산란전자선을 이용한 강내측방조사기구의 제작과 특성 = Fabrication of Backscatter Electron Cones for Radiation Therapy

국문 초록 (Abstract)

목 적 : 강내에 발생된 종양치료용 원통형 전자선 조사기구(Electron cone)는 기하학적으로 강내벽에 위치한 종양치료에 부적당하므로 후방 또는 측면방향으로 산란되는 전자선을 이용하여 체강 내벽점막 등에 발생된 종양을 효과적으로 치료할 수 있는 산란전자선 치료방법을 개발하고자 한다. 강내조사기구내에 전자선 입사방향에 수직 또는 일정한 각도의 산란판을 배치하여 측면방향으로 산란전자선을 방출시키는 강내 측면조사기구를 제작하고 산란판의 제원과 전자선 에너지에 따라 산란방출된 산란선의 특성과 조직내 선량분포를 측정 평가하였다.
대상 및 방법 : 외부조사용 전자선조사기구(Electron cone) 대신에 강내 삽입용 전자산란선 조사통(Intracavitary
backscatter electron cone)과 이를 콜리메이터와 연결시킬 수 있는 차폐연결기구(Shielded electron device)를 고안하였다. 산란전자선 조사기구는 직경이 2∼3 cm이고 길이가 25 cm인 금속(내식강)원통을 이용하였으며 입구에서 20 cm위치에 산란판을 부착시키고 원통 측면에 직경 1∼2 cm의 산란선 방출구를 제작하였다. 산란판은 2∼10 mm의 연판을 사용하였으며, 오제전자와 특성 엑스선을 제거하기 위하여 주석, 구리, 알루미늄판 등을 부착시켰으며 종양위치를 관찰할 수 있도록 표면을 처리하였다. 고에너지 방사선치료용 선형가속기(Clinac 2100C/D)에서 발생된 6∼12 MeV 에너지의 전자선을 이용하였으며 선량측정은 평행평판형 전리상(Markus chamber, PTW 23343)을 조직등가 팬텀(Polystyrene)에 삽입하여 측정하였다. 전자산란선의 에너지분포는 Monte Carlo (EGS4) 계산으로 예측하였으며 조직내 선량분포는 필름 흑화도(X-Omat V, Wellhoffer 700i)에 의하여 측정하였다.
결 과 : 전자선 입사에너지가 6 MeV일 때 전자산란선의 평균 에너지는 약 1.5 MeV 이었으며 산란각이 클수록 에너지는 줄어들었다. 입사 전자선 에너지 6 MeV 에서 산란판의 각도 30˚, 45°에 따른 최대선량지점은 산란선 방출구의 중심에서 각각 5 mm 및 - 10 mm지점의 표면에서 발생되며 입사전자선에 대한 전자산란선의 선량비는 약 8.5% 내외로 측정되었다. 입사전자선에너지 6 MeV에서 산란판각도 45°,60°에 의한 50%의 심부선량분포는 각각 6 mm와 7 mm 깊이에 도달하였으며 입사에너지 증가에 비례하였다.
결 론 : 전자선 후방산란의 특성을 연구하고 이를 인체 강내 측방 점막부위에 발생한 종양을 효과적으로 치료할 수 있는 강내 전자산란선 조사통을 고안 제작 하였다. 시험용으로 제작한 전자산란선 조사기구를 이용하여 전자선 에너지와 산란판의 각도에 따른 산란선의 선량비율과 심부율을 측정하였다. 구강, 자궁, 직장 등 강내측벽 점막 등에 발생된 악성종양의 모양과 깊이에 가장 적당한 입사 에너지, 산란판의 각도, 산란창구 및 조사각도를 선택함으로서 방사선치료방법을 향상시킬 수 있을 것이라고 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose : Irradiation cones by using backscatter electrons are made for the treatment of superficial small
lesions of skin, oral cavity, and rectum where a significant dose gradient and maximum surface dose is desired.
Methods and Materials : Backscatter electrons are produced from the primary electron beams from the linear accelerators. The design consists of a cylindrical cone that has a thick circular plate of high atomic
number medium (Pb or Cu) attached to the distal end, and the plate can be adjusted the reflected angle.
Primary electrons strike the metal plate perpendicularly and produce backscatter electrons that reflect
through the lateral hole for treatment. Using film and a pa rallel plate ion chamber, backscatter electron
dose characteristics are measured.
Results :The depth dose characteristic of the backscatter electron is very simila r to that of the hard x- ray beam that is commonly used for the intracavitary and superficial lesions. The basckscatter electron energy is nearly constant and effectively about 1.5 MeV from the clinical megavoltage beams. The backscatter electron dose rate of 35∼85 cGy/min could be achieved from modern accelerators without any modification. and the depth in water of 50% depth dose from backscatter electron located at 6mm for 45˚ angled lead scatter. The beam flatness is dependent on the slit size and the depth of treatment, but is satisfactory to treat small lesions.
Conclusions :The measured data for backscatter electron energy, depth dose flatness dose rate and absolute dose indicates that the backscatter electrons are suitable for clinical use.