoda Technol Co., Japan)에서 방출되는 Cs-137 감마선에 대하여 선량자료 구축을 위한 선량평가를 수행하였다. 대상 시료는 직경 3 cm인 구형의 물로 가정하였으며 공기커마로부터 선량계산 체계에 따라 흡수선량을 결정하였다. 측정값의 평가를 위하여 이론적 계산 및 몬테칼로 계산(MCNPX)을 이용하여 상호 비교하였다. 측정한 공기커마는 선원과 200 cm 이내에서 이론적 계산과 3.1% 이내로 일치하였다. 최종 결정된 흡수선량은 몬테칼로 계산과 100 cm와 200 cm에서 각각 1.9% 및 3.7%의 차이를 보였다. 본 결과는 비록 단편적이지만 생물 실험용 자료구축을 위한 기초 결과로서 타당하며 추후 다양한 형태의 시료 조건에 대해서 연구를 진행해야 할 것이다. In this study the dosimetric evaluation for a biological sample irradiated by gamma rays from Cs-137 irradiator (Gamma Irradiator, Chiyoda Technol Co., Japan) was performed for radiobiological experiment. A spherical water with a diameter of 3 cm was assumed as a biological sample. The absorbed dose were determined by the air kerma based dosimetric calculation system. The theoretical and Monte Carlo calculations (MCNPX) were performed and compared to evaluate measured air kerma and determined absorbed dose respectively. As a result of comparison with theoretical calculation, the measured air kerma was in good agreement within 3.1% at the distance of 100 and 200 cm from the source. In comparison with Monte Carlo results the determined absorbed dose along the central axis was in good agreement within 1.9% and 3.7% at 100 cm and 200 cm respectively. Although the preliminary results were obtained in this study these results were used as a basis of dosimetric evaluation for radiobiological experiment. Extended study will be performed to evaluate the dose in various conditions of biological samples.