본 논문의 목적은 쐐기필터를 사용한 방사선조사면에서 다양한 조직전자밀도가 선량분포에 미치는 영향을 분석하고자 함이다. 구성된 물질에 따라 밀도가 다른 고체 팬텀, 코르크팬텀, 그리고 공기층에서 동적쐐기필터와 금속쐐기필터를 이용하여 선량분포의 변형정도를 평가하였다. 본 실험에서는 매질 내 삽입이 용이하고 우수한 선량특성을 가지고 있는 레디오크로믹 필름(Gafchromic EBT2, International Speciality Products, NJ)을 사용하였다. 선형가속기 6 MV 광자선을 이용해서 $10{\times}10cm^2$ 조사면에 400 MU를 조사하였다. 필름의 선량분포는 선량 분석프로그램을 이용하여 조사면 내 영역과 반음영 영역을 분석하였다. 조직의 밀도가 같을 때 동적쐐기필터와 금속 쐐기필터의 선량분포는 금속 쐐기필터 선량이 동적쐐기필터 선량보다 높게 나타났다. 조직전자밀도가 다른 부위에 쐐기필터의 종류에 따른 선량분포는 고체팬텀과 코르크 팬텀에서 2% 이내 차이를 나타내고 있었다. 그러나 공기층에서 선량분포는 고체팬텀이나 코르크 팬텀의 선량분포와 큰 차이를 보이고 있다. 공기층에서 쐐기필터의 선량분포는 쐐기 사용 효과가 나타나지 않고 있다. 쐐기필터의 두꺼운 부분과 얇은 부분 밖에서 반음영의 크기는 1 cm에서 2 cm 정도 크게 두꺼운 부분에서 크게 나타났다. 그리고 금속 쐐기필터에서 반음영이 동적쐐기필터 보다 평균 6.4%정도 높게 반음영이 나타났다. 본 실험을 통해 공기층과 같이 조직전자밀도 현저히 작은 매질에서는 쐐기필터의 효과가 크게 떨어지는 것과 불균질 물질에 따라 흡수되는 선량분포가 크게 변형되는 것을 알 수 있었다. 따라서 조직전자밀도의 차이가 큰 부위의 방사선치료계획 시 쐐기필터의 적용에 따른 적절한 보정이 이루어져야 한다.
본 논문의 목적은 쐐기필터를 사용한 방사선조사면에서 다양한 조직전자밀도가 선량분포에 미치는 영향을 분석하고자 함이다. 구성된 물질에 따라 밀도가 다른 고체 팬텀, 코르크팬텀, 그리고 공기층에서 동적쐐기필터와 금속쐐기필터를 이용하여 선량분포의 변형정도를 평가하였다. 본 실험에서는 매질 내 삽입이 용이하고 우수한 선량특성을 가지고 있는 레디오크로믹 필름(Gafchromic EBT2, International Speciality Products, NJ)을 사용하였다. 선형가속기 6 MV 광자선을 이용해서 $10{\times}10cm^2$ 조사면에 400 MU를 조사하였다. 필름의 선량분포는 선량 분석프로그램을 이용하여 조사면 내 영역과 반음영 영역을 분석하였다. 조직의 밀도가 같을 때 동적쐐기필터와 금속 쐐기필터의 선량분포는 금속 쐐기필터 선량이 동적쐐기필터 선량보다 높게 나타났다. 조직전자밀도가 다른 부위에 쐐기필터의 종류에 따른 선량분포는 고체팬텀과 코르크 팬텀에서 2% 이내 차이를 나타내고 있었다. 그러나 공기층에서 선량분포는 고체팬텀이나 코르크 팬텀의 선량분포와 큰 차이를 보이고 있다. 공기층에서 쐐기필터의 선량분포는 쐐기 사용 효과가 나타나지 않고 있다. 쐐기필터의 두꺼운 부분과 얇은 부분 밖에서 반음영의 크기는 1 cm에서 2 cm 정도 크게 두꺼운 부분에서 크게 나타났다. 그리고 금속 쐐기필터에서 반음영이 동적쐐기필터 보다 평균 6.4%정도 높게 반음영이 나타났다. 본 실험을 통해 공기층과 같이 조직전자밀도 현저히 작은 매질에서는 쐐기필터의 효과가 크게 떨어지는 것과 불균질 물질에 따라 흡수되는 선량분포가 크게 변형되는 것을 알 수 있었다. 따라서 조직전자밀도의 차이가 큰 부위의 방사선치료계획 시 쐐기필터의 적용에 따른 적절한 보정이 이루어져야 한다.
