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문제 정의
- 본 연구에서는 생체 내선량측정법 중 환자 체표면에 선량계를 부착하여 환자치료와 동시에 직접적으로 치료계획검증을 수행할 수 있는 체표면선량측정법을 제시하고, 이의 임상적용의 유용성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- MOSFET 검출기의한 면은 에폭시 소재의 둥근 부분이고 그 반대면은 평평한 면으로 되어 있는데, 두 면의 방사선에 대한 민감도 차이가 2% 정도 있으므로 교정 절차에서 사용한 면을 환자 측정 시에도 사용해야 한다이 교정 절차에서 선량에 대한 반응이 더욱 민감한 평평한 면이 빔 입사 방향으로 향하도록 하였다.' 재현성을 위하여 MOSFET 검출기를 9 V 역전압 공급기에연결한 상태에서 1시간 이상 예열하여 100 cGy 선량 당약 100 mV의 전압신호를 얻도록 하였으며 측정 간 30분이상의 지연시간을 두었다. 각 MOSFET 검출기의 교정을위해 검출기를 고체팬톰(sp34, IBA, Belgium) 내 2 cm 깊이에 위치시키고 의료용선형가속기(CL21EX, Varian, USA)의 6 MV 에너지, 10 X 10 cm2 조사면으로 100 monitor unit의 조건으로 선량을 전달하여 100 cGy 당 검출기로부터 얻은 값의 비로서 교정상수를 구하였다.
- Table 1. Calibration factors of the MOSFET detectors used in this study.
- MOSFET 검출기의 에너지 의존성을 구하기 위해 선량 증가 영역 이후에서는 SSD 100 cm, 10X10 cn?의 조사 면으로 고체팬톰 내에서 깊이선량백분율(percentage depth dose, PDD)을 측정하였다. MOSFET 검출기를 사용하여 측정한 깊이 선량 백분율의 평가는 다이오드 검출기(PFD, IBA, Bel- gium)를 이용하여 물팬톰(RFA-300 plus, IBA, Belgium) 내에서 SSD 100 cm의 조건과 10X10 cm2의 조사면으로 측정한 치료계획장비의 빔 데이터와 비교, 평가하였다.
- 교정하였다. MOSFET 검출기의한 면은 에폭시 소재의 둥근 부분이고 그 반대면은 평평한 면으로 되어 있는데, 두 면의 방사선에 대한 민감도 차이가 2% 정도 있으므로 교정 절차에서 사용한 면을 환자 측정 시에도 사용해야 한다이 교정 절차에서 선량에 대한 반응이 더욱 민감한 평평한 면이 빔 입사 방향으로 향하도록 하였다.' 재현성을 위하여 MOSFET 검출기를 9 V 역전압 공급기에연결한 상태에서 1시간 이상 예열하여 100 cGy 선량 당약 100 mV의 전압신호를 얻도록 하였으며 측정 간 30분이상의 지연시간을 두었다.
- ' 재현성을 위하여 MOSFET 검출기를 9 V 역전압 공급기에연결한 상태에서 1시간 이상 예열하여 100 cGy 선량 당약 100 mV의 전압신호를 얻도록 하였으며 측정 간 30분이상의 지연시간을 두었다. 각 MOSFET 검출기의 교정을위해 검출기를 고체팬톰(sp34, IBA, Belgium) 내 2 cm 깊이에 위치시키고 의료용선형가속기(CL21EX, Varian, USA)의 6 MV 에너지, 10 X 10 cm2 조사면으로 100 monitor unit의 조건으로 선량을 전달하여 100 cGy 당 검출기로부터 얻은 값의 비로서 교정상수를 구하였다. 각 검출기의 시간에 따른 감쇠효과를 알아보기 위하여 방사선 조사 후 5분 이내 및 15분 경과로 나누어 측정하였다.
- 각 MOSFET 검출기의 교정을위해 검출기를 고체팬톰(sp34, IBA, Belgium) 내 2 cm 깊이에 위치시키고 의료용선형가속기(CL21EX, Varian, USA)의 6 MV 에너지, 10 X 10 cm2 조사면으로 100 monitor unit의 조건으로 선량을 전달하여 100 cGy 당 검출기로부터 얻은 값의 비로서 교정상수를 구하였다. 각 검출기의 시간에 따른 감쇠효과를 알아보기 위하여 방사선 조사 후 5분 이내 및 15분 경과로 나누어 측정하였다. 선량 증가 영역에서 조사면 크기에 따른 MOSFET 검출기의 특성을 결정하기 위해 MOSFET 검출기와 평행평판형 전리함(PPC05, IBA, Belgium)을 각각 고체팬톰의 0.
