[논문]웹 기반 표준한국인 장기 흡수선량 및 유효선량 평가 시스템 개발

박수연; 염연수; 김재현; 이현수; 한민철; 정종휘; 김찬형

doi:10.14407/jrp.2014.39.1.030

웹 기반 표준한국인 장기 흡수선량 및 유효선량 평가 시스템 개발
Development of Reference Korean Organ and Effective Dose Calculation Online System 원문보기

방사선방어학회지 = Radiation protection : the journal of the Korean association for radiation protection, v.39 no.1, 2014년, pp.30 - 37

박수연 (한양대학교 원자력공학과) , 염연수 (한양대학교 원자력공학과) , 김재현 (한양대학교 원자력공학과) , 이현수 (한양대학교 원자력공학과) , 한민철 (한양대학교 원자력공학과) , 정종휘 (국립암센터) , 김찬형 (한양대학교 원자력공학과)

초록
AI-Helper

최근 표준한국인 성인남녀 복셀 팬텀 한 쌍인 High-Definition Reference Korean-Man (HDRK-Man)과 High-Definition Reference Korean-Woman (HDRK-Woman)을 개발한 바 있다. HDRK-Man과 HDRK-Woman은 각각 한국인 성인 남성과 여성을 대표하므로 이들을 이용하면 한국인 고유의 유효선량을 계산할 수 있다. 이러한 한국인 고유의 유효선량을 계산하기 위해서는 표준한국인 팬텀을 이용한 몬테칼로 선량계산을 수행하여야 한다. 하지만 이러한 몬테칼로 선량계산은 전산인체모델에 대한 이해와 고도의 몬테칼로 전산모사 기술이 요구되기 때문에 몬테칼로 전산모사 경험이 적은 연구자들에게는 접근성이 용이하지 않다. 최근 UFPE (Federal University of Pernambuco) 연구팀에서는 몬테칼로 선량계산 온라인 시스템인 CALDOSE_X를 운영하고 있다. CALDOSE_X는 사용자가 온라인상에서 직접 입력한 선원조건에 따라 곧바로 몬테칼로 선량계산을 수행하고 계산된 결과를 제공해주는 온라인 서비스이다. 따라서 CALDOSE_X를 이용하면 몬테칼로 전산모사 경험 없이도 누구나 쉽게 원하는 선원조건에 대한 선량계산을 수행할 수 있다. 하지만 CALDOSE_X에서 제공하는 선량값은 서양인 전산팬텀을 이용하기 때문에, 이를 한국인 종사자에 대한 방사선 방호목적으로 사용하기에는 여전히 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 온라인상에서 사용자가 입력한 선원조건에 따라 실시간으로 표준 한국인에 대한 유효선량을 계산할 수 있는 웹 기반 표준한국인 선량평가 시스템을 구축하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently High-Definition Reference Korean-Man (HDRK-Man) and High-Definition Reference Korean-Woman (HDRK-Woman) were constructed in Korea. The HDRK phantoms were designed to represent respectively reference Korean male and female to calculate effective doses for Korean by performing Monte Carlo dose calculation. However, the Monte Carlo dose calculation requires detailed knowledge on computational human phantoms and Monte Carlo simulation technique which regular researchers in radiation protection dosimetry and practicing health physicists do not have. Recently the UFPE (Federal University of Pernambuco) research group has developed, and opened to public, an online Monte Carlo dose calculation system called CALDOSE_X(www.caldose.org). By using the CALDOSE_X, one can easily perform Monte Carlo dose calculations. However, the CALDOSE_X used caucasian phantoms to calculate organ doses or effective doses which are limited for Korean. The present study developed an online reference Korean dose calculation system which can be used to calculate effective doses for Korean.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

