[논문]다양한 팬텀 모양 및 재질에 따른 전산화단층촬영장치 선량 평가

이창래

doi:10.17946/jrst.2017.40.1.03

다양한 팬텀 모양 및 재질에 따른 전산화단층촬영장치 선량 평가
Estimation of Computed Tomography Dose in Various Phantom Shapes and Compositions 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.40 no.1, 2017년, pp.13 - 18

초록
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본 논문은 GATE (geant4 application for tomographic emission) 시뮬레이션을 이용하여 다양한 모양과 재질의 팬텀에서 CTDI (computed tomography dose index)를 평가하였다. GATE 시뮬레이션은 실린더 기둥, 타원 기둥과 육각 기둥 형태와 물, PMMA (polymethyl methacrylate), polyethylene 그리고 polyoxymethylene 재질의 다양한 지름(1 ~ 50 cm)의 팬텀을 모사하여 $CTD_{I100center}$ 값을 비교하였다. 120 kV, 200 mAs에서 실린더 기둥, 타원 기둥과 육각 기둥의 $CTDI_{100center}$ 값은 각각 11.1, 13.4 그리고 12.2 mGy이었다. 이 결과는 동일 볼륨이지만 팬텀의 형태에 따라 $CTDI_{100center}$ 값의 차이가 있음을 알 수 있다. 그리고 물, PMMA 그리고 polyoxymethylene 팬텀의 $CTDI_{100center}$ 값을 비교했을 때 물질의 밀도가 높을수록 상대적으로 $CTDI_{100center}$ 값이 낮게 측정되었다. 하지만 polyethylene의 경우 지름이 15 cm ($CTDI_{100center}$ : 35.0 mGy) 이 상에서는 PMMA 보다 $CTDI_{100center}$ 값이 증가하였다. 그리고 30 cm ($CTDI_{100center}$ : 17.7 mGy) 이 상의 지름에서는 물 보다 더 높은 $CTDI_{100center}$ 값을 보였다. 본 실험을 통해 팬텀의 재질 및 모양에 따른 $CTDI_{100center}$ 값을 GATE 시뮬레이션을 이용하여 평가하였다. CT 선량 평가시 다양한 재질 및 인체에 가까운 모양의 팬텀을 사용함으로써 좀 더 정확한 환자선량을 평가할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate CTDI (computed tomography dose index at center) for various phantom shapes, sizes, and compositions by using GATE (geant4 application for tomographic emission) simulations. GATE simulations were performed for various phantom shapes (cylinder, elliptical, and hexagonal prism PMMA phantoms) and phantom compositions (water, PMMA, polyethylene, polyoxymethylene) with various diameters (1-50 cm) at various kVp and mAs levels. The $CTDI_{100center}$ values of cylinder, elliptical, and hexagonal prism phantom at 120 kVp, 200 mAs resulted in 11.1, 13.4, and 12.2 mGy, respectively. The volume is the same, but $CTDI_{100center}$ values are different depending on the type of phantom. The water, PMMA, and polyoxymethylene phantom $CTDI_{100center}$ values were relatively low as the material density increased. However, in the case of Polyethylene, the $CTDI_{100center}$ value was higher than that of PMMA at diameters exceeding 15 cm ($CTDI_{100center}$ : 35.0 mGy). And a diameter greater than 30 cm ($CTDI_{100center}$ : 17.7 mGy) showed more $CTDI_{100center}$ than Water. We have used limited phantoms to evaluate CT doses. In this study, $CTDI_{100center}$ values were estimated and simulated by GATE simulation according to the material and shape of the phantom. CT dosimetry can be estimated more accurately by using various materials and phantom shapes close to human body.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 인체는 실린더 모양이 아닌 타원 형태에 더 가깝다^15,16). 따라서 본 논문에서는 GATE 시뮬레이션을 통해 실린더 팬텀뿐만 아니라 인체 모양에 가까운 다양한 형태(실린더 기둥, 타원 기둥, 육각 기둥)의 팬텀을 모사하고 CTDI 특성을 비교할 것이며 다양한 재질의 팬텀을 이용하여 스캔 파라미터(x-ray beam energy, tube current)에 따른 선량을 평가할 것이다.

