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문제 정의
- 방사선 치료분야에서 사용할 수 있는 MOSFET 선량계로는 검출기 크기와 방사선의 반응 민감도에 따라 표준감도와 고감도 MOSFET 선량계로 구분되는데, 본 연구에서는 이 두 MOSFET 선량계의 방사선학적 특성을 분석할 수 있는 팬톰을 개발하고 교정계수, 선량재현성, 선량직선성, 선량률, 빔 입사각도 및 방향 의존성 등에 대한 선량계 특성을 비교 평가하고자 하였다.
- 본 연구에서는 자체개발한 팬톰을 적용하여 두 종류 MOSFET 선량계의 임상적용을 위한 방사선학적 특성을 분석하였는데 MOSFET 선량계의 교정 계수와 선량재현성은두 선량계 모두 표준편차 1% 이내로 일정한 반응으로 나타났다. 이러한 결과는 기존에 생체내 선량측정으로 많이 사용되었던 열형광선량계(TLD)에 비해 탁월한 성능을 나타내고 있었다선량직선성, 깊이 변화, 선량률 의존성 평가에서도 두 선량계가 거의 동일한 결과를 나타내고 있었지만 표준감도 MOSFET 선량계는 교정조건 이하인 선량률에서 2.
제안 방법
- 교정과정을 수행하였다. 각각의 고감도와 표준감도 MOSFET 선량계 5개씩 교정용 팬톰 홀에 삽입하여 고정시키고 의료용선형가속기 (CL21EX, Varian, USA)의 6 MV 광자선, SSD 100 cm, 조사면 10X10 cm2, 최대선량 깊이 (dmG 1.5 cm, 선량률 300 MU/min로 200 cGy를 5번씩 MOSFET 선량계의 엑포시 (epoxy) 층에 대해 수직으로 선량을 전달하여 각각의 MOSFET 평균 교정계수를 결정하였다. 이 교정계수를 판독시스템 소프트웨어에 입력하고 선량재현성, 선량직선성, 선량률, 빔 입사각도, 방향, 깊이 의존성에 대한 두 종류의 MOSFET 선량계 특성분석 실험을 Fig- 3처럼 제작한 특성분석용 팬톰을 가지고 수행하였다.
- 그리고 깊이 변화에 따라 두 MOSFET 선량계에서 측정되는 선량차이평가는 두 종류의 MOSFET 선량계를 엑폭시 방향으로 위치시킨 선량계 홀더를 반구형 팬톰의 4개 측정 깊이에(4, 6, 8, 10 cm) 삽입하여 측정하였다. 빔 입사각도에 따른 MOSFET 선량계 의존도 측정은 측정부위인 엑포시 층의 왼쪽 측면(갠트리: 90。)에서 오른쪽 측면(갠트리: 270。)까지로 반구형 팬 톰의 중심축에서 MOSFET 선량계를 고정시키고 갠트리 15。 간격으로 회전시키면서 측정하였다. 또한 빔 입사방향에 대한 의존도 평가에서는 선형가속기 테이블로 갠트리 회전시켜 측정하였다.
- 선량직선성 평가는 동일한 선량률 조건에서 5에서 600 cGy까지 선량을 조사하여 수행하였다. 그리고 깊이 변화에 따라 두 MOSFET 선량계에서 측정되는 선량차이평가는 두 종류의 MOSFET 선량계를 엑폭시 방향으로 위치시킨 선량계 홀더를 반구형 팬톰의 4개 측정 깊이에(4, 6, 8, 10 cm) 삽입하여 측정하였다. 빔 입사각도에 따른 MOSFET 선량계 의존도 측정은 측정부위인 엑포시 층의 왼쪽 측면(갠트리: 90。)에서 오른쪽 측면(갠트리: 270。)까지로 반구형 팬 톰의 중심축에서 MOSFET 선량계를 고정시키고 갠트리 15。 간격으로 회전시키면서 측정하였다.
