[논문]광섬유 방사선량계를 이용한 선량보강 영역에서의 심부선량 백분율과 피부 선량률 측정

조동현; 장경원; 유욱재; 서정기; 허지연; 이봉수; 조영호

doi:10.3807/kjop.2010.21.1.016

광섬유 방사선량계를 이용한 선량보강 영역에서의 심부선량 백분율과 피부 선량률 측정
Measurement of Skin Dose and Percentage Depth Does in Build-up Region Using a Fiber-optic Dosimeter 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.21 no.1, 2010년, pp.16 - 20

조동현 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, 의공학실용기술연구소) , 장경원 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, 의공학실용기술연구소) , 유욱재 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, 의공학실용기술연구소) , 서정기 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, 의공학실용기술연구소) , 허지연 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, 의공학실용기술연구소) , 이봉수 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부, 의공학실용기술연구소) , 조영호 (대구가톨릭대학교 보건과학대학 방사선학과)

초록
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본 연구에서는 고 에너지 광자선을 조사 할 때, 선량보강 영영에서의 피부 선량률을 측정을 위해 유기 섬광체와 플라스틱 광섬유를 사용한 광섬유 방사선량계를 제작하였다. 광섬유 방사선량계의 센서부에서 발생된 섬광빛은 30 m 길이의 광섬유를 통해 전달되어 광증배관과 전류계로 측정된다. 광섬유 방사선량계로 측정한 선량보강 영역에서의 피부 선량률은 이온 전리함 및 GAFCHROMIC EBT 필름의 측정 결과와 비교 및 분석 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we have fabricated a fiber-optic dosimeter using an organic scintillator and a plastic optical fiber. The dosimeter measure skin dose and percentage depth dose in a build-up region for an incident high energy photon beam. The scintillating light generated in the organic sensor probe embedded in a solid water phantom is guided by 30 m plastic optical fiber to a light-measuring device such as a PMT or an electrometer. In addition, using a fiber-optic dosimeter or a GAFCHROMIC EBT film, skin dose and percentage depth dose in the build-up region are measured and compared.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고 에너지 X-선을 사용하여 방사선 치료를 할 때, 작은 깊이의 변화에도 매우 급격한 선량 변화를 나타내어 정확한 측정이 매우 어려운 선량보강 영역에서 심부선량 백분율과 피부 선량률을 측정하기 위해서 광섬유 방사선량계를 제작하였다. 또한, 광섬유 방사선량계를 이용하여 피부 선량률 및 선량보강 영역의 깊이에 따른 심부선량 백분율을 측정한 뒤, 이온 전리함 및 EBT 필름을 사용하여 얻은 결과와 비교하였다.