The purpose of this study is to analyze the dose distribution when wedge filter is used in the various tissue electron density materials. The dose distribution was assessed that the enhanced dynamic wedge filter and physical wedge filter were used in the solid water phantom, cork phantom, and air ca...
The purpose of this study is to analyze the dose distribution when wedge filter is used in the various tissue electron density materials. The dose distribution was assessed that the enhanced dynamic wedge filter and physical wedge filter were used in the solid water phantom, cork phantom, and air cavity. The film dosimetry was suitable simple to measure 2D dose distribution. Therefore, the radiochromic films (Gafchromic EBT2, ISP, NJ, USA) were selected to measure and to analyze the dose distributions. A linear accelerator using 6 MV photon were irradiated to field size of $10{\times}10cm^2$ with 400 MUs. The dose distributions of EBT2 films were analyzed the in-field area and penumbra regions by using dose analysis program. In the dose distributions of wedge field, the dose from a physical wedge was higher than that from a dynamic wedge at the same electron density materials. A dose distributions of wedge type in the solid water phantom and the cork phantom were in agreements with 2%. However, the dose distribution in air cavity showed the large difference with those in the solid water phantom or cork phantom dose distributions. Dose distribution of wedge field in air cavity was not shown the wedge effect. The penumbra width, out of the field of thick and thin, was observed larger from 1 cm to 2 cm at the thick end. The penumbra of physical wedge filter was much larger average 6% than the dynamic wedge filter. If the physical wedge filter is used, the dose was increased to effect the scatter that interacted with photon and physical wedge. In the case of difference in electron like the soft tissue, lung, and air, the transmission, absorption, and scattering were changed in the medium at high energy photon. Therefore, the treatment at the difference electron density should be inhomogeneity correction in treatment planning system.
The purpose of this study is to analyze the dose distribution when wedge filter is used in the various tissue electron density materials. The dose distribution was assessed that the enhanced dynamic wedge filter and physical wedge filter were used in the solid water phantom, cork phantom, and air cavity. The film dosimetry was suitable simple to measure 2D dose distribution. Therefore, the radiochromic films (Gafchromic EBT2, ISP, NJ, USA) were selected to measure and to analyze the dose distributions. A linear accelerator using 6 MV photon were irradiated to field size of $10{\times}10cm^2$ with 400 MUs. The dose distributions of EBT2 films were analyzed the in-field area and penumbra regions by using dose analysis program. In the dose distributions of wedge field, the dose from a physical wedge was higher than that from a dynamic wedge at the same electron density materials. A dose distributions of wedge type in the solid water phantom and the cork phantom were in agreements with 2%. However, the dose distribution in air cavity showed the large difference with those in the solid water phantom or cork phantom dose distributions. Dose distribution of wedge field in air cavity was not shown the wedge effect. The penumbra width, out of the field of thick and thin, was observed larger from 1 cm to 2 cm at the thick end. The penumbra of physical wedge filter was much larger average 6% than the dynamic wedge filter. If the physical wedge filter is used, the dose was increased to effect the scatter that interacted with photon and physical wedge. In the case of difference in electron like the soft tissue, lung, and air, the transmission, absorption, and scattering were changed in the medium at high energy photon. Therefore, the treatment at the difference electron density should be inhomogeneity correction in treatment planning system.
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문제 정의
쐐기필터가 치료 시에 사용되면 방사선 투과와 산란선 때문에 조직의 종류에 따라서 선량분포에 변화가 나타날 것이다. 그러므로 본 논문의 목적은 조직의 밀도가 다른 고체팬텀, 코르크팬텀, 그리고 공기층에서 동적쐐기 필터와 금속 쐐기필터가 사용 될 때 선량분포를 비교하였다. 그리고 금속쐐기필터와 동적쐐기필터가 사용될 때 반음영 영역에서 선량분포를 분석하였다.
