진단방사선 검사 시 환자선량을 감소하기 위한 목적으로 진단용 다엽콜리메이터를 제작하고자 하며, 제작 전 사전연구로서 진단용 다엽콜리메이터에 사용되는 차폐물질 및 차폐효율에 대한 몬테칼로 시뮬레이션을 수행하였다. 몬테칼로 시뮬레이션 코드(MCNPX, LANL, USA)를 이용하여 진단방사선 기기(ReX-650R, Listem, Korea)을 모델링하기 위하여, SRS-78 프로그램을 이용하여 관전압(80, 100, 120 kVp)에 따라 에너지 스펙트럼을 획득하였다. 진단용 다엽콜리메이터의 제작을 위하여 사용된 재료는 SKD-11(탄소 : 1.6%, 규소 : 0.4%, 망간 : 0.6%, 크롬 : 5%, 몰리브덴 : 1%, 바나듐 : 0.3%, 밀도: $7.87g/cm^3$)이며 이를 진단방사선 기기에 진단용 다엽콜리메이터($10{\times}0.5{\times}0.5cm^3$, 좌우 20개씩) 형태로 전산 모사하였다. 진단용 다엽콜리메이터의 차폐효율을 확인하기 위하여 MCNPX 코드의 tally6을 이용하여 에너지별로 차폐효율을 계산하였다. 에너지에 따른 차폐효율은 80 kVp 일 때, 98.3% 차폐되었으며, 100 kVp는 95.7%, 마지막으로 120 kVp는 93.6%가 차폐되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구결과를 기반으로 MLC형태 및, 누설선량에 대한 연구를 진행하여 진단방사선 기기에서 사용 가능한 진단용 다엽콜리메이터 개발에 필요한 정보를 제공할 수 있을 것이라 사료된다.
진단방사선 검사 시 환자선량을 감소하기 위한 목적으로 진단용 다엽콜리메이터를 제작하고자 하며, 제작 전 사전연구로서 진단용 다엽콜리메이터에 사용되는 차폐물질 및 차폐효율에 대한 몬테칼로 시뮬레이션을 수행하였다. 몬테칼로 시뮬레이션 코드(MCNPX, LANL, USA)를 이용하여 진단방사선 기기(ReX-650R, Listem, Korea)을 모델링하기 위하여, SRS-78 프로그램을 이용하여 관전압(80, 100, 120 kVp)에 따라 에너지 스펙트럼을 획득하였다. 진단용 다엽콜리메이터의 제작을 위하여 사용된 재료는 SKD-11(탄소 : 1.6%, 규소 : 0.4%, 망간 : 0.6%, 크롬 : 5%, 몰리브덴 : 1%, 바나듐 : 0.3%, 밀도: $7.87g/cm^3$)이며 이를 진단방사선 기기에 진단용 다엽콜리메이터($10{\times}0.5{\times}0.5cm^3$, 좌우 20개씩) 형태로 전산 모사하였다. 진단용 다엽콜리메이터의 차폐효율을 확인하기 위하여 MCNPX 코드의 tally6을 이용하여 에너지별로 차폐효율을 계산하였다. 에너지에 따른 차폐효율은 80 kVp 일 때, 98.3% 차폐되었으며, 100 kVp는 95.7%, 마지막으로 120 kVp는 93.6%가 차폐되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구결과를 기반으로 MLC형태 및, 누설선량에 대한 연구를 진행하여 진단방사선 기기에서 사용 가능한 진단용 다엽콜리메이터 개발에 필요한 정보를 제공할 수 있을 것이라 사료된다.
The diagnostic multileaf collimator(MLC) was designed for patient dose reduction in diagnostic radiography We used monte carlo simulation code (MCNPX, LANL, USA) to evaluate efficiency of shielding material for making diagnostic MLC as preliminary study. The diagnostic radiography unit was designed ...
