선형가속기를 기반으로 한 뇌정위 방사선 수술 시 전용 콘과 정방형 소조사면의 선량 특성에 관한 고찰 Evaluation of Dosimetric Characteristics of Small Field in Cone Versus Square Fields Based on Linear Accelerators(LINAC) for Stereotactic Radiosugery(SRS)원문보기
선형가속기를 기반으로 하는 뇌정위적 방사선 수술에 있어 전용 콘과 동일한 정방형 조사면에서의 소조사면 선량특성에 관해 알아보고자 6 MV 광자선과 소조사면 전용 검출기를 이용해 측정하였다. 선원 표면간 거리는 100 cm로 하고, 전용 cone ${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}2\;cm$, ${\Phi}3\;cm$과 정방형 조사면 $1{\times}1\;cm^2$, $2{\times}2\;cm^2$, $3{\times}3\;cm^2$ 조사면 으로 1.5 cm, 5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm 지점에서 심부선량을 측정하였고, 최대 선량점에서 각 조사면에서 출력선량을 측정하여 비교하였다. 반음영의 측정을 위한 선량측면도 측정은 ${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}3\;cm$ 및 동일한 정방형 조사면에서 선원 표면간 거리 95 cm, 깊이 5 cm에서 SFD를 이용하여 측정하였다. 물리학적 조사면(90%) 내에서는 1 mm 간격으로, 반음영 영역(20~80%)에서는 0.5 mm 간격으로 측정하였다. 전용 콘 과 정방향 조사면의 PDD 변화는 기준조사면을 기준으로 5 cm 깊이에서 4.3~7.9% 낮게 나타났으며, 콘의 크기와 조사면 크기가 커질수록 PDD 변화는 적게 나타났다. 선질 비교를 위해 $PDD_{20,10}$를 비교한 결과 ${\Phi}1\;cm$ 콘과 $1{\times}1\;cm^2$을 제외한 다른 조사면에서는 1% 이내의 변화를 보였다. 출력선량은 콘을 이용한 방법에서 정방형 조사면에서 보다 3.1~4.6% 출력선량이 증가하였다. 반음영 영역은 ${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}3\;cm$ 동일한 정방형 조사면에서 콘을 이용한 방법이 반음영 영역이 20% 감소하였다. 뇌정위적 방사선 수술은 소조사면을 이용해 1회 대선량을 조사하는 방법으로 조사면의 선량특성을 고려한 처방이 중요하게 된다. 본 실험을 통해 뇌정위적 방사선 수술에 있어 정방형 소조사면 보다 전용 콘을 이용한 방법이 유효하다고 사료되며, 향후 다양한 측정기를 이용한 소조사면의 선량특성에 관한 연구가 필요하다고 생각된다.
선형가속기를 기반으로 하는 뇌정위적 방사선 수술에 있어 전용 콘과 동일한 정방형 조사면에서의 소조사면 선량특성에 관해 알아보고자 6 MV 광자선과 소조사면 전용 검출기를 이용해 측정하였다. 선원 표면간 거리는 100 cm로 하고, 전용 cone ${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}2\;cm$, ${\Phi}3\;cm$과 정방형 조사면 $1{\times}1\;cm^2$, $2{\times}2\;cm^2$, $3{\times}3\;cm^2$ 조사면 으로 1.5 cm, 5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm 지점에서 심부선량을 측정하였고, 최대 선량점에서 각 조사면에서 출력선량을 측정하여 비교하였다. 반음영의 측정을 위한 선량측면도 측정은 ${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}3\;cm$ 및 동일한 정방형 조사면에서 선원 표면간 거리 95 cm, 깊이 5 cm에서 SFD를 이용하여 측정하였다. 물리학적 조사면(90%) 내에서는 1 mm 간격으로, 반음영 영역(20~80%)에서는 0.5 mm 간격으로 측정하였다. 전용 콘 과 정방향 조사면의 PDD 변화는 기준조사면을 기준으로 5 cm 깊이에서 4.3~7.9% 낮게 나타났으며, 콘의 크기와 조사면 크기가 커질수록 PDD 변화는 적게 나타났다. 선질 비교를 위해 $PDD_{20,10}$를 비교한 결과 ${\Phi}1\;cm$ 콘과 $1{\times}1\;cm^2$을 제외한 다른 조사면에서는 1% 이내의 변화를 보였다. 출력선량은 콘을 이용한 방법에서 정방형 조사면에서 보다 3.1~4.6% 출력선량이 증가하였다. 반음영 영역은 ${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}3\;cm$ 동일한 정방형 조사면에서 콘을 이용한 방법이 반음영 영역이 20% 감소하였다. 뇌정위적 방사선 수술은 소조사면을 이용해 1회 대선량을 조사하는 방법으로 조사면의 선량특성을 고려한 처방이 중요하게 된다. 본 실험을 통해 뇌정위적 방사선 수술에 있어 정방형 소조사면 보다 전용 콘을 이용한 방법이 유효하다고 사료되며, 향후 다양한 측정기를 이용한 소조사면의 선량특성에 관한 연구가 필요하다고 생각된다.