- 환자 선량 측정 시 선량증가물질의 환자와 접하는 면은 검출기용 홈을 만들어 MOSFET 검출기를 환자 체표면에 고정시키기 용이하게 하였고, 그 반대면은 선량측정지점 위치 재현성을 위하여 십자선을 표시하였다. 각 환자에 대한 체표면선량측정은 방사선 치료가 끝난 후 5분 이내에 검출기를 판독기에 연결하여 측정하였다.
- Hingiss 등' 은세기 조절방사선치료 시 다이오드를 이용하여 체표면선량측정을 시행하였다. 다이오드 검출기의 방향 의존성 때문에 각 조사면에 대해서 최대선량깊이에서의 선량을 구하고 이를 합산하였다. 그러나 Hingiss 등이 사용한 P형 다이오드 검출기의 사용에 따른 선량률, 조사면, 온도 의존성에 따른 제약으로 생체내선량측정법으로는 선량학적 한계가 있었다.
- 각 검출기의 시간에 따른 감쇠효과를 알아보기 위하여 방사선 조사 후 5분 이내 및 15분 경과로 나누어 측정하였다. 선량 증가 영역에서 조사면 크기에 따른 MOSFET 검출기의 특성을 결정하기 위해 MOSFET 검출기와 평행평판형 전리함(PPC05, IBA, Belgium)을 각각 고체팬톰의 0.5 cm와 1.0 cm 깊이에 위치시키고, SSD 100 cm의 조건으로 각 5X5, 10X10, 15x15, 20x20, 30x30 cm?의 조사면 크기에 대해 측정하였다. MOSFET 검출기의 에너지 의존성을 구하기 위해 선량 증가 영역 이후에서는 SSD 100 cm, 10X10 cn?의 조사 면으로 고체팬톰 내에서 깊이선량백분율(percentage depth dose, PDD)을 측정하였다.
- 측정 지점 선정은 표적 중앙에근접한 위치로서 선량경사가 급격하지 않은 부분을 선정하였고 체표면 선량 측정 시 MOSFET 검출기가 있는 부분의 선량증가를 위해 환자 영상에 1 cm 두께의 조직등가물질(bolus)을 환자 체표면에 위치시켰다. 세기조절 방사선치료를 시행한 두경부, 편도부, 흉부 및 대퇴부 치료부위에대한 4명의 환자를 대상으로 치료계획의 검증계획을 수립하였다.
- 0 cm 깊이에 위치시키고, SSD 100 cm의 조건으로 각 5X5, 10X10, 15x15, 20x20, 30x30 cm?의 조사면 크기에 대해 측정하였다. MOSFET 검출기의 에너지 의존성을 구하기 위해 선량 증가 영역 이후에서는 SSD 100 cm, 10X10 cn?의 조사 면으로 고체팬톰 내에서 깊이선량백분율(percentage depth dose, PDD)을 측정하였다. MOSFET 검출기를 사용하여 측정한 깊이 선량 백분율의 평가는 다이오드 검출기(PFD, IBA, Bel- gium)를 이용하여 물팬톰(RFA-300 plus, IBA, Belgium) 내에서 SSD 100 cm의 조건과 10X10 cm2의 조사면으로 측정한 치료계획장비의 빔 데이터와 비교, 평가하였다.
- 따라서 이러한 치료계획검증기능은 대상 팬톰의 크기 및 종류에 관계없이 초기 치료 계획과 동일한 조건을 전달하므로 선량 측정을 위해 환자 체표면에 약간의 변형이 있는 경우에 적합하다고 볼 수 있다. 이에 본 연구에서는 환자치료와 동시에 측정하고, 치료계획 설계 시 정도관리용 팬톰 영상을 대신하여 측정 치료환자의 CT 영상을 그대로 사용하여 측정 지점의 전달선량을 구하였다. 측정 지점 선정은 표적 중앙에근접한 위치로서 선량경사가 급격하지 않은 부분을 선정하였고 체표면 선량 측정 시 MOSFET 검출기가 있는 부분의 선량증가를 위해 환자 영상에 1 cm 두께의 조직등가물질(bolus)을 환자 체표면에 위치시켰다.