The diagnostic multileaf collimator(MLC) was designed for patient dose reduction in diagnostic radiography We used monte carlo simulation code (MCNPX, LANL, USA) to evaluate efficiency of shielding material for making diagnostic MLC as preliminary study. The diagnostic radiography unit was designed using SRS-78 program according to tube voltage (80,100,120 kVp) and acquired energy spectrums. The shielding material was SKD11 alloy tool steel that is composed of 1.6% carbon(C), 0.4% silicon(Si), 0.6% manganese (Mn), 5% chromium (Cr), 1% molybdenum(Mo) and vanadium(V). The density of it was $7.89g/cm^3$.Using tally card 6, we calculated the shielding efficiency of MLC according to tube voltage. The results was that 98.3% (80 kVp), 95.7 %(100 kVp), 93.6% (120 kVp). We certified efficiency of diagnostic MLC fabricated from SKD11 alloy steel by monte calro simulation. Based on the results, we designed the diagnostic MLC and will develop the diagnostic MLC for reduction of patient dose in diagnostic radiography.
The diagnostic multileaf collimator(MLC) was designed for patient dose reduction in diagnostic radiography We used monte carlo simulation code (MCNPX, LANL, USA) to evaluate efficiency of shielding material for making diagnostic MLC as preliminary study. The diagnostic radiography unit was designed using SRS-78 program according to tube voltage (80,100,120 kVp) and acquired energy spectrums. The shielding material was SKD11 alloy tool steel that is composed of 1.6% carbon(C), 0.4% silicon(Si), 0.6% manganese (Mn), 5% chromium (Cr), 1% molybdenum(Mo) and vanadium(V). The density of it was $7.89g/cm^3$.Using tally card 6, we calculated the shielding efficiency of MLC according to tube voltage. The results was that 98.3% (80 kVp), 95.7 %(100 kVp), 93.6% (120 kVp). We certified efficiency of diagnostic MLC fabricated from SKD11 alloy steel by monte calro simulation. Based on the results, we designed the diagnostic MLC and will develop the diagnostic MLC for reduction of patient dose in diagnostic radiography.
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문제 정의
본 연구는 진단 방사선 검사에서 선량 감소를 위한 진단용 다엽콜리메이터의 개발의 선행적 연구로서 몬테칼로 시뮬레이션을 이용하여 개발에 사용되는 재질에 대하여 에너지에 따라 평가하였다. 제작하고자하는 재질로 충분히 선량을 감소시킬 수 있을 것이라 사료되며, 본 연구결과를 통하여 진단용 다엽콜리메이터를 개발연구에 선행적 연구 결과로 충분히 활용될 수 있을 것이라 사료된다.
본 연구는 환자에게 직접적으로 차폐체를 부착하여 환자의 불필요한 선량을 감소시키는 기존의 연구와는 다르게 방사선치료시스템에서 정상조직을 보호하기 위하여 사용되고 있는 다엽 콜리메이터를 착안하여 진단용 다엽콜리메이터를 개발하여 진단방사선의 불필요한 선량을 감소시키고자하였으며, 이를 위한 사전연구로써 범용적으로 사용되고 있는 몬테칼로 시뮬레이션 코드를 이용하여 연구를 수행하였다.
하지만 진단용 다엽콜리메이터의 제작을 위한 기계적 가공성 및 잦은 움직임에 대하여 높은 내마모성 고려하여 우선적으로 선정된 후보물질의 차폐 유효성에 대한 평가연구와 이 연구 결과를 기반으로 한 공학적 설계까지 연구를 진행하였다.
제안 방법
진단방사선 기기를 모델링하기 위하여 SRS-78 프로그램으로 획득한 에너지 스펙트럼을 삽입하였으며, 고유여과 필터를 표현하였다. 그리고 1차 콜리메이터 및 입사 구 앞에 진단용 다엽콜리메이터를 부착하여 모델링하였다.