In this paper we evaluated small field dose characteristics of exclusive cone fields versus square fields for stereotactic radiosugery (SRS) which is based on linear accelerators (LINAC). For this test, we used a small beam detector (stereotactic fields detector : SFD) with a 6 MV photon beam and a ...
In this paper we evaluated small field dose characteristics of exclusive cone fields versus square fields for stereotactic radiosugery (SRS) which is based on linear accelerators (LINAC). For this test, we used a small beam detector (stereotactic fields detector : SFD) with a 6 MV photon beam and a water phantom system (IBA, Germany). Percentage depth dose (PDD) was measured for different field sets (cones : ${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}2\;cm$, ${\Phi}3\;cm$ ; square fields : $1{\times}1\;cm^2$, $2{\times}2\;cm^2$, $3{\times}3\;cm^2$) at a source skin distance (SSD) of 100 cm. We measured the point depths at 1.5 cm, 5 cm, 10 cm, 20 cm, and 30 cm. The output factors were measured under the same geometrical conditions of the PDD and normalized at the maximum dose depth. To analyze the penumbra, we measured the dose profile with 95 cm of SSD, 5 cm of depth for each field sizes (${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}3\;cm$, $1{\times}1\;cm^2$, and $3{\times}3\;cm^2$) using SFD. We obtained the values for every 1 mm interval in the physical field (90%) and 0.5 mm interval in the penumbra region (20 to 80%). The PDD variation of exclusive cones and square fields were 4.3 to 7.9% lesser than the standard field size ($10{\times}10\;cm^2$. The variation of PDD was reduced while the field size was increased. To compare the beam quality, we analyzed the $PDD_{20,10}$ and the results showed under the 1% of variations for all experiments except for ${\Phi}1\;cm$ cone and $1{\times}1\;cm^2$ fields. Output factors of exclusive cone were increased 3.1~4.6% than the square fields, and the penumbra region of exclusive cone was reduced 20% as compared to the square fields. As the previous researches report, it is very important for SRS and SFD that precise dosimetry in small beam fields. In this paper, we showed the effectiveness of exclusive cone, compared to square field. And we will study on the various detector characteristics for small beam fields.