제안 방법

직경이 10 mm인 이온 전리함은 두께 20 mm의 솔리드 워터 팬텀에 넣고 측정하기 때문에 깊이 0 mm에서의 피부 선량 계측이 불가능하며, 선량보강 영역에서의 계측이 제한적이다. 그러므로 광섬유 방사선량계를 이용하여 깊이 0 mm에서부터 6 MV X-선의 최대 선량 깊이인 15 mm까지 1 mm 간격으로 심부선량을 측정하였다. 광섬유 방사선량계의 피부 선량률은 모니터선량단위가 25 MU 일 때 37.
본 연구에서는 광섬유 방사선량계에서 발생되는 섬광량을 광증배관(photo-multiplier tube, PMT)과 전류계(electrometer)를 사용하여 ExeLINX 프로그램으로 측정하였다. 그리고 광섬유 방사선량계의 섬광량을 측정하여 선량보강 영역에서의 피부 선량률(skin dose)을 측정하였고 이온 전리함 및 GAFCHROMICⓇ EBT 필름을 이용한 측정결과와 비교하였다.
본 연구에서는 고 에너지 X-선을 사용하여 방사선 치료를 할 때, 작은 깊이의 변화에도 매우 급격한 선량 변화를 나타내어 정확한 측정이 매우 어려운 선량보강 영역에서 심부선량 백분율과 피부 선량률을 측정하기 위해서 광섬유 방사선량계를 제작하였다. 또한, 광섬유 방사선량계를 이용하여 피부 선량률 및 선량보강 영역의 깊이에 따른 심부선량 백분율을 측정한 뒤, 이온 전리함 및 EBT 필름을 사용하여 얻은 결과와 비교하였다.
선형가속기의 모니터선량단위는 빔이 조사될 때 조정제어기의 모니터에 나타나는 선량계의 지시값으로 빔의 조사 시간에 의해 결정되고, 축적된 조사량을 나타낸다. 본 실험에서는 선형가속기의 모니터 선량단위를 100 MU에서부터 500 MU까지 100 MU씩 증가시키면서 광섬유 방사선량계에서 발생되는 섬광량을 측정하였다. 모니터선량단위가 높아짐에 따라 광섬유 방사선량계에서 발생되는 섬광량이 선형적으로 증가함을 알 수 있다.
본 연구에서는 광섬유 방사선량계에서 발생되는 섬광량을 광증배관(photo-multiplier tube, PMT)과 전류계(electrometer)를 사용하여 ExeLINX 프로그램으로 측정하였다. 그리고 광섬유 방사선량계의 섬광량을 측정하여 선량보강 영역에서의 피부 선량률(skin dose)을 측정하였고 이온 전리함 및 GAFCHROMICⓇ EBT 필름을 이용한 측정결과와 비교하였다.
)을 넣고, 표면에서부터 이온 전리함까지의 깊이를 증가시키면서 측정한다. 선형가속기의 방사선원-표면 간 거리(source to surface distance, SSD)는 방사선원으로부터 솔리드 워터 팬텀 표면까지의 거리를 말하며, 본 실험에서는 선형가속기의 교정조건인 100 cm로 고정하였다. 조사야는 10 cm × 10 cm로 하였고, 모니터선량단위(monitor unit)는 25, 50 MU을 사용하였다.
그림 4는 선형가속기의 선량률에 따른 광섬유 방사선량계의 섬광량을 측정한 결과이다. 선형가속기의 선량률을 100 cGy/min부터 500 cGy/min까지 100 cGy/min 씩 증가시키면서 광섬유 방사선량계에서 발생되는 섬광량을 측정하였다. 선량률이 높아짐에 따라 광섬유 방사선량계에서 발생되는 섬광량이 선형적으로 증가함을 알 수 있다.
0 mm, 길이는 10 mm이다. 섬광체에서 발생된 섬광빛은 광증배관 (H7546B, Hamamatsu Photonics K.K. Co.)과 전류계 (6514 electrometer, Keithley Inc.)를 사용하여 계측하였다. 방사선원으로는 선형가속기 (CLINAC 2100C/D, Varian Medical Systems, Inc.

대상 데이터

510이다. 광섬유의 직경은 1.0 mm이고, 클래딩의 두께는 0.01 mm이며 자켓(jacket)을 포함한 외경은 2.2 mm이다.
)를 사용하여 계측하였다. 방사선원으로는 선형가속기 (CLINAC 2100C/D, Varian Medical Systems, Inc.)에서 발생되는 6 MV 에너지의 X-선을 사용하였다.
본 연구에 사용된 광섬유(SH-4001, Mitsubishi Inc.)는 계단형 굴절율(step-index)을 갖는 멀티모드(multi-mode) 플라스틱 광섬유로서 코어(core)와 클래딩(cladding)의 재질은 각각 폴리메틸 메타아크릴레이트(polymethyl-methacrylate, PMMA) 와 불소 중합체(fluorinated polymer)이다. 코어와 클래딩의 굴절율은 각각 1.
센서부에 사용된 섬광체는 원통형의 유기 섬광체(BCF-20, SaintGobain Ceramic & Plastics, Inc.)로서 지름이 1.0 mm, 길이는 10 mm이다.
조사야는 10 cm × 10 cm로 하였고, 모니터선량단위(monitor unit)는 25, 50 MU을 사용하였다.