먼저, 표준한국인 남녀 복셀 팬텀(HDRK-Man, HDRK-Woman)을 클러스터 서버에 설치된 Geant4 몬테칼로 코드에 입력하였다. 본 연구에서는 복셀 데이터를 입력하기 위한 여러 Geant4 클래스들[8] 중 G4VNestedParameterisation 클래스를 이용하여 HDRK-Man과 HDRK-Woman 복셀 팬텀을 Geant4 코드에 입력하였다. G4VNestedParameterisation 클래스를 사용하면 Geant4에서 그림 5와 같이 직육면체 형태의 3차원 공간을 x축, y축, z축에 대해 일정한 간격으로 나누어 복셀을 표현할 수 있다.
본 연구에서는 선량계산을 수행하기 위해 사용자가 온라인상에 접속하기 위한 웹 기반 선량평가 시스템을 구축 하였다. 먼저 여러 사용자가 동시에 선량계산을 수행할 수 있도록 클러스터를 구축하였다.
본 연구에서는 앞서 구축한 웹기반 시스템을 통해 표준 한국인 선량계산을 수행하기 위한 선량평가모듈을 개발하였다. 먼저, 표준한국인 남녀 복셀 팬텀(HDRK-Man, HDRK-Woman)을 클러스터 서버에 설치된 Geant4 몬테칼로 코드에 입력하였다.
본 연구에서는 웹 기반 표준한국인 선량평가 시스템을 개발하였다. 그림 6은 개발된 온라인 시스템의 웹 사이트 (http://hurel.
따라서 선원조건에 맞는 매크로 파일만 제작하면 다시 컴파일을 하지 않아도 선원조건을 새롭게 정의할 수 있다. 이에 본 연구에서는 클러스터 서버로 전송된 선원조건을 Geant4에 맞는 매크로 파일로 변경해주는 프로그램을 제작하였고, 이를 이용하여 선량계산이 수행되도록 하였다.
하지만 CALDOSE_X에서 제공하는 선량값은 서양인을 기준으로 UFPE에서 자체 개발한 전산팬텀을 이용하기 때문에, 이를 한국인 종사자에 대한 방사선 방호목적으로 사용하기에는 여전히 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 표준 한국인에 대한 장기 흡수선량 및 유효선량을 실시간으로 평가할 수 있는 웹 기반 시스템을 구축하였다.

제안 방법

본 연구에서는 웹 기반 표준한국인 선량평가 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 사용자가 온라인에 접속하여 입력한 선원조건에 따라 실시간으로 몬테칼로 선량계산을 수행할 수 있는 높은 접근성을 제공함과 동시에 표준한국인 팬텀을 이용하므로 한국인 고유의 방사선 방호 량을 계산할 수 있다. 따라서 개발된 웹 기반 시스템을 이용하면 몬테칼로 전산모사 기술이 없이도 누구나 원하는 한국인 선량을 쉽게 계산할 수 있기 때문에 특히 국내 방사선작업자들에 대한 방호 연구 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
사용자가 웹 사이트에서 선원 조건을 입력할 수 있도록 GUI 기반의 웹 사이트를 HTML (Hyper Text Markup Language)을 이용하여 제작하였다. 그리고 PHP5 (Personal Hypertext Preprocessor 5) 프로그래밍을 이용 하여 웹 서버에서 클러스터로 접속하여 사용자가 입력한파라메터를 클러스터로 넘겨주는 프로그램을 제작하였다. 이를 위해, 본 연구에서는 PHP 플러그 인 중 하나인 LIBSSH2를 이용하였다[그림 4].
다음으로, 사용자가 온라인상에서 선원 조건을 입력하고 이를 클러스터에 전송할 수 있는 클러스터 통신용 웹사이트를 개발하였다. 웹 사이트 서버는 리눅스 시스템인 Ubuntu 기반으로 구축하였으며, 웹 서버 구축에 필요한 Apache2는 2.
선량결과를 확인하기 위해 사용자가 직접 클러스터에 접근하는 것은 보안상으로도 위험할 뿐만 아니라 사용자 입장에서도 매우 불편 하다. 따라서 계산이 완료된 후 자동으로 사용자가 입력한 이메일 주소로 선량결과를 전송하는 프로그램을 개발 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 메일전송 프로토콜 중 하나인 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)를 통해 사용자의 이메일로 전송되도록 프로그래밍 하였다.
마지막으로 사용자가 계산된 선량결과를 확인할 수 있는 결과전송 프로그램을 개발하였다. 선량결과를 확인하기 위해 사용자가 직접 클러스터에 접근하는 것은 보안상으로도 위험할 뿐만 아니라 사용자 입장에서도 매우 불편 하다.
마지막으로 클러스터로 전송된 선원조건에 따라 선량 계산을 수행하도록 하였다. Geant4에서 선원조건을 정의 하기 위해서는 기본적으로 G4VUserPrimaryGeneratorAction 클래스에서 사용자가 직접 프로그래밍을 해야 한다.
본 연구에서는 선량계산을 수행하기 위해 사용자가 온라인상에 접속하기 위한 웹 기반 선량평가 시스템을 구축 하였다. 먼저 여러 사용자가 동시에 선량계산을 수행할 수 있도록 클러스터를 구축하였다. 클러스터는 Intel Core™ 2 Quad Processor Q6600 (4 CPUs)와 4GB RAM 이 탑재된 컴퓨터 6대로 총 24개의 CPU로 구성되어 있다[그림 2].
14 버전을 설치하였다. 사용자가 웹 사이트에서 선원 조건을 입력할 수 있도록 GUI 기반의 웹 사이트를 HTML (Hyper Text Markup Language)을 이용하여 제작하였다. 그리고 PHP5 (Personal Hypertext Preprocessor 5) 프로그래밍을 이용 하여 웹 서버에서 클러스터로 접속하여 사용자가 입력한파라메터를 클러스터로 넘겨주는 프로그램을 제작하였다.
본 연구에서 개발한 웹 기반 선량평가 시스템을 검증 하기 위하여 MCNPX 몬테칼로 코드를 이용한 유효선량 평가 결과와 비교하였다. 선량 비교를 위해 AP (anterior-posterior), PA (posterior-anterior), LLAT (left lateral) 방향에 대한 0.03-10 MeV의 에너지를 갖는 광자 빔에 대한 유효선량을 계산하였다. 사용한 초기 입자의 수는 10⁷-10⁹개로 계산 결과가 모두 10%이내가 되도록 하였다.
따라서 계산이 완료된 후 자동으로 사용자가 입력한 이메일 주소로 선량결과를 전송하는 프로그램을 개발 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 메일전송 프로토콜 중 하나인 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)를 통해 사용자의 이메일로 전송되도록 프로그래밍 하였다. 이는 C++ 기반으로 작성되었으며, 메일전송에 필요한 프로토콜을 지원하는 cURL 라이브러리를 이용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 앞서 구축한 웹기반 시스템을 통해 표준 한국인 선량계산을 수행하기 위한 선량평가모듈을 개발하였다. 먼저, 표준한국인 남녀 복셀 팬텀(HDRK-Man, HDRK-Woman)을 클러스터 서버에 설치된 Geant4 몬테칼로 코드에 입력하였다. 본 연구에서는 복셀 데이터를 입력하기 위한 여러 Geant4 클래스들[8] 중 G4VNestedParameterisation 클래스를 이용하여 HDRK-Man과 HDRK-Woman 복셀 팬텀을 Geant4 코드에 입력하였다.
사용한 초기 입자의 수는 10⁷-10⁹개로 계산 결과가 모두 10%이내가 되도록 하였다. 본 계산에 사용된 물리모델(physics model)은 Geant4의 경우 G4EMLivermorePhysics이고 MCNPX의 경우 MCPLIB (광자) 및 EL(전자) 라이브러리이다.
본 연구에서는 선량계산을 위해 한양대학교에서 제작한 한국인 남녀 복셀 팬텀 HDRK-Man[5]과 HDRK-Woman[6]을 이용하였다[그림 1]. 이들은 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서 제공하는 해상도 0.