- 점선량 측정 전에 고체팬톰을 사용하여 5 cm 깊이에서 Farmer형 전리함의 측정값을 구하고 기준 조건에서 최대선량깊이에서의 기준값으로 확립하였다. 정도관리 용 팬톰에 Farmer형 전리함을 삽입하고 계획된 선량을 전달하여측정한 값을 기준값으로 나누어 치료계획에서 얻은 선량과 비교하였다.
- 기준값으로 확립하였다. 정도관리 용 팬톰에 Farmer형 전리함을 삽입하고 계획된 선량을 전달하여측정한 값을 기준값으로 나누어 치료계획에서 얻은 선량과 비교하였다.
- 체표면 선량측정지점의 흡수선량 및 측정위치를 정하기 위해 방사선치료계획장비(RTPs, Eclipse 7.2.24, Varian, USA)의 치료계획검증기능을 이용하였다. 치료계획검증기능은 세기 조절 방사선치료계획에서 얻은 동일한 monitor unit (MU) 및 segment를 검출기가 삽입 가능한 팬톰에 모사하여 점선량 측정을 할 수 있는 기능이다.
- 치료계획에 사용한 팬톰(I, mRT Phantom, IBA, Belgium)은 두경부 및 복부에 모두 사용할 수 있는 조직등가물질로 이루어져 있으며, 1 cm 두께의 격판을 사용하여임의의 위치에서 Farmer형 전리함을 삽입하여 점선량을측정할 수 있는 구조로 되어 있다. 총 4건의 치료계획에대해 환자체표면 치료 검증 계획과 동일한 과정으로 선량분포 검증 계획을 설계하였다.
- 이에 본 연구에서는 환자치료와 동시에 측정하고, 치료계획 설계 시 정도관리용 팬톰 영상을 대신하여 측정 치료환자의 CT 영상을 그대로 사용하여 측정 지점의 전달선량을 구하였다. 측정 지점 선정은 표적 중앙에근접한 위치로서 선량경사가 급격하지 않은 부분을 선정하였고 체표면 선량 측정 시 MOSFET 검출기가 있는 부분의 선량증가를 위해 환자 영상에 1 cm 두께의 조직등가물질(bolus)을 환자 체표면에 위치시켰다. 세기조절 방사선치료를 시행한 두경부, 편도부, 흉부 및 대퇴부 치료부위에대한 4명의 환자를 대상으로 치료계획의 검증계획을 수립하였다.
- 치료계획장비의 선량 분포 검증을 위해 전리함을 이용하여 점선량을 측정할 수 있는 치료 검증 계획을 설계하였다. 치료계획에 사용한 팬톰(I, mRT Phantom, IBA, Belgium)은 두경부 및 복부에 모두 사용할 수 있는 조직등가물질로 이루어져 있으며, 1 cm 두께의 격판을 사용하여임의의 위치에서 Farmer형 전리함을 삽입하여 점선량을측정할 수 있는 구조로 되어 있다.
- 3). 환자 선량 측정 시 선량증가물질의 환자와 접하는 면은 검출기용 홈을 만들어 MOSFET 검출기를 환자 체표면에 고정시키기 용이하게 하였고, 그 반대면은 선량측정지점 위치 재현성을 위하여 십자선을 표시하였다. 각 환자에 대한 체표면선량측정은 방사선 치료가 끝난 후 5분 이내에 검출기를 판독기에 연결하여 측정하였다.
- 환자치료 전 MOSFET 검출기를 10분 이상 충분히 예열후 환자치료 시 MOSFET 검출기를 치료계획과 동일한 측정점에 위치시키고 체표면의 선량증가를 위해 치료계획시 설계한 1 cm 두께의 선량증가물질(superflab bolus, Medtec, USA)을 환자 체표면에 위치시킨 후 체표면선량측정을시행하였다(Fig. 3). 환자 선량 측정 시 선량증가물질의 환자와 접하는 면은 검출기용 홈을 만들어 MOSFET 검출기를 환자 체표면에 고정시키기 용이하게 하였고, 그 반대면은 선량측정지점 위치 재현성을 위하여 십자선을 표시하였다.
대상 데이터
- This picture shows that one side is round and the other side is flat. MOSFET dosimeter used in this study is available to use five detectors at the same time.