제안 방법
측정 깊이는 50 % 선량분포 깊이에서 측정하지 않고 ICRU 24(1776)에 따라 10 ㎝ 깊이에서 측정하였다.(Fig. 1) 인체 내에서 조직의 밀도가 다를 때 선량분포를 측정하기 위해 다음과 같은 조건으로 선량분포를 측정하였다.
1. 인체 정상조직 내에서 쐐기필터를 사용하였을 때 선량분포는 고체팬텀(SP33, IBA, Gremany)를 사용하여 측정하였다. EBT2 필름은 10㎝ 깊이에 위치시키고 10×10㎠ 조사면에서 400 MU를 조사하였다.
EBT2 필름은 EBT 필름의 단점인 조사 후 선량의 변화, 자외선과 높은 열에 대한 민감도, 낮은 선량에서 광학 농도 포화가 개선되었다.11) 그러므로 본 논문에서는 보다 정확한 공간적 선량분포 측정을 위해 EBT2 필름을 사용하였다.
2. 인체 폐조직 내에서 쐐기필터를 사용하였을 때 선량 분포는 자체 제작한 코르크 팬텀(0.3 g/㎤)을 사용하여 측정하였다. 표면에서 3㎝ 깊이까지 고체팬텀을 위치시키고, 두께 7㎝ 코르크팬텀을 놓았다.
그리고 금속쐐기필터와 동적쐐기필터가 사용될 때 반음영 영역에서 선량분포를 분석하였다. 2차원적 선량분포 측정에 가장 적합하고, 간편하게 사용할 수 있는 필름을 사용해서 측정하였다.
3. 인체 공기층 내에서 쐐기필터를 사용하였을 때 선량 분포는 임의로 공기층을 만들어서 측정하였다. 표면에서 3㎝ 깊이까지 고체팬텀을 위치시키고 두께 7 ㎝ 공기층을 만들었다.
조사 후 필름농도의 안정화를 위해 24시간 동안 필름을 보관한 다음 EBT2 필름은 스캐너(Dosimetry Pro, Vidar, VA)를 사용하여 가로방향으로 스캔하였다. EBT2 필름은 스캔방향에 따라 농도치가 달라지므로 필름의 방향성에 영향을 받지 않기 위해 가로방향으로 스캔하였다. 그리고 선량분석 프로그램(OmniPro-IMRT, Wellhofer, Germany) 을 이용하여 Y축 방향 중심에서 선량분포를 측정하였다.
쐐기필터를 사용하면 표면선량이 증가 할뿐 만 아니라 측방산란선도 증가한다4). 그러므로 동적쐐기필터와 금속쐐기필터가 사용될 때 쐐기의 두꺼운 쪽과 얇은 쪽의 반음영 차이에 대해 분석하였다. 그리고 조직전자밀도와 쐐기필터의 종류에 따른 반음영에 대해 분석하였다.
그러므로 본 논문의 목적은 조직의 밀도가 다른 고체팬텀, 코르크팬텀, 그리고 공기층에서 동적쐐기 필터와 금속 쐐기필터가 사용 될 때 선량분포를 비교하였다. 그리고 금속쐐기필터와 동적쐐기필터가 사용될 때 반음영 영역에서 선량분포를 분석하였다. 2차원적 선량분포 측정에 가장 적합하고, 간편하게 사용할 수 있는 필름을 사용해서 측정하였다.
EBT2 필름은 스캔방향에 따라 농도치가 달라지므로 필름의 방향성에 영향을 받지 않기 위해 가로방향으로 스캔하였다. 그리고 선량분석 프로그램(OmniPro-IMRT, Wellhofer, Germany) 을 이용하여 Y축 방향 중심에서 선량분포를 측정하였다. 인체 조직전자밀도가 다른 부위에 쐐기필터가 사용되었을 때 쐐기필터의 종류에 따른 선량분포의 변화를 분석하였다.
