본 연구에서는 몬테칼로 전산모사 코드인 GATE6 (Geant4 Application for Tomographic Emission ver.6)를 사용하여 의료용 선형 가속기인 Varian사의 Clinac 21EX를 모사하고, 6 MV 광자선의 선량 특성을 평가하였다. 몬테칼로 방법은 방사선 치료시 환자 내의 선량분포를 계산하는 가장 정확한 방법으로 널리 이용되고 있다. 몬테칼로 기반의 코드를 이용하여 선형가속기의 조사 헤드부를 통과하는 입자의 흐름을 모사하는 것은 조사선량을 정량화 하는데 필요한 입자들의 에너지, 공간 분포와 같은 임상적인 빔의 특성을 결정하기 위한 실용적인 방법이다. 본 연구에서 모사한 선형가속기의 조사 헤드부는 빔 경로에 위치한 타겟, 일차 콜리메이터, 선속 평탄 필터, 이온전리함, 이차 콜리메이터로 구성된다. 모사된 선형가속기를 이용하여 선원-표면간 거리 100 cm, 조사야 $10{\times}10cm^2$ 조건에서 물팬텀 내의 광자선 에너지 스펙트럼(energy spectrum), 심부선량백분율(percentage depth dose), 선량프로파일(dose profiles)을 측정하였으며, 이 결과값을 실험 측정값과 비교하여 정확성을 검증하였다. 본 연구에서는 모사를 통한 결과값과 실험값이 매우 일치함을 보였으며, 이를 통해 GATE6 전산모사 코드는 방사선치료에 사용되는 광자선을 모사하기에 효과적임을 입증하였다.
본 연구에서는 몬테칼로 전산모사 코드인 GATE6 (Geant4 Application for Tomographic Emission ver.6)를 사용하여 의료용 선형 가속기인 Varian사의 Clinac 21EX를 모사하고, 6 MV 광자선의 선량 특성을 평가하였다. 몬테칼로 방법은 방사선 치료시 환자 내의 선량분포를 계산하는 가장 정확한 방법으로 널리 이용되고 있다. 몬테칼로 기반의 코드를 이용하여 선형가속기의 조사 헤드부를 통과하는 입자의 흐름을 모사하는 것은 조사선량을 정량화 하는데 필요한 입자들의 에너지, 공간 분포와 같은 임상적인 빔의 특성을 결정하기 위한 실용적인 방법이다. 본 연구에서 모사한 선형가속기의 조사 헤드부는 빔 경로에 위치한 타겟, 일차 콜리메이터, 선속 평탄 필터, 이온전리함, 이차 콜리메이터로 구성된다. 모사된 선형가속기를 이용하여 선원-표면간 거리 100 cm, 조사야 $10{\times}10cm^2$ 조건에서 물팬텀 내의 광자선 에너지 스펙트럼(energy spectrum), 심부선량백분율(percentage depth dose), 선량프로파일(dose profiles)을 측정하였으며, 이 결과값을 실험 측정값과 비교하여 정확성을 검증하였다. 본 연구에서는 모사를 통한 결과값과 실험값이 매우 일치함을 보였으며, 이를 통해 GATE6 전산모사 코드는 방사선치료에 사용되는 광자선을 모사하기에 효과적임을 입증하였다.
Monte Carlo simulations are widely used as the most accurate technique for dose calculation in radiation therapy. In this paper, the GATE6(Geant4 Application for Tomographic Emission ver.6) code was employed to calculate the dosimetric performance of the photon beams from a linear accelerator(LINAC)...
Monte Carlo simulations are widely used as the most accurate technique for dose calculation in radiation therapy. In this paper, the GATE6(Geant4 Application for Tomographic Emission ver.6) code was employed to calculate the dosimetric performance of the photon beams from a linear accelerator(LINAC). The treatment head of a Varian 21EX Clinac was modeled including the major geometric structures within the beam path such as a target, a primary collimator, a flattening filter, a ion chamber, and jaws. The 6 MV photon spectra were characterized in a standard $10{\times}10cm^2$ field at 100 cm source-to-surface distance(SSD) and subsequent dose estimations were made in a water phantom. The measurements of percentage depth dose and dose profiles were performed with 3D water phantom and the simulated data was compared to measured reference data. The simulated results agreed very well with the measured data. It has been found that the GATE6 code is an effective tool for dose optimization in radiotherapy applications.