성능/효과

조사야를 10 cm × 10 cm하고, 6 MV의 고에너지 X-선의 모니터선량단위를 25, 50 MU로 조사하였을 때, 광섬유 방사선량계는 이온 전리함으로 측정하지 못하는 피부 선량률 및 보강영역의 선량 또한 측정 가능하였다. EBT 필름의 측정 결과와 비교 시, 비슷한 보강영역 선량을 얻을 수 있었으며, EBT 필름보다 다소 높은 피부 선량률이 계측되었다. 이온 전리함 및 EBT 필름은 구성 물질과 특성 때문에 실시간 측정이 불가능 하다.
그림 6은 그림 5의 실험 조건과 같이 X-선을 조사하였을때, 광섬유 방사선량계와 EBT 필름을 사용하여 계측한 선량 보강 영역에서의 심부선량 백분율과 피부 선량률을 보여준다. 모니터선량단위가 25 MU 일 때, EBT 필름의 피부 선량률은 18.27%, 광섬유 방사선량계의 피부 선량률은 35.3%이며, 50 MU 일 때 EBT 필름의 피부 선량률은 20.4%이고 광섬유 방사선량계의 피부 선량률은 35.7%이다. 피부 선량률을 제외한 선량보강 영역에서 광섬유 방사선량계와 EBT 필름의 심부선량 백분율은 비슷한 결과를 보였다.
실험 결과, 본 연구에서 제작한 광섬유 방사선량계는 재현 성이 뛰어나며 모니터선량단위 및 선량률에 대해서 선형성을 보였다. 조사야를 10 cm × 10 cm하고, 6 MV의 고에너지 X-선의 모니터선량단위를 25, 50 MU로 조사하였을 때, 광섬유 방사선량계는 이온 전리함으로 측정하지 못하는 피부 선량률 및 보강영역의 선량 또한 측정 가능하였다.

후속연구

앞으로의 연구 방향은 센서팁의 직경을 0.5 mm로 제작하여 공간분해능을 높이고, 다양한 에너지와 조사야에 대한 실험을 수행한 뒤, 기존의 선량계를 사용하여 얻은 결과와 비교, 분석하는 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사선 치료를 위한 고 에너지 X-선의 특징은?	방사선 치료를 위한 고 에너지 X-선은 표면 선량(surface dose)이 낮고, 피부 표면에서부터 최대 선량 깊이까지 선량이 급격하게 증가하는 선량보강(build-up) 영역을 형성시킨다.[1] 이러한 특징은 방사선 치료 시 피부 보호 효과의 장점이 있는 반면, 피부 표면에 가까이 위치한 종양의 경우, 불충분한 선량 분포를 형성하여 치료에 장애가 될 수 있으므로 신중한 치료 계획이 요구된다.
	사람의 피부는 어떻게 구성되는가?	사람의 피부는 3개의 주요한 층인 표피층, 진피층, 피하지방층으로 구성되고, 표피층은 다시 각질층, 과립층, 유극층, 기저층으로 나누어진다. 표피층을 이루는 3개의 층들 중, 가장 아래에 위치하는 기저층은 모근을 새로이 생산하는 기능을 수행하고, 방어기능을 유지하는 새로운 세포들을 생산한다.
	방사선 치료를 위한 고 에너지 X-선의 특징에 의한 장단점은?	방사선 치료를 위한 고 에너지 X-선은 표면 선량(surface dose)이 낮고, 피부 표면에서부터 최대 선량 깊이까지 선량이 급격하게 증가하는 선량보강(build-up) 영역을 형성시킨다.[1] 이러한 특징은 방사선 치료 시 피부 보호 효과의 장점이 있는 반면, 피부 표면에 가까이 위치한 종양의 경우, 불충분한 선량 분포를 형성하여 치료에 장애가 될 수 있으므로 신중한 치료 계획이 요구된다.[2]

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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