In this paper we evaluated small field dose characteristics of exclusive cone fields versus square fields for stereotactic radiosugery (SRS) which is based on linear accelerators (LINAC). For this test, we used a small beam detector (stereotactic fields detector : SFD) with a 6 MV photon beam and a water phantom system (IBA, Germany). Percentage depth dose (PDD) was measured for different field sets (cones : ${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}2\;cm$, ${\Phi}3\;cm$ ; square fields : $1{\times}1\;cm^2$, $2{\times}2\;cm^2$, $3{\times}3\;cm^2$) at a source skin distance (SSD) of 100 cm. We measured the point depths at 1.5 cm, 5 cm, 10 cm, 20 cm, and 30 cm. The output factors were measured under the same geometrical conditions of the PDD and normalized at the maximum dose depth. To analyze the penumbra, we measured the dose profile with 95 cm of SSD, 5 cm of depth for each field sizes (${\Phi}1\;cm$, ${\Phi}3\;cm$, $1{\times}1\;cm^2$, and $3{\times}3\;cm^2$) using SFD. We obtained the values for every 1 mm interval in the physical field (90%) and 0.5 mm interval in the penumbra region (20 to 80%). The PDD variation of exclusive cones and square fields were 4.3 to 7.9% lesser than the standard field size ($10{\times}10\;cm^2$. The variation of PDD was reduced while the field size was increased. To compare the beam quality, we analyzed the $PDD_{20,10}$ and the results showed under the 1% of variations for all experiments except for ${\Phi}1\;cm$ cone and $1{\times}1\;cm^2$ fields. Output factors of exclusive cone were increased 3.1~4.6% than the square fields, and the penumbra region of exclusive cone was reduced 20% as compared to the square fields. As the previous researches report, it is very important for SRS and SFD that precise dosimetry in small beam fields. In this paper, we showed the effectiveness of exclusive cone, compared to square field. And we will study on the various detector characteristics for small beam fields.
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문제 정의
본 실험에서는 높은 감도와 작은 유효체적을 가지고 있으며, 공간분해능이 우수한 뇌정위적 방사선 수술 전용 측정기(Stereotactic Field Detector : 이하 SFD)를 사용하여 뇌정위적 방사선수술에 사용되는 전용 콘과 동일한 크기에서의 정방향 조사면에서의 선량특성을 심부선량 백분율(Percentage Depth Dose : 이하 PDD) 및 IAEA TRS-398에 근거한 선질변화 평가, 선량측면도를 통한 반음영 크기, 출력선량 등으로 비교함으로 전용 콘을 기반으로 한 원형 소조사면과, 정방형 소조사면에서의 선량특성에 관해 정량적인 비교를 하고자 한다.
제안 방법
PDD는 [(임의의 깊이에서의 선량 / 최대선량 지점에서의 선량)] × 100(%)로 정의하게 된다. PDD를 측정하기 위하여 물 팬톰과 SFD 측정기를 연결하였다. 이때 SFD는 p형 실리콘 검출기 칩을 사용하였고, 유효 측정점은 0.
이전의 연구를 통해 원형조사면의 경우가 일반적으로 정방형 조사면에 비해 정확한 선량을 투여할 수 있고, 3차원적인 선량분포를 구현하기 용이하다는 보고가 있으며, 통상적인 방사선 치료에 이용되는 조사면의 크기와 다르게 뇌정위적 방사선 수술용 콘 및 정방형 소조사면의 경우 선량특성이 다르게 나타난다고 보고하고 있다1,3-5). 그러나 각각의 변위에 따른 정량적인 분석은 이루어지지 않았으나, 본 실험에서는 뇌정위적 방사선수술시 선량처방에 있어 중요인자인 PDD, 선질, 출력선량, 반음영 영역의 크기 등을 측정하여 정량적인 분석을 하였다.
기준 조사면과 비교를 위하여 10×10 cm2 조사면에서 1.5, 5, 10, 20, 30 cm 각 지점에서 선량을 측정하였고, 뇌정위적 방사선 수술 용 전용 콘 Φ1 cm, Φ2 cm, Φ3 cm과 정방형 조사면 1×1 cm2, 2×2 cm2, 3×3 cm2에서 동일한 측정 깊이에서 측정을 하였다.
뇌정위적 방사선 수술 용 전용 콘 Φ1 cm, Φ3 cm을 각각 삽입하고 물리학적 조사면(90%) 내에서는 1 mm 간격으로 이동하면서 측정하였고, 반음영영역(20~80%)에서는 0.5 mm 간격으로 이동하며 측정하였다.
뇌정위적 방사선 수술용 콘과 정방형 조사면 크기에 따른 출력선량의 변화를 측정하기 위하여 물 팬톰과 측정기를 연결하였고, Omipro-Accept 프로그램과 전류계를 이용하여 측정하였다. 선원-표면간거리를 100 cm로 하고 콘을 Φ1 cm, Φ2 cm, Φ3 cm을 삽입하여 최대선량지점에서 각각 측정하였다.