Monte Carlo simulations are widely used as the most accurate technique for dose calculation in radiation therapy. In this paper, the GATE6(Geant4 Application for Tomographic Emission ver.6) code was employed to calculate the dosimetric performance of the photon beams from a linear accelerator(LINAC). The treatment head of a Varian 21EX Clinac was modeled including the major geometric structures within the beam path such as a target, a primary collimator, a flattening filter, a ion chamber, and jaws. The 6 MV photon spectra were characterized in a standard $10{\times}10cm^2$ field at 100 cm source-to-surface distance(SSD) and subsequent dose estimations were made in a water phantom. The measurements of percentage depth dose and dose profiles were performed with 3D water phantom and the simulated data was compared to measured reference data. The simulated results agreed very well with the measured data. It has been found that the GATE6 code is an effective tool for dose optimization in radiotherapy applications.
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문제 정의
본 연구에서는 GATE6 코드를 사용하여 의료용 선형가속기인 Varian사의 Clinac 21EX를 모사하고, 6 MV 광자선의 선량 특성을 평가하였다. GATE 시뮬레이터의 방사선 치료 적용은 복잡한 구조를 매우 쉽고 정확하게 모사할 수 있는 장점을 지니고 있으나 방사선 치료분야에서의 활용이 미비하다.
제안 방법
본 연구에서는 GATE6 시뮬레이터를 이용하여 Varian Clinac 21EX 선형가속기 조사헤드부를 모사하였으며, 6MV 의 광자 스펙트럼을 측정하고 선형가속기로부터 발생한 광자선의 선량특성을 계산하였다. 그리고 실험값과의 비교를 통해 GATE 시뮬레이션으로부터 계산된 선량분포의 정확성을 입증하였다.
대상 데이터
측정은 선원에서 표면거리 100 cm에서 물팬텀(Blue phantom2, Scanditronix Wellhofer, Germany)을 사용하여 이루어졌다. 10 cm×10 cm의 조사야 크기 조사 조건에서 심부선량백분율(PDD)와 10 cm 깊이에서 선량 프로파일을 X, Y 방향으로 측정하였다.
이론/모형
. GATE의 version6에서 추가된 기능 중 에너지, 선량 및 확률적 불확실성을 기록할 수 있고 filter와 결합하여 variance reduction이 가능한 DoseActor tool을 선형가속기를 모사하는데 적용하였으며, DoseActor tool을 사용하여 신뢰성 있는 결과를 도출하였다. Phase space기능을 사용함으로써 electron beam부터 물 팬텀까지 한번에 시뮬레이션 하는 방법 보다 photon output rate이 9.
시스템을 모사하기 위해서 GATE6 (Geant4 Application for Tomographic Emission version.6.0)를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다. GATE는 핵의학 영상기기 설계 및 성능예측을 목적으로 개발한 Geatn4 기반의 시뮬레이션 코드이다.
05 MeV이며 가우시안 분포를 갖도록 설정하였다. 이차 전자를 생성하기 위한 역치 범위(cut-off range)는 0.1 mm로 설정하였으며 Variance reduction 기법으로 photon splitting방법을 사용하였다. 리눅스 기반의 3.
성능/효과
본 연구에서는 GATE6 시뮬레이터를 이용하여 Varian Clinac 21EX 선형가속기 조사헤드부를 모사하였으며, 6MV 의 광자 스펙트럼을 측정하고 선형가속기로부터 발생한 광자선의 선량특성을 계산하였다. 그리고 실험값과의 비교를 통해 GATE 시뮬레이션으로부터 계산된 선량분포의 정확성을 입증하였다. 선형가속기의 타겟, 일차 콜리메이터, 이온함 그리고 이차 콜리케이터 각각의 위치와 구조, 구성물질과 같은 세부사항은 제조사의 사양을 참고하였다.
본 연구는 GATE 시뮬레이션 코드를 선형가속기에 적용하여 GATE 시뮬레이션 코드의 치료계획 활용 가능성을 측정결과와의 비교를 통해 평가하였으며 그 결과 임상적으로 허용범위 안의 오차를 보임으로써 GATE 코드가 선형가속기로부터 발생하는 광자선을 모사하기에 적합한 시뮬레이터임을 확인하였다.