제안 방법

CT의 방사선량을 평가하기 위하여 CT (GE Light speed plus 4 slice, USA)와 CTDI 표준 PMMA 팬텀 및 방사선 선량계(Model 20X6-3CT, Radical Corporation, USA)를 GATE 시뮬레이션으로 모사하였다¹⁷⁾. 표준 PMMA 팬텀은 실린더 형태로 Head(지름 16 cm)와 Body(지름 32 cm)용으로 구성되어 있으며 방사선량계의 볼륨 및 길이는 3 cm³과10 cm이다¹⁸⁾.
주로 양전자 방출 단층 촬영(positron emission tomography; PET) 및 단일광자 방출 전산화 단층촬영(single photon emission computed tomography; SPECT), 전산화 단층촬영장치 및 생체발광 및 형광(bioluminescence and fluorescence) 시뮬레이션을 지원한다¹⁷⁾. Fig. 1과 같이 X-ray photon의 양을 계산하기 위해서 SRS-78 program을 이용하여 Al (0.32 mm)과 Be (1.52 mm)의 추가 필터를 적용한 에너지에 따른 photon의 양을 계산하였다¹⁹⁾. 또한 에너지에 따른 정확한 photon을 적용해 주기 위해 1 keV 간격의 에너지 bin의 photon을 적용하였다.
또한 에너지에 따른 정확한 photon을 적용해 주기 위해 1 keV 간격의 에너지 bin의 photon을 적용하였다. X-ray 빔 에너지(관전압)는 80, 100, 120, 140 kVp와 관전류 100, 200, 300, 400 mAs에 따른 CT 선량값을 평가하였다.
6 cm³으로 모두 동일하다. 그리고 PMMA([C₅O₂H₈]n, 밀도=1.19 g/cm³) 팬텀보다 밀도가 낮은 물(H₂O, 밀도=1.0 g/cm³)과 polyethylene([C₂H₄]n, 밀도=0.97 g/cm³) 그리고 밀도가 높은 polyoxymethylene(CH₂O)n, 밀도=1.41 g/cm³)를 모사하였고 다양한 사이즈(지름 : 1 ~ 50 cm)의 팬텀에서 CTDI_100center을 평가하였다.
52 mm)의 추가 필터를 적용한 에너지에 따른 photon의 양을 계산하였다¹⁹⁾. 또한 에너지에 따른 정확한 photon을 적용해 주기 위해 1 keV 간격의 에너지 bin의 photon을 적용하였다. X-ray 빔 에너지(관전압)는 80, 100, 120, 140 kVp와 관전류 100, 200, 300, 400 mAs에 따른 CT 선량값을 평가하였다.
본 실험에 앞서 GATE (geant4 application for tomographic emission) 시뮬레이션을 이용한 다양한 팬텀 사이즈에 따른 CTDI의 특성을 평가하였다¹⁴⁾. 하지만 인체는 실린더 모양이 아닌 타원 형태에 더 가깝다^15,16).
우리는 CT 선량을 평가하기 위해 국제적인 표준 팬텀을 사용하고 있지만 재질 및 크기에 제한된 팬텀을 이용해 왔다. 본 실험을 통해 팬텀의 재질 및 모양에 따라 CTDI_100center 값을 GATE 시뮬레이션을 이용하여 평가하였다. CT 선량평가 시 다양한 재질 및 인체에 가까운 모양의 팬텀을 이용하므로 좀 더 정확한 환자선량을 평가할 수 있을 것이다.

데이터처리

GATE 시뮬레이션을 검증하기 위해 이전 스터디에서 시뮬레이션을 이용한 선량값과 실제 방사선량계로 측정한 선량값을 비교하였다. 비교 결과 시뮬레이션 값과 방사선량계로 측정한 값은 4% 미만의 정확성을 보였다¹⁴⁾.

이론/모형

CT 구성 및 팬텀 그리고 방사선량을 평가하기 위하여 GATE 시뮬레이션을 사용하였다. GATE는 OpenGATE 공동작업으로 개발되었고 방사선 영상 및 치료 시뮬레이션을 위한 오픈 소스 소프트웨어이다.