데이터처리

본 연구에서 개발한 웹 기반 선량평가 시스템을 검증 하기 위하여 MCNPX 몬테칼로 코드를 이용한 유효선량 평가 결과와 비교하였다. 선량 비교를 위해 AP (anterior-posterior), PA (posterior-anterior), LLAT (left lateral) 방향에 대한 0.

성능/효과

그림 7과 8은 이메일로 전송된 선량계산 결과를 보여준다. 결과에는 사용자가 입력한 선원조건, 유효선량, 장기선량을 차례로 보여주고 있으며 동시에 계산된 값들의 정확성을 나타내는 상대오차를 보여준다.
03 MeV에 대해서 17%, 18%의 차이를 보였다. 결과적으로 인종간의 해부학적 차이는 고에너지 광자에 대한 선량에는 영향을 미치지 않는 반면에 저에너지 광자에 대한 선량에 유의한 영향을 미치는 것을 확인하였다. 따라서 투과력이 낮은 저에너지 광자 또는 하전입자에 대한 선량 평가를 수행할 경우 인종간의 해부학적 차이를 고려해야 한다.
Geant4 및 MCNPX 코드를 이용한 각각의 유효선량 평가결과를 비교하여 그림 9에 제시하였다. 그 결과 모든 방향 및 에너지에 대해서 대부분 10% 이내로 유의한 차이를 보이지 않았다. 이러한 약간의 차이는 사용된 물리 모델의 차이 및 통계오차 등에 의한 것으로 판단된다.
cURL 라이브러리는 메일 전송에 사용되는 여러 프로토콜(SMTP, POP3, IMAP 등)을 사용할 수 있으며, HTML기반의 메일도 전송이 가능하다. 본 연구에서 개발한 결과 전송 프로그램은 사용자가 편하게 볼 수 있도록 일반 Text 문서가 아닌 HTML 형태로 변환 후 메일로 전송하게끔 제작되었다. 일반 Text 문서로 결과를 보게 될 경우에는 사용자의 운영체제(Windows, Linux, Mac 등), 사용하는 메일 서비스(Naver, Daum, G-mail 등), 웹 브라우저(Explore, Chrome, Firefox 등)에 따라 결과가 제 각기 다르게 정렬 되기 때문에, 사용자의 PC 환경에 따라 정렬이 안 되어있는 결과를 볼 수 있다.
이러한 약간의 차이는 사용된 물리 모델의 차이 및 통계오차 등에 의한 것으로 판단된다. 이와 같이 본 연구에서 개발한 온라인(또는 웹기반) 시스템이 제공하는 선량평가 결과의 유효성을 확인할 수 있었다.