후속연구
본 연구의 결과는 GATE code의 적용분야를 확장시키고, 조직 내의 선량분포 연구 및 선량계산 시뮬레이션에 응용될 수 있을 것으로 판단된다. 다음 연구에서는 서로 다른 에너지의 경우와 함께 다엽 콜리메이터를 적용하여 정밀한 검증을 수행할 것이다.
본 연구의 결과는 GATE code의 적용분야를 확장시키고, 조직 내의 선량분포 연구 및 선량계산 시뮬레이션에 응용될 수 있을 것으로 판단된다. 다음 연구에서는 서로 다른 에너지의 경우와 함께 다엽 콜리메이터를 적용하여 정밀한 검증을 수행할 것이다.
7배 증가하였으며(13) 이를 잘 활용한다면 시뮬레이션 결과 획득 시간을 크게 줄일 수 있을 것이다. 본 연구의 오차를 줄이기 위해서는 정교한 photon splitting방법의 사용 및 측정 검출기의 크기에 따른 효과를 최소화 하고 검출기의 분해능을 향상시켜야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
4-25 MV 에너지의 X-선은 어떤 치료에 쓰이는 광자선인가?
의료용 선형가속기로부터 생성되는 4-25 MV 에너지의 X-선은 심부종양을 치료하는데 사용되는 일반적인 광자선이다(1-4). 방사선 치료는 종양 조직에 최대 선량을 투여하고, 주위 정상조직은 보호함으로써 치료효율을 극대화시키는데 있으며, 방사선 치료성적을 향상시키기 위해서는 치료 계획, 분할조사계획과 더불어 다양한 선량 전달 기술에 따른 방사선 빔의 특성화가 근본적으로 요구된다.
방사선 치료계획에 몬테칼로 시뮬레이션을 이용하는 이유는 무엇인가?
최근의 방사선치료는 치료효율을 극대화하기 위해 세기변조치료(IMRT), 영상유도치료(IGRT) 등의 다양한 치료기술을 수행한다. 따라서 복잡한 선량 조사체계를 고려하면서 정확한 체내선량을 예측하기 위해서는 정확한 선량계산이 이루어져야 한다. 많은 연구기관에서 광자와 전자선을 이용한 방사선 치료계획을 위해 몬테칼로 기법을 적용하는 연구를 수행하고 있다(6-9).
방사선 치료는 어떻게 이루어지는가?
의료용 선형가속기로부터 생성되는 4-25 MV 에너지의 X-선은 심부종양을 치료하는데 사용되는 일반적인 광자선이다(1-4). 방사선 치료는 종양 조직에 최대 선량을 투여하고, 주위 정상조직은 보호함으로써 치료효율을 극대화시키는데 있으며, 방사선 치료성적을 향상시키기 위해서는 치료 계획, 분할조사계획과 더불어 다양한 선량 전달 기술에 따른 방사선 빔의 특성화가 근본적으로 요구된다. 이를 위해서는 조사 헤드부로부터 생성되는 방사선의 전달과 환자에 입사되는 빔의 작용을 이해하는 것이 필수적이다(5).
참고문헌 (13)
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Seltzer, S. M : Monte Carlo Transport of Electron and Photons (New York: Plenum), 151-181, 1988 ISBN 0 306 43099 1.
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L Grevillot, T Frisson, D Maneval, N Zahra, J-N Badel and D Sarrut : Simulation of a 6MV Eleka Precise Linac Photon beam using GATE/GEAMT4, Physics in Medicine and Biology, 56, 903-918, 2011
Jan S, Benoit D, Carlier T, Cassol F, Descourt P, Frisson T, Grevillot L et al : GATE V6: a major enhancement of the GATE simulation platform enabling modeling of CT and radiotherapy, Medical Physics, 56(4), 881-901, 2011
Mohan, R., Chui, C. and Lidofsky L : Energy and angular distribution of photons from medical linear accelerators, Medical Physics, 12(5), 592-597, 1985
DeMarco, J. J., Solberg, T. D. and Smathers, J. B. A : CT-based Monte Carlo simulation tool for dosimetry planning and analysis, Medical Physics, 25(1), 1-11, 1988
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