동일한 기하학적 조건으로 정방형 조사면 1×1 cm2, 3×3 cm2에서 각각 3회 반복하여 측정하였다(그림 2).
또한, 조사면 크기에 따른 선질 변화를 측정하기 위해 IAEA TRS-398이 권고하는 PDD20,10비를 통해 각 조사면에 따라 비교하였다. 정확한 측정값을 얻기 위해 3회 반복 측정하였다(그림 1).
06 mm이다. 방사선원은 6 MV 광자선을 사용하였고, 선원- 물 팬텀의 표면과의 거리는 100 cm으로 하였고, 측정기 홀더에 SFD 측정기를 부착시켰다. 선량은 최대선량지점(Dmax : 1.
방사선원은 6 MV 광자선을 사용하였고, 선원- 물 팬텀의 표면과의 거리는 100 cm으로 하였고, 측정기 홀더에 SFD 측정기를 부착시켰다. 선량은 최대선량지점(Dmax : 1.5 cm)에 100 cGy를 처방하였다. 기준 조사면과 비교를 위하여 10×10 cm2 조사면에서 1.
선량의 측면도를 측정하기 위하여 물 팬톰과 SFD 측정기를 연결하였고, Omipro-Accept 프로그램과 전류계를 연결하였다. 물 팬텀의 표면에서 측정이 이루어지는 경우 측정기의 움직이나 물의 출렁거림으로 인한 선량의 측면도에 오차 요인이 발생할 수 있으므로 선원 표면간 거리를 95 cm로 하고 측정 깊이는 5 cm로 하였다(Source to Detector Distance : 100 cm).
선원-표면간거리를 100 cm로 하고 콘을 Φ1 cm, Φ2 cm, Φ3 cm을 삽입하여 최대선량지점에서 각각 측정하였다.
대상 데이터
이때 SFD는 p형 실리콘 검출기 칩을 사용하였고, 유효 측정점은 0.5±0.15 mm를 가지고 있으며, 칩 크기는 0.95/0.5 mm(side. thickness), active area는 원형, active area의 지름은 0.6 mm, active volume 두께는 0.06 mm이다.
성능/효과
각각의 콘 크기와 정방형 조사면에서 측정 된 값은 최대선량지점으로 정규화(Normalization) 한 후 PDD를 비교하였으며, 그 결과 기준조사면 10×10 cm2에 대해 5 cm 깊이에서 Φ1 cm 콘은 약 10% 낮은 PDD 값을 보였고, 1×1 cm2 정방형 조사면은 약 9% 낮게 측정되어 나타났다.
그러나 방사선 수술을 위한 치료계획 시 부정확한 선량의 반영을 일을 킬 수 있는 반음영 영역 크기는 Φ1 cm 콘 대 1×1 cm2와 Φ3 cm 콘 대 3×3 cm2를 측정한 결과 뇌정위적 방사선 수술용 콘을 이용한 것이 20% 정도 반 음영 크기가 작게 나타나 Guru Parasad 등4)이 보고대로 치료계획 시 보다 정확한 선량을 전달 할 수 있을 것이라 사료된다.
기준 조사면에 따른 PDD값은 각각의 콘 크기와 정방형 조사면에 따라 깊이에 따라 최대 28% 차이를 보였다. 또한, Φ1 cm 콘 대 1×1 cm2, Φ2 cm 콘 대 2×2 cm2, Φ3 cm 콘 대 3×3 cm2의 PDD의 변화는 Φ1 cm 콘 대 1×1 cm2의 깊이에서 7% 최대 차이를 보였고, 다른 조사면, 깊이에서는 2% 내외의 차이를 보였다(표 1).
따라서 본 실험을 통해 뇌정위적 방사선 수술 시 전용 콘을 이용한 방법이 반음영크기 및 MU(Monitor Unit)의 증가에 영향을 주는 출력선량 측면에서는 유효하다고 사료되며, PDD 및 선질의 변화 측면에서는 방사선 수술 전용 콘과 정방형 조사면이 치료계획과 선량 처방하는 데 있어 크게 영향이 없다고 판단된다.
