소동물을 대상으로 방사선을 이용한 비임상 연구에서 소동물 선량평가의 역할은 계속적으로 증가하고 있다. 본 연구는 최근 들어 사용 및 연구가 계속적으로 증가하고 있는 3차원 프린터를 이용하여 3차원 소동물 팬텀을 제작하였으며, 제작된 소동물 팬텀을 대상으로 필름계측을 이용하여 감마선 조사 시 소동물 팬텀내 흡수되는 선량을 평가하였다. 선행적으로 3차원 소동물 팬텀 제작에 사용된 재료에서 필름에 대한 방사선의 반응 관계식을 획득하였으며, 방사선치료 시 조직등가물질로 사용되고 있는 bolus와 비교하였다. 0.5 Gy에서 6 Gy까지 감마선을 조사하였을 때, 0.5 Gy의 선량을 제외하고 1% 이내의 작은 차이가 있음을 확인하였다. 또한 제작된 3차원 소동물 팬텀 내에 필름을 삽입하여 5 Gy의 선량을 조사하였을 때, 조사된 선량과 필름을 통하여 계산된 선량과의 차이는 2% 이내의 차이였다. 본 연구를 기반으로 실제 소동물을 대상으로, 3차원 소동물 팬텀을 제작하여 선량을 평가한다면, 소동물을 대상으로 방사선 조사하는 비임상 연구 선량에 대한 신뢰성을 높여 줄 수 있을 것이라 사료된다.
소동물을 대상으로 방사선을 이용한 비임상 연구에서 소동물 선량평가의 역할은 계속적으로 증가하고 있다. 본 연구는 최근 들어 사용 및 연구가 계속적으로 증가하고 있는 3차원 프린터를 이용하여 3차원 소동물 팬텀을 제작하였으며, 제작된 소동물 팬텀을 대상으로 필름계측을 이용하여 감마선 조사 시 소동물 팬텀내 흡수되는 선량을 평가하였다. 선행적으로 3차원 소동물 팬텀 제작에 사용된 재료에서 필름에 대한 방사선의 반응 관계식을 획득하였으며, 방사선치료 시 조직등가물질로 사용되고 있는 bolus와 비교하였다. 0.5 Gy에서 6 Gy까지 감마선을 조사하였을 때, 0.5 Gy의 선량을 제외하고 1% 이내의 작은 차이가 있음을 확인하였다. 또한 제작된 3차원 소동물 팬텀 내에 필름을 삽입하여 5 Gy의 선량을 조사하였을 때, 조사된 선량과 필름을 통하여 계산된 선량과의 차이는 2% 이내의 차이였다. 본 연구를 기반으로 실제 소동물을 대상으로, 3차원 소동물 팬텀을 제작하여 선량을 평가한다면, 소동물을 대상으로 방사선 조사하는 비임상 연구 선량에 대한 신뢰성을 높여 줄 수 있을 것이라 사료된다.
The weight of small animal dosimetry has been continuously increased in pre-clinical studies using radiation in small animals. In this