2은 SRS-78 프로그램을 이용하여 관전압 별로 획득한 에너지스펙트럼을 보여주고 있다. 본 결과를 MCNPX코드에 삽입하여 모델의 대상이 되는 진단방사선 기기를 구현하였다.
본 연구는 진단용 다엽콜리메이터를 제작하기 위하여, 우수한 기계 가공성을 가지고 있으면서 차폐모형을 만들기 위하여 잦은 움직임이 발생하더라도 높은 내마모성을 가지는 SKD-11합금 공구강을 선택하여 만들 예정이며, SKD-11합금 공구강은 일반 철과 밀도가 유사한 7.87g/cm3이고, 첨가된 성분 함유량은 다음과 같다(탄소 : 1.6%, 규소 : 0.4%, 망간 : 0.6%, 크롬 : 5%, 몰리브덴 : 1%, 바나듐 : 0.3%).
본 연구는 환자의 불필요한 선량을 감소시킬 수 있는 진단용 다엽콜리메이터 개발에 앞선 선행연구로 범용적으로 사용되고 있는 몬테칼로 시뮬레이션 코드를 이용하여 진단용 다엽콜리메이터의 차폐효율을 에너지에 따라 평가하였다.
진단방사선 검사 시 환자선량 감소를 위한 진단용 다엽콜리메이터(Multileaf Collimator; MLC) 개발을 위하여, LANL(Los Alamos National Lab.)에서 개발한 범용의 방사선 수송 전산해석 코드인 MCNPX(Monte carlo N-Particle Code Extended, Ver.2.6.0, USA)를 이용하여 몬테칼로시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 계산은 광자를 적용하였고, 입력 자료로 number of particle history, nps=1.0 × 109)로 하였다.
진단방사선 검사 시 환자의 불필요한 선량을 감소하기 위하여 납과 비스무스와 같은 차폐 물질 등을 진단에 영향을 주지 않는 범위 내에서 주요장기를 차폐하였으며, 차폐에 대한 선량 감소를 확인하기 위하여 열형광선량계 및 유리선량계 그리고 필름 등을 사용하였다1)-7).
1은 모델링된 진단용 다엽콜리메이터의 차폐효율을 평가하기 위한 시뮬레이션 환경을 보여주고 있다. 진단방사선 기기를 모델링하기 위하여 SRS-78 프로그램으로 획득한 에너지 스펙트럼을 삽입하였으며, 고유여과 필터를 표현하였다. 그리고 1차 콜리메이터 및 입사 구 앞에 진단용 다엽콜리메이터를 부착하여 모델링하였다.
진단방사선 기기를 모델링하기 위하여 SRS-78 프로그램을 이용하여 모델의 대상이 되는 기기의 튜브정보를 입력하여 관전압에 따라 에너지 스펙트럼을 획득하였으며, 획득된 에너지 스펙트럼을 몬테칼로 시뮬레이션 코드에 삽입하여 진단방사선 기기의 소스를 모델링하였다.
진단용 다엽콜리메이터 모델링에 앞서 진단방사선 기기를 모델링하였으며, 장비의 특성은 다음 Table 1과 같다.
진단용 다엽콜리메이터의 에너지별 차폐 효율을 확인하기 위하여 진단용 다엽콜리메이터를 부착한 부위를 기준으로 15 cm 떨어진 위치에 20 × 20 cm2의 디텍터를 구현하였으며, 조사면 사이즈가 10 × 10 cm2이 되도록 콜리메이터를 설정한 후 Tally card를 이용하여 디텍터의 X축 방향을 따라서 프로파일을 계산하였으며, 진단용 다엽콜리메이터의 유무에 따라 식(1)을 이용하여 차폐 효율을 계산하였다.
성능/효과
은 CT검사에서 비스무스 차폐체를 이용하여 환자 눈의 선량을 50%이상 감소하는 효과를 확인하였다. 그리고 중재적 방사선 시술에서 Shott5)는 납을 이용하여 갑상선의 선량을 48% 까지 감소시켰으며, Han은 비스무스 차폐체를 이용하여 눈과 갑상선의 선량을 각각 20, 64%의 감소시키는 연구를 진행하였다.