- 반구형 팬톰 내에는 직경 2 cm의 4개 원형 구멍을 내어 MOSFET 선량계를 고정시켜주는 원기둥 홀더를 삽입할 수 있도록 하였고 각도의 변화를 유도할 수 있도록 원형 구멍테두리에 15。간격으로 각도 눈금을 기입하였다. 그리고 팬 톰에 세로와 가로선을 기입하여 정확한 셋업 상태를 유지하면서 실험을 수행할 수 있도록 하였다. 사각형 모양의 팬톰 지지대 모서리와 가장자리에는 4개의 수평 조절 나사와 수평계가 있어 선량측정 시 정확한 수평을 유지할 수 있도록 하였다.
- 빔 입사각도에 따른 MOSFET 선량계 의존도 측정은 측정부위인 엑포시 층의 왼쪽 측면(갠트리: 90。)에서 오른쪽 측면(갠트리: 270。)까지로 반구형 팬 톰의 중심축에서 MOSFET 선량계를 고정시키고 갠트리 15。 간격으로 회전시키면서 측정하였다. 또한 빔 입사방향에 대한 의존도 평가에서는 선형가속기 테이블로 갠트리 회전시켜 측정하였다. 빔 입사각도와 선량계 방향에 대한 측정은 3번씩 반복하여 수행하였고 평균으로 MOSFET의 빔 입사각도와 선량계 방향 의존성를 평가하였다.
- 또한 빔 입사방향에 대한 의존도 평가에서는 선형가속기 테이블로 갠트리 회전시켜 측정하였다. 빔 입사각도와 선량계 방향에 대한 측정은 3번씩 반복하여 수행하였고 평균으로 MOSFET의 빔 입사각도와 선량계 방향 의존성를 평가하였다.
- 이러한 MOSFET 선량계의 형태에 대해 조사면(5x5, 10X10, 15X15, 20X20 cm2) 크기와 측정면의 변화에 따른 방사선 민감도 평가는 재현성 평가시 수행하였다. 선량재현성 평가는, 선량계 교정과정과 동일한 선량률 300 MU/min 조건으로 200 cGy를 5번씩 조사하여 수행되었다. 선량직선성 평가는 동일한 선량률 조건에서 5에서 600 cGy까지 선량을 조사하여 수행하였다.
- 선량재현성 평가는, 선량계 교정과정과 동일한 선량률 300 MU/min 조건으로 200 cGy를 5번씩 조사하여 수행되었다. 선량직선성 평가는 동일한 선량률 조건에서 5에서 600 cGy까지 선량을 조사하여 수행하였다. 그리고 깊이 변화에 따라 두 MOSFET 선량계에서 측정되는 선량차이평가는 두 종류의 MOSFET 선량계를 엑폭시 방향으로 위치시킨 선량계 홀더를 반구형 팬톰의 4개 측정 깊이에(4, 6, 8, 10 cm) 삽입하여 측정하였다.
- 5 cm, 선량률 300 MU/min로 200 cGy를 5번씩 MOSFET 선량계의 엑포시 (epoxy) 층에 대해 수직으로 선량을 전달하여 각각의 MOSFET 평균 교정계수를 결정하였다. 이 교정계수를 판독시스템 소프트웨어에 입력하고 선량재현성, 선량직선성, 선량률, 빔 입사각도, 방향, 깊이 의존성에 대한 두 종류의 MOSFET 선량계 특성분석 실험을 Fig- 3처럼 제작한 특성분석용 팬톰을 가지고 수행하였다. MOSFET 선량계 형태는 엑폭시 층이 있는 오목한 부분과 폴리아미드(polyamide)의 평평한 면으로 구성되어 있는데두 면 사이에는 0.
- 1 ~lm의 검출부와 실리콘 반도체로 (silicon substrate) 이루어진 금속 게이트로 분리된 적층형태로 되어 있다. 이러한 MOSFET 선량계의 형태에 대해 조사면(5x5, 10X10, 15X15, 20X20 cm2) 크기와 측정면의 변화에 따른 방사선 민감도 평가는 재현성 평가시 수행하였다. 선량재현성 평가는, 선량계 교정과정과 동일한 선량률 300 MU/min 조건으로 200 cGy를 5번씩 조사하여 수행되었다.