- 1 nim2 이하의 검출 면적으로 이루어져 있다. MOSFET 검출기의 구조는 P형 실리콘 반도체로 이루어진 금속 게이트로 분리된적층 형태이다(Fig. 2). 측정 원리는 MOSFET 구조에서 게이트(gate) 전극에 음의 전압이 걸려 있을 때만 전류가 소스(source)에서 드레인(drain)으로 흐를 수 있는데 이때 최소 전압을 문턱전압threshold voltage)이라 한다.
- 한 개의 역전압 공급기에는 5개의 검출기를 연결하여 동시에 측정할 수 있으며 총 4개의 역전압 공급기를 사용할 수 있다. 검출기는 1.4 m 길이의 얇고 긴 반투명 polyimide laminate로 이루어져 있고, 검출부는 1 mm 두께의 검은 에폭시 층 끝에 장착되어 있으며 0.1 nim2 이하의 검출 면적으로 이루어져 있다. MOSFET 검출기의 구조는 P형 실리콘 반도체로 이루어진 금속 게이트로 분리된적층 형태이다(Fig.
- 점선량을 측정할 수 있는 치료 검증 계획을 설계하였다. 치료계획에 사용한 팬톰(I, mRT Phantom, IBA, Belgium)은 두경부 및 복부에 모두 사용할 수 있는 조직등가물질로 이루어져 있으며, 1 cm 두께의 격판을 사용하여임의의 위치에서 Farmer형 전리함을 삽입하여 점선량을측정할 수 있는 구조로 되어 있다. 총 4건의 치료계획에대해 환자체표면 치료 검증 계획과 동일한 과정으로 선량분포 검증 계획을 설계하였다.
이론/모형
- 역전압 공급기 설정은 표준설정 방식을 채택하여 각 검출기를 교정하였다. MOSFET 검출기의한 면은 에폭시 소재의 둥근 부분이고 그 반대면은 평평한 면으로 되어 있는데, 두 면의 방사선에 대한 민감도 차이가 2% 정도 있으므로 교정 절차에서 사용한 면을 환자 측정 시에도 사용해야 한다이 교정 절차에서 선량에 대한 반응이 더욱 민감한 평평한 면이 빔 입사 방향으로 향하도록 하였다.
성능/효과
- 따라서 최근에는 기존의 고체검출기의 단점을 극복하고자 MOSFET 검출기를 이용하여 생체 내 선량측정 및 누설 선량 측정 등에 관한 많은 연구들이 보고되고 있다. MOSFET 검출기는 다이오드 검출기보다 온도, 선량률에 있어서 덜 의존적이며, 누적선량에 있어서 감도가 일정하다. 또한 측정 부피가 매우 작으며, 최대선량깊이(dmax)보다 큰 깊이에서는 방향성이 2% 이내인 것으로 알려져 있다.
- 5는 선량증가 영역에서 조사면 크기에 따른 MOSFET 검출기와 전리함의 측정값을 보여주는 그래프이다. MOSFET 검출기와 전리함 간의 차이는 0.5 cm 깊이와 5X5 cm2 조사면에서 최대 6.6% 였으며 평균 4.3%로 조사면 크기가 작을수록 차이가 커짐을 알 수 있었다. 반대로 1.
- 검출기 1의 선량 재현성 결과는 그래프에서 보듯이 ±2% 이내였다. 각 MOSFET 검출기의 시간에 따른 감쇠효과를 보정하기 위해 방사선 조사 후 5분 이내와 15분 경과 후 측정한 결과 ±2 mV 문턱전압 증감을 보였는데, 이는 제작사가 제시한 3% 이내의 허용 오차를 만족하였다. Fig.
- Table 1에 나타내었다. 교정 결과 검출기 1은 2 cm 깊이에 전달된 선량인 98.5 cGy 선량에 대해 평균 106.24 mV의 문턱전압을 얻었고, 이에 대한 교정값으로 1.08 mV/cGy의 값을 얻었다. 이때 검출기 1의 표준편차는 1.
- 6은 치료계획 장비에서 사용한 깊이선량백분율과 MOSFE 검출기로 측정한 깊이선량백분율을 나타낸 그래프이다. 두 검출기 간의 차이는 평균 1.3%로 에너지에 따른 MOSFET 검출기의 특성이 치료계획 장비의 빔 데이터와 유사한 것을 알 수 있었다.