후속연구
본 연구 결과에서 확인할 수 있듯이 관전압에 따라 약 94%에서 98%의 차폐효율이 있음을 확인하였고, 본 연구결과를 기반으로 임상에서 검사되고 있는 진단방사선검사를 몬테칼로 시뮬레이션 코드를 전산모사와 직접적인 측정방법을 통하여 비교분석하는 연구를 진행할 예정이다.
본 연구는 몬테칼로 시뮬레이션을 이용하여 여러 가지 차폐재료 및 두께에 대한 내용을 전산모사하기 보다는 사전차폐후보 재료를 선정한 후 선전된 차폐 후보 재료에 대하여 검증하는 시뮬레이션을 수행하는 제한성을 가지고 있으며, Lee11)의 연구처럼 가상의 인체 팬텀을 몬테칼로 시뮬레이션 코드에 삽입하여 실제 진단용 다엽콜리메이터로 인한 장기선량의 감소를 비교하지 않았다
본 연구는 진단 방사선 검사에서 선량 감소를 위한 진단용 다엽콜리메이터의 개발의 선행적 연구로서 몬테칼로 시뮬레이션을 이용하여 개발에 사용되는 재질에 대하여 에너지에 따라 평가하였다. 제작하고자하는 재질로 충분히 선량을 감소시킬 수 있을 것이라 사료되며, 본 연구결과를 통하여 진단용 다엽콜리메이터를 개발연구에 선행적 연구 결과로 충분히 활용될 수 있을 것이라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
치과방사선검사에서 Prins7)은 열형광선량계를 이용하여 어떤 효과를 확인 하였는가?
이와 같이 진단방사선 검사에서 선량 감소에 관한 연구를 위하여 다양한 평가방법을 사용하였다. 예를 들어 인체모형 팬텀을 대상으로 치과방사선검사에서 Prins7)은 열형광선량계를 이용하여 납에 의한 선량 감소의 효과를 확인하였으며, Hopper3) 및 Mclanughlin4)은 CT 검사에서 환자를 대상으로 열형광선량계를 이용하여 비스무스에 의한 선량 감소의 유용성을 평가하였다.
Hopper3) 및 Mclanughlin4)은 CT 검사에서 환자를 대상으로 열형광선량계를 이용하여 무엇을 평가하였는가?
이와 같이 진단방사선 검사에서 선량 감소에 관한 연구를 위하여 다양한 평가방법을 사용하였다. 예를 들어 인체모형 팬텀을 대상으로 치과방사선검사에서 Prins7)은 열형광선량계를 이용하여 납에 의한 선량 감소의 효과를 확인하였으며, Hopper3) 및 Mclanughlin4)은 CT 검사에서 환자를 대상으로 열형광선량계를 이용하여 비스무스에 의한 선량 감소의 유용성을 평가하였다.
진단방사선 검사에서 선량 감소를 위한 연구들에는 어떤 것들이 있는가?
진단방사선 검사에서 선량 감소를 위한 연구들은 크게 몇 가지 볼 수 있다. 예를 들어 환자에게 직접적으로 들어가는 선량을 감소시키기 위하여 원자번호가 높은 납(Pb), 비스무스(Bi)와 같은 차폐물질을 진단에 영향을 미치지 않는 범위에서 환자의 중요 부위에 차폐하여 환자의 피폭선량을 감소시킬 수 있으며1)~7), 미국의학물리학회(AAPM)8), 국제원자력기구(IAEA)9)에서는 환자의 피폭선량을 감소하기 위한 지표로 진단참조 준위를 권고 하고 있다. 또한 환자선량의 감소시키기 위하여 선택적 콜리메이터를 방사선 입사 구에 부착하여 환자의 중요부위로 들어가는 선량을 차폐하는 연구도 진행되었다10).
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