- 특성분석에 앞서 먼저 두 종류의 MOSFET 선량계에 대해 교정과정을 수행하였다. 각각의 고감도와 표준감도 MOSFET 선량계 5개씩 교정용 팬톰 홀에 삽입하여 고정시키고 의료용선형가속기 (CL21EX, Varian, USA)의 6 MV 광자선, SSD 100 cm, 조사면 10X10 cm2, 최대선량 깊이 (dmG 1.
대상 데이터
- 14 이 cn?)을 사용하여 제작하였다. Fig. 1은 선량계 교정용 팬톰으로 1 cm 두께의 30X30 cm2 평판형 모양으로 제작하였으며 MOSFET 선량계 형태에 맞게 삽입하여 고정시킬 수 있도록 깊이 2 mm의 구멍을 내었다. 평판형 팬톰 윗면에는 조사면 정렬을 쉽고 정확하게 수행할 수 있도록 팬톰 중심을 기준으로 하여 십자가선을 새겨 넣었다.
- 두 MOSFET 선량계의 교정 (calibration)과 특성 분석을 위해 팬톰을 제작하였다. 이 팬톰은 MOSFET 선량계 교정용 팬톰과 선량계의 선량재현성, 선량직선성, 선량률과 빔 입사각도 및 선량계 의존도 등 선량계의 특성을 분석하기 위한 분석용 팬톰으로 구성하였으며 아크릴 재질3=1.
- 고감도 방식의 MOSFET는 일반적으로 유방촬영술 및 전산화단층촬영에 대한 체표면 선량 측정과 누설선량 모니터링 등 진단분야에 사용되며 표준설정방식의 MOSFETe 고에너지 영역인 방사선치료분야에 사용된다. 본 연구에서는 Thomson & Nielson (Ottawa, Canada)사 제작의 표준설정 방식 MOSFET 선량계인 표준감도(모델: TN-502-RD)와 고감도(모델 TN-502-RDM)의 두 종류 MOSFET 선량계와 판독기를 이용하였다. 표준감도 MOSFET 선량계는 3X3X0.
성능/효과
- 5은 선량률 변화에 따른 두 MOSFET 반응 결과이다. 100 MU/min씩 선량률을 증가하여 600 MU/min까지 측정한 두 MOSFET선량계는 모두 표준편차가 1% 이내의 선량률의존성을 나타내고 있지만 표준감도 MOSFET 선량계의 경우는 선량률 교정조건 이하인 100 MU/min에서는 2.5% 이상의 좋지 못한 의존성을 나타내었다. 반면, 고감도 MOSFET 의 경우는 선량률 변화에 대해 일정한 의존성을 나타내고 있었다.
- 그리고 고감도 MOSFET 선량계는 표준감도 MOSFET 선량계보다 약 3배 정도의 높은 감도를 갖는 것으로 나타났으며 두 MOSFET 선량계 모두 2% 내에서 선량재현성을 나타났다. 그러나 고감도 MOSFET 선량계가 표준감도 MOSFET 선량계 보다 더 좋은 선량재현성을 보였다. 두 MOSFET 선량계의 선량조사면과 조사면 크기 변화에 따른 반응의 결과는 Fig.
- 4%의 범위로 나타났다. 그리고 고감도 MOSFET 선량계는 표준감도 MOSFET 선량계보다 약 3배 정도의 높은 감도를 갖는 것으로 나타났으며 두 MOSFET 선량계 모두 2% 내에서 선량재현성을 나타났다. 그러나 고감도 MOSFET 선량계가 표준감도 MOSFET 선량계 보다 더 좋은 선량재현성을 보였다.