- 준다. 두경부 환자의 경우 thermoplastic 마스크(MT- APUR-1.6, Medtec, USA) 위에 MOSFET 검출기를 고정하여 체표면 선량을 측정하였고, 측정 결과는 계획된 선량 Ⅲ.9 cGy에 대해 113 cGy로 0.97%의 차이를 보였다. 또한편도부와 흉부의 체표면선량측정에서는 계획 선량이 100 cGy로 MOSFET 자체에 의한 ±3%의 선량 편차가 예상되었으나, 각각 0.
- 97%의 차이를 보였다. 또한편도부와 흉부의 체표면선량측정에서는 계획 선량이 100 cGy로 MOSFET 자체에 의한 ±3%의 선량 편차가 예상되었으나, 각각 0.37%, 0.11 %로 계획 선량과 잘 일치함을 알수 있었다. 비교적 체표면 선량이 높은 대퇴부의 경우 역시계획 선량과 0.
- 그러나 이 방법은 검출기를 환자 체내에 위치시킬 수 있는 일부의 두경부 환자에만 적용할 수 있는 한계가 있다. 본 연구에서는 치료계획 검증 기능을 이용하여 MOSFET 검출기가 위치한 지점의 선량증가물질에 의해 실제적으로 증가한 전달 선량을 알아낼 수 있었고, 치료계획의 검증계획 수립 시 원래기능인 정도관리용 팬톰 영상을 대신하여 치료환자의 영상을 그대로 사용하여 환자치료와 동시에 체표면 선량 측정을 수행할 수 있었다. 체표면측정에 따른 선량학적 오차를 확인하기 위해 MOSFET 검출기를 광자선의 선량 증가영역에서 깊이선량백분율을 측정한 결과에서 1.
- 한편 Serge 등 은 이러한 문제점을 해결하기위해 방향 의존성이 적은 MOSFET 검출기를 환자의 구강내에 기술적으로 위치시켜 치료 중 선량측정을 실시하였다. 이러한 방법은 본 연구에서 제시한 생체내선량측정법과 달리 추가적 치료 계획을 세울 필요가 없을 뿐만 아니라 측정 위치의 정확도가 향상되어 측정 위치 불확실성에대한 오차가 줄어드는 장점이 있다. 그러나 이 방법은 검출기를 환자 체내에 위치시킬 수 있는 일부의 두경부 환자에만 적용할 수 있는 한계가 있다.
- 본 연구에서는 치료계획 검증 기능을 이용하여 MOSFET 검출기가 위치한 지점의 선량증가물질에 의해 실제적으로 증가한 전달 선량을 알아낼 수 있었고, 치료계획의 검증계획 수립 시 원래기능인 정도관리용 팬톰 영상을 대신하여 치료환자의 영상을 그대로 사용하여 환자치료와 동시에 체표면 선량 측정을 수행할 수 있었다. 체표면측정에 따른 선량학적 오차를 확인하기 위해 MOSFET 검출기를 광자선의 선량 증가영역에서 깊이선량백분율을 측정한 결과에서 1.0 cm 두께의 선량증가물질이 적합함을 알 수 있었다. 따라서 기존의단순한 치료 기법에만 한정하여 사용한 전리함 및 다이오드 검출기를 대신하여, 본 연구에서 사용한 MOSFET 검출기와 치료계획 검증 기능을 이용한 체표면선량측정법은세기조절 방사선치료 시 방사선량학적 오차 및 방사선 치료장비의 이상 작동 여부를 동시에 확인할 수 있는 생체내 선량측정 시스템으로 유용할 것으로 사료된다.
- 치료계획의 계획 선량과 측정하여 얻은 선량에서 평균 1.2%의 차이가 나타났고, 최대 3.2% 차이가 남을 알 수 있었다.
후속연구
- 0 cm 두께의 선량증가물질이 적합함을 알 수 있었다. 따라서 기존의단순한 치료 기법에만 한정하여 사용한 전리함 및 다이오드 검출기를 대신하여, 본 연구에서 사용한 MOSFET 검출기와 치료계획 검증 기능을 이용한 체표면선량측정법은세기조절 방사선치료 시 방사선량학적 오차 및 방사선 치료장비의 이상 작동 여부를 동시에 확인할 수 있는 생체내 선량측정 시스템으로 유용할 것으로 사료된다.
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