인체 조직전자밀도가 다른 부위에 쐐기필터가 사용되었을 때 쐐기필터의 종류에 따른 선량분포의 변화를 분석하였다. 그리고 인체 조직전자밀도가 같은 부의에 동적쐐기필터와 금속쐐기필터를 사용하였을 때 선량분포의 변화를 분석하였다. 쐐기필터를 사용하면 표면선량이 증가 할뿐 만 아니라 측방산란선도 증가한다4).
그러므로 동적쐐기필터와 금속쐐기필터가 사용될 때 쐐기의 두꺼운 쪽과 얇은 쪽의 반음영 차이에 대해 분석하였다. 그리고 조직전자밀도와 쐐기필터의 종류에 따른 반음영에 대해 분석하였다.
그리고 측정조건은 SSD 90 ㎝, 조사면 10×10㎠에서 측정하였다.
그리고 코르크팬텀 아래 EBT2 필름을 위치시키고 10×10㎠ 조사면에서 400 MU를 조사하였다.
금속쐐기(Physical Wedge) 필터는 선형가속기에 정해져 있는 쐐기각도 대로 선속의 중심에 장착해서 선량분포를 변화시킨다1). 금속쐐기의 선량분포 측정은 물팬텀에서 전리함을 사용하여 측정하였고, 쐐기필터 계수도 전리함을 이용하여 측정한다2). 동적 쐐기(Enhanced Dynamic Wedge)필터는 임의의 쐐기각을 만들 때 Y1 또는 Y2 콜리메이터가 방사선이 조사되는 동안 움직여서 쐐기각을 만든다.
인체 조직의 종류가 같을 때 15°동적쐐기필터와 금속 쐐기필터의 사용에 따른 선량분포를 비교하였다.
인체 조직의 종류가 같을 때 60 동적쐐기필터와 금속 쐐기필터의 사용에 따른 선량분포를 비교하였다. 15 쐐기 필터와 비슷하게 고체 팬텀에서 선량분포는 금속 쐐기필터의 선량이 동적쐐기필터에서의 선량보다 높게 분포하였다.
그리고 선량분석 프로그램(OmniPro-IMRT, Wellhofer, Germany) 을 이용하여 Y축 방향 중심에서 선량분포를 측정하였다. 인체 조직전자밀도가 다른 부위에 쐐기필터가 사용되었을 때 쐐기필터의 종류에 따른 선량분포의 변화를 분석하였다. 그리고 인체 조직전자밀도가 같은 부의에 동적쐐기필터와 금속쐐기필터를 사용하였을 때 선량분포의 변화를 분석하였다.
조직전자밀도가 다를 때 15°동적쐐기필터와 금속 쐐기 필터의 사용에 따른 선량분포를 비교하였다.
조직전자밀도가 다를 때 60°동적쐐기필터와 금속 쐐기 필터의 사용에 따른 선량분포를 비교하였다.
그리고 공기층 아래 EBT2 필름을 위치시키고 10×10㎠ 조사면에서 400 MU를 조사하였다.
본 실험은 쐐기각 기준 깊이에서 선량분포 측정을 위해 Gafchromic EBT2(International Speciality Products, Wayne, NJ) 필름을 사용하였다. EBT2 필름의 활동층(Active layer)은 노란색으로 염색되어 있다.
쐐기필터를 사용하였을 때 선량분포는 선형가속기(21EX, Varian, Palo Alto) 6 MV 에너지를 사용하였다. 쐐기필터는 금속쐐기와 동적쐐기 15°, 60°를 사용하였다.
이론/모형
그리고 측정조건은 SSD 90 ㎝, 조사면 10×10㎠에서 측정하였다. 측정 깊이는 50 % 선량분포 깊이에서 측정하지 않고 ICRU 24(1776)에 따라 10 ㎝ 깊이에서 측정하였다.(Fig.
성능/효과
15° 금속 쐐기필터가 고체팬텀에서 사용될 때 선량분포를 기준으로 분석하면, 코르크팬텀에서 선량 차이는 평균 1.7%, 공기층에서 선량 차이는 평균 10.4 % 나타났다(Fig. 4b).