본 실험에서는 반음영 영역은 20~80% 지점으로 정의하였고, 각각의 조사면에 대해 SFD 측정기를 이용하여 Φ1 cm, Φ3 cm 콘에서의 선량측면도를 측정한 결과 반음영 영역 크기는 각각 3 mm, 4 mm를 나타났다.
또한 출력선량은 선량을 처방하고 전달하는데 있어 중요한 값으로서 조사면의 크기가 작을수록 콜리메터에 의한 산란선의 기여가 작게 되어 기준조사면 보다 작게 된다. 본 실험에서도 기준 조사면에 대해 콘 조사면, 정방형 조사면 모두에서 출력선량이 감소했으며, 정방형 조사면이 뇌정위적 방사선 수술 전용 콘 조사면보다 출력선량의 감소가 더 컸다.
본 실험을 통해 SFD 측정기를 이용하여 최대선량 지점에서 출력선량을 측정한 결과 Φ1 cm, Φ2 cm, Φ3 cm에서는 각각 0.813, 0.906, 0,929로 나타났으며, 1×1 cm2, 2×2 cm2, 3×3 cm2에서의 출력선량은 각각 0.788, 0.865, 0.892를 보여 수술 전용 콘에서 정방형 조사면 보다 약 3% 출력선량이 증가한 값을 나타냈다(표 3).
실험을 통해 뇌정위적 방사선 수술용 전용 콘과 정방형 조사면을 비교한 결과 PDD는 콘 및 정방형 조사면에서는 크게 변화를 나타내지 않았다. 또한 PDD20,10의 비를 통한선질의 특성변화도 모든 조사면에서 1% 이내로 변화를 보이지 않았다.
조사면에 따른 선질 변화를 측정하기 위해 PDD20,10의 비를 비교한 결과 Φ1 cm 콘 대 1×1 cm2에서 9%의 선질의 변화를 보였고, Φ2 cm 콘 대 2×2 cm2 , Φ3 cm 콘대 3×3 cm2 조사면에서는 1% 내의 선질의 변화를 보였다(표 2).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선형가속기를 기반으로 한 뇌정위적 방사선 수술에 이용되는 조사면의 크기는 얼마인가?
선형가속기를 기반으로 한 뇌정위적 방사선 수술에 이용되는 조사면의 크기는 0.5~3 cm로서 통상적인 방사선치료에 사용되는 조사면의 크기보다 현저히 작게 되며, 이에 따른 소조사면의 선량특성에 관한 정확한 측정이 필요하게 된다.
뇌정위적 방사선수술은 어떤 질병에 적용되는 수술인가?
뇌정위적 방사선수술은 뇌동정맥 기형, 청각 내 신경종, 작은 크기의 전이된 뇌암 등에 적용되는 수술로서 Leksell 에 의해 1951년 처음 시작되었다.
현재 널리 이용되고 있는 뇌정위적 방사선 수술에는 어떤 방법이 있는가?
첫째, 1949년 스웨덴의 Leksell에 의해 개발 된 감마나이프로 201개의 작은 코발트 밀봉소선원이 반구형으로 일정하게 배열된 장치로서 4, 8, 14, 18 mm의 구멍이 있는 콜리메이터가 장착된 헬멧을 통하여 뇌 속에 있는 병소에 집중적으로 방사선을 조사하여 수술하는 방법이다2).
둘째, 선형가속기의 급속적인 발달과 더불어 선형가속기에 방사선수술 전용 콘을 부착하여 동일한 면(Coplanar) 및 동일한 평면이 아닌 면(Non-Coplanar)에서 진자조사나 회전조사를 시행하는 방법이 있다.
참고문헌 (5)
Houdek P.V, Fayos J.V, Van buren J.M, ginsberg M.S : Stereotaxic radiotherapy technique for small intracranial lesions. Med. Phys. 12;469-472; 1985
Kalefezra J, Bazioglou M, Theodorou K, Kappas C : A rhantom for dosimetric characterization of small radiation fields : design and use; Medical dosimetry; 25; 9-15; 2000
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