후속연구

개발된 시스템은 사용자가 온라인에 접속하여 입력한 선원조건에 따라 실시간으로 몬테칼로 선량계산을 수행할 수 있는 높은 접근성을 제공함과 동시에 표준한국인 팬텀을 이용하므로 한국인 고유의 방사선 방호 량을 계산할 수 있다. 따라서 개발된 웹 기반 시스템을 이용하면 몬테칼로 전산모사 기술이 없이도 누구나 원하는 한국인 선량을 쉽게 계산할 수 있기 때문에 특히 국내 방사선작업자들에 대한 방호 연구 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 참고로 현재 개발된 시스템은 광자에 의한 외부피폭 선량계산만 가능하다.
참고로 현재 개발된 시스템은 광자에 의한 외부피폭 선량계산만 가능하다. 차후에는 다른 입자 들(예, 전자, 중성자, 양성자 등) 뿐만 아니라 내부피폭선량계산도 가능하도록 지속적인 업데이트를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	한국인 고유의 유효선량을 계산하기 위해서는 무엇이 수행되어야 하는가?	HDRK-Man과 HDRK-Woman은 각각 한국인 성인 남성과 여성을 대표하므로 이들을 이용하면 한국인 고유의 유효선량을 계산할 수 있다. 이러한 한국인 고유의 유효선량을 계산하기 위해서는 표준한국인 팬텀을 이용한 몬테칼로 선량계산을 수행하여야 한다. 하지만 이러한 몬테칼로 선량계산은 전산인체모델에 대한 이해와 고도의 몬테칼로 전산모사 기술이 요구되기 때문에 몬테칼로 전산모사 경험이 적은 연구자들에게는 접근성이 용이하지 않다.
	몬테칼로 선량계산 온라인 시스템인 CALDOSE_X란 무엇인가?	최근 UFPE (Federal University of Pernambuco) 연구팀에서는 몬테칼로 선량계산 온라인 시스템인 CALDOSE_X를 운영하고 있다. CALDOSE_X는 사용자가 온라인상에서 직접 입력한 선원조건에 따라 곧바로 몬테칼로 선량계산을 수행하고 계산된 결과를 제공해주는 온라인 서비스이다. 따라서 CALDOSE_X를 이용하면 몬테칼로 전산모사 경험 없이도 누구나 쉽게 원하는 선원조건에 대한 선량계산을 수행할 수 있다.
	HDRK-Man과 HDRK-Woman으로 무엇을 할 수 있는가?	최근 표준한국인 성인남녀 복셀 팬텀 한 쌍인 High-Definition Reference Korean-Man (HDRK-Man)과 High-Definition Reference Korean-Woman (HDRK-Woman)을 개발한 바 있다. HDRK-Man과 HDRK-Woman은 각각 한국인 성인 남성과 여성을 대표하므로 이들을 이용하면 한국인 고유의 유효선량을 계산할 수 있다. 이러한 한국인 고유의 유효선량을 계산하기 위해서는 표준한국인 팬텀을 이용한 몬테칼로 선량계산을 수행하여야 한다.

참고문헌 (8)

International Commission on Radiological Protection. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 103. Oxford; ELSEVIER Press. 2008.
International Commission on Radiological Protection. Adult Reference Computational Phantoms. ICRP Publication 110. Oxford; ELSEVIER Press. 2009.
International Commission on Radiological Protection. Conversion Coefficients for Radiological Protection Quantities for External Radiation Exposures. ICRP Publication 116. Oxford; ELSEVIER Press. 2010.
International Commission on Radiological Protection. Basic Anatomical and Physiological Data for Use in Radiological Protection: Reference Values. ICRP Publication 89. Oxford; Pergamon Press. 2002.
Kim CH, Choi SH, Jeong JH, Lee C, Chung MS. HDRK-Man: a whole-body voxel model based on high-resolution color slice images of a Korean adult male cadaver. Phys. Med. Biol. 2008;53:4093-4106.

상세보기
함보경, 조건우, 염연수, 정종휘, 김찬형, 한민철. 한국인 기준여성 체적소형 모의체 개발. 방사선방어학회. 2012;37:41-49.

원문보기 상세보기
Park S, Lee J, Kim JI, Lee YJ, Lim YK, Kim CS, Lee C. In vivo organ mass of Korean adults obtained from whole-body magnetic resonance data. Radiat. Prot. Dosim. 2005;118:275-279.

상세보기
Schumann J, Paganetti H, Shin J, Faddegon B, Perl J. Efficient voxel navigation for proton therapy dose calculation in TOPAS and Geant4. Phys. Med. Biol. 2012;57:3281-3293.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증