15°금속 쐐기필터를 사용하였을 때 고체팬텀에서 선량분포를 기준으로 조사면 내에서 선량분포는 코르크팬텀에서 최대 약 10 %, 공기층에서는 최대 약 25 % 정도의 차이가 나타났다.
15°금속 쐐기필터를 사용하였을 때 고체팬텀에서 선량분포를 기준으로 조사면 밖 반음영 영역에서 선량분포는 코르크팬텀에서 최대 약 8 %, 공기층에서는 최대 약 30 % 정도의 차이가 나타났다(Fig. 5b).
15°동적쐐기필터가 고체팬텀에서 사용될 때 선량분포를 기준으로 분석하면, 코르크팬텀에서 선량 차이는 평균 2.2 %, 공기 층에서 선량 차이는 평균 10.8 % 나타났다(Fig. 4a).
15°동적쐐기필터를 사용하였을 때 고체 팬텀에서 선량분포를 기준으로 조사면 밖 반음영 영역에서 선량분포는 코르크팬텀에서 최대 약 15 %, 공기층에서는 최대 약 35% 정도의 차이가 나타났다(Fig. 7a).
15°동적쐐기필터를 사용하였을 때 고체팬텀에서 선량 분포를 기준으로 조사면 내에서 선량분포는 코르크팬텀에서 최대 약 8 %, 공기층에서는 최대 약 20 % 정도의 차이가 나타났다.
15°동적쐐기필터를 사용하였을 때 고체팬텀에서 선량분포를 기준으로 조사면 밖 반음영 영역에서 선량분포는 코르크팬텀에서 최대 약 16 %, 공기층에서는 최대 약 34% 정도의 차이가 나타났다(Fig. 5a).
그러므로 치료계획 장치에서 조직의 밀도가 다른 부위 방사선치료는 불균질 보정이 이루어 져야한다.5) 쐐기 필터를 사용하였을 때 선량분포는 물팬텀에서 측정한 선량분포와 쐐기필터 인자를 사용한다. 그러므로 치료계획 시에 폐나, 공기가 포함된 치료영역에서 쐐기필터가 사용될 때, 불균질 보정이 되었는지 확인해야 한다.
60° 금속 쐐기필터를 사용하였을 때 고체팬텀에서 선량분포를 기준으로 조사면 내에서 선량분포는 코르크팬텀에서 최대 약 10 %, 공기층에서는 최대 약 25 % 정도의 차이가 나타났다.
60°고정형 쐐기필터가 고체팬텀에서 사용될 때 선량분포를 기준으로 분석하면, 코르크팬텀에서 선량 차이는 평균 1.8 %, 공기층에서 선량 차이는 평균 13.5 % 나타났다(Fig. 6b).
60°금속 쐐기필터를 사용하였을 때 고체팬텀에서 선량분포를 기준으로 조사면 밖 반음영 영역에서 선량분포는 코르크팬텀에서 최대 약 15 %, 공기층에서는 최대 약 35% 정도의 차이가 나타났다(Fig. 7b).
60°동적쐐기필터가 고체팬텀에서 사용될 때 선량분포를 기준으로 분석하면, 코르크팬텀에서 선량 차이는 평균 2.2%, 공기 층에서 선량 차이는 평균 11.9 % 나타났다(Fig. 6a).
60°동적쐐기필터를 사용하였을 때 고체팬텀에서 선량 분포를 기준으로 조사면 내에서 선량분포는 코르크팬텀에서 최대 약 13 %, 공기층에서는 최대 약 450 % 정도의 차이가 나타났다.
그래서 레디오 크로믹 필름은 방사선치료 분야인 선형가속기, 근접치료, 양성자장치, 정위적 방사선 수술 장치 등에 많이 사용되고 있다7-10). EBT2 필름은 EBT 필름의 단점인 조사 후 선량의 변화, 자외선과 높은 열에 대한 민감도, 낮은 선량에서 광학 농도 포화가 개선되었다.11) 그러므로 본 논문에서는 보다 정확한 공간적 선량분포 측정을 위해 EBT2 필름을 사용하였다.