성능/효과

Fig. 5의 관전압에 따른 CTDI_100center 값은 비선형적으로 증가하였으며 polyethylene의 값이 가장 높았고 water, PMMA 그리고 polyoxymethylene 순이다. 또한 Fig.
하지만 polyethylene의 경우 지름이 15 cm 이상에서는 PMMA 보다 CTDI 값이 증가하였고 30 cm 이상에서는 water 보다 더 많은 CTDI 값을 보였다. 따라서 밀도가 물보다 낮은 polyethylene와 같은 물질은 두께가 얇을수록 상대적인 CTDI_100center 값이 감소하지만 두께가 두꺼울수록 CTDI_100center값은 증가하는 경향을 보였다. 따라서 인체는 주로 타원 모양에 가깝기 때문에 타원 기둥형이 실린더 기둥형 보다 좀 더 정확한 CT 선량 값을 표현할 수 있다.
4는 다양한 재질(PMMA, water, polyethylene and polyoxymethylene)의 팬텀의 지름에 따른 CTDI_100center(mGy)를 비교하였다. 팬텀의 지름이 커질수록 CTDI_100center 값은 비선형적으로 감소하였다.

후속연구

본 실험을 통해 팬텀의 재질 및 모양에 따라 CTDI_100center 값을 GATE 시뮬레이션을 이용하여 평가하였다. CT 선량평가 시 다양한 재질 및 인체에 가까운 모양의 팬텀을 이용하므로 좀 더 정확한 환자선량을 평가할 수 있을 것이다.
실제 인체는 타원 모양에 가까운 형태를 가지고 있지만 국제기관 및 학회에서는 실린더 형태의 팬텀을 이용하여 선량을 평가하고 있다²⁰⁾. 따라서 실제 인체 모양과 비슷한 실린더 형태의 팬텀을 이용하면 좀 더 정확한 선량 값을 평가할 수 있을 것이다^15,16,21). Fig.
따라서 인체는 주로 타원 모양에 가깝기 때문에 타원 기둥형이 실린더 기둥형 보다 좀 더 정확한 CT 선량 값을 표현할 수 있다. 또한 일반적으로 CT 선량 평가에 사용되는 PMMA뿐만 아니라 비슷한 밀도를 가진 재질(water, polyethylene, polyoxymethylene)의 선량적 특성을 이용하여 다양한 인체 선량평가에 적용 가능할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CT의 방사선 피폭을 줄이기 위한 방법은 어떤 것이 있는가?	전산화 단층촬영장치(computed tomography; CT)는 영상획득 방법 및 스캐너 기술의 진보와 함께 임상에서 사용빈도는 계속 증가되고 있다1-4). 방사선진단기기중 CT의 방사선 피폭은 큰 부분을 차지하고 있으며 피폭을 줄이기 위해 제조사에서는 AEC (automatic exposure control), automatic kV selection, adaptive collimation, organ specific dose modulation, iterative reconstruction 등의 다양한 방법이 계발되었다5-9). 그럼에도 불구하고 CT의 방사선량 및 평가는 여전히 논쟁되고 있다.
	방사선량의 최소화와 정확한 평가가 필요한 이유는?	그럼에도 불구하고 CT의 방사선량 및 평가는 여전히 논쟁되고 있다. 무엇보다 환자의 나이가 어릴수록 방사선 감수성에 예민하기 때문에 방사선량의 최소화 및 정확한 평가가 필요하다10). CT로 인한 환자선량 평가는 CTDI (computed tomography dose index) 개념을 바탕으로 PMMA (polymethyl methacrylate) 실린더형 팬텀(head and body phantom)을 이용하여 환자선량을 평가하고 있다11,12).
	PMMA의 한계점은 무엇인가?	CT로 인한 환자선량 평가는 CTDI (computed tomography dose index) 개념을 바탕으로 PMMA (polymethyl methacrylate) 실린더형 팬텀(head and body phantom)을 이용하여 환자선량을 평가하고 있다11,12). 하지만 다양한 환자 사이즈에 따른 선량을 정확히 평가하기에는 한계가 있다. 즉, 실린더 형태의 두부용과 복부용으로 각각 16cm, 32cm 지름 사이즈와 PMMA의 단일화된 재질은 환자선량을 표현 하는데 제한적이다2,13).

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저자의 다른 논문 :

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].

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