- 본 연구에서는 표준감도와 고감도 MOSFET 선량계의 특성을 비교평가할 수 있는 팬톰을 개발하였고 이 팬톰을 사용하여 MOSFET 선량계의 선량직선성, 깊이 변화, 선량률의존성 평가를 통해 표준감도와 고감도 MOSFET의 두 선량계가 거의 동일한 결과를 나타내고 있다는 것을 확인하였다. 하지만 빔 입사각도와 선량계 방향에 대한 의존성에 대해서는 표준감도 MOSFET 선량계의 경우 고감도 MOSFET 선량계보다 더 큰 의존성를 나타내고 있는것을 확인할 수 있었다.
- 그러나 빔 입사 각도와 선량계 방향에 대한 선량계의 반응은 표준감도와 고감도 MOSFET 선량계에 따라 비교적 서로 큰 차이가 있었다. 빔 입사 각도에 변화에 따라 표준감도 MOSFET 선량계는 13% 변동폭과 4.4% 표준편차의 반응변화가 있는 반면 고감도 MOSFET 선량계는 10% 변동폭, 2.1% 표준편차로 표준감도 MOSFET 선량계가 빔 입사각도에 따라 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며 선량계 방향 변화에 대해서도 표준감도와 고감도 MOSFET 선량계는 5% 변동폭과 2.1% 표준편차, 2% 변동폭, 1.5% 표준편차로 표준감도 MOSFET 선량계가 방향에 대해서도 더 큰 영향을 갖는 것으로 나타났다(Fig. 8, 9). 이러한 결과는 MOSFET 선량계의 검출영역 크기가 선량 검증과정에 빔 입사각도와 빔 입사방향에 큰 영향을 미친다는 것을 보여준다.
- 8, 9). 이러한 결과는 MOSFET 선량계의 검출영역 크기가 선량 검증과정에 빔 입사각도와 빔 입사방향에 큰 영향을 미친다는 것을 보여준다.
- 이러한 결과는 기존에 생체내 선량측정으로 많이 사용되었던 열형광선량계(TLD)에 비해 탁월한 성능을 나타내고 있었다선량직선성, 깊이 변화, 선량률 의존성 평가에서도 두 선량계가 거의 동일한 결과를 나타내고 있었지만 표준감도 MOSFET 선량계는 교정조건 이하인 선량률에서 2.5% 이상의 의존성을 나타내고 있었다(Fig. 5, 6). 또한 5~600 cGy까지 두 MOSFET 선량계는 선량직선성을 나타내고 있었으며 이것은 XV 필름보다는 더 큰 에너지 영역에서 EDR2 필름(Kodak)과는 거의 동일한 에너지영역에서 선량직선성을 지니고 있었다.
- 4에 나타냈다. 측정한 모든 조사면에서 표준편차 1% 이내의 오차를 나타내고 있었고 엑포시 층의 둥근면이 폴리아미드의 평평한 면보다 더 큰 반응값을 나타내었다. 이 결과는 MOSFET 선량계의 검출부 상단을 감싸고 있는 엑포시(< 두께 1 mm) 층보다 검출면적 하단부분인 폴리아미드(두께 0.
- 하지만 빔 입사각도와 선량계 방향에 대한 의존성에 대해서는 표준감도 MOSFET 선량계의 경우 고감도 MOSFET 선량계보다 더 큰 의존성를 나타내고 있는것을 확인할 수 있었다. 그러므로 다방향의 빔을 사용하는 3차원 방사선치료 및 IMRT의 선량검증에는 빔 입사각도와 선량계 방향에 의존성이 적은 고감도 MOSFET 선량계의 사용이 선량검증의 오차를 줄이고 더 정확한 선량검증을 할 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
- 하지만 빔 입사각도와 선량계 방향에 대한 의존성에 대해서는 표준감도 MOSFET 선량계의 경우 고감도 MOSFET 선량계보다 더 큰 의존성를 나타내고 있는것을 확인할 수 있었다. 그러므로 다방향의 빔을 사용하는 3차원 방사선치료 및 IMRT의 선량검증에는 빔 입사각도와 선량계 방향에 의존성이 적은 고감도 MOSFET 선량계의 사용이 선량검증의 오차를 줄이고 더 정확한 선량검증을 할 수 있을 것으로 사료된다.
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