5 %의 차이를 보였다. 그리고 기하학적 본영 범위 90% 선량분포 내에서 1.5 % 선량 차이가 나타났으며, 기하학적 조사면 50 % 선량분포 내에서 1.7 % 차이가 나타났다.
0%의 차이를 보였다. 그리고 기하학적 본영 범위 90% 선량분포 내에서 1.5% 선량 차이가 나타났으며, 기하학적 조사면 50% 선량분포 내에서 2.3% 차이가 나타났다. 같은 조직 내에서 선량분포는 60°쐐기필터가 15°쐐기필터 보다 큰 차이를 보여주었다.
같은 쐐기필터 각을 사용했을 때 동적쐐기필터와 금속 쐐기필터 반음영(20 %~80 %)을 분석하였다. 금속 쐐기필터가 최소 1.2 %에서 최대 14.7 %까지 동적쐐기필터보다 반음영의 크기가 높게 나타났으며, 평균 6.4 %정도 높게 반음영이 나타났다. 조직의 밀도가 다를 때 반음영의 크기는 공기층에서 반음영의 크기가 고체팬텀에 비해 1.
그러므로 금속 쐐기필터가 사용되면 산란선의 영향으로 동적쐐기필터보다 선량이 증가하게 된다. 본 연구에서는 10 ㎝에서 선량분포가 측정되었는데 금속 쐐기필터의 선량분포가 높게 형성되었다. 피부 쪽에서 선량은 산란선의 영향을 더 많이 받으므로 피부선량이 더 증가한다13).
4 %정도 높게 반음영이 나타났다. 조직의 밀도가 다를 때 반음영의 크기는 공기층에서 반음영의 크기가 고체팬텀에 비해 1.3배에서 7배 정도 크게 나타났다. 쐐기필터가 두꺼운 부분 반음영의 크기가 얇은 부분 반음영의 크기보다 1㎝에서 2 ㎝정도 크게 나타났다.
코르크팬텀에서 선량분포는 고체팬텀 선량분포와 ±2% 정도의 차이를 보이고 있지만, 공기층 선량분포는 약 ±12% 차이로 쐐기필터를 사용한 효과가 나타나지 않았다.
후속연구
그러므로 치료계획 시에 폐나, 공기가 포함된 치료영역에서 쐐기필터가 사용될 때, 불균질 보정이 되었는지 확인해야 한다. 쐐기필터를 이용한 불균질 부분의 방사선치료가 시행된다면, 실험적 선량분포와 치료계획상 선량분포에 대한 비교가 연구되어야 할 것이다. 실험적 선량분포의 분석은 필름을 사용하므로 간편하고, 정확하게 공간적 선량분포를 얻을 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쐐기필터의 사용목적은 무엇인가?
쐐기필터는 광자선 치료 시 인체 내 선량분포를 균등하게 만들어 주기 위해 사용한다. 금속쐐기(Physical Wedge) 필터는 선형가속기에 정해져 있는 쐐기각도 대로 선속의 중심에 장착해서 선량분포를 변화시킨다1) .
금속쐐기는 무엇이 많이 발생하는가?
금속쐐기는 철, 구리, 납, 알루미늄과 같은 고밀도 물질로 만들어져 있다. 그러므로 방사선속이 쐐기 투과 시 선량 감쇄와 산란선이 많이 발생한다. 따라서 금속쐐기의 사용은 치료시간과 환자 피부선량을 증가시킨다.
금속쐐기(Physical Wedge) 필터는 무엇을 변화시키는가?
쐐기필터는 광자선 치료 시 인체 내 선량분포를 균등하게 만들어 주기 위해 사용한다. 금속쐐기(Physical Wedge) 필터는 선형가속기에 정해져 있는 쐐기각도 대로 선속의 중심에 장착해서 선량분포를 변화시킨다1) . 금속쐐기의 선량분포 측정은 물팬텀에서 전리함을 사용하여 측정하였고, 쐐기필터 계수도 전리함을 이용하여 측정한다2) .
참고문헌 (13)
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S. Chiu-Tsao, D. Medich, J. Munro : The use of new Gafchromic EBT film for 125I seed dosimetry in solid water phantom, Med. Phys., 35, 3787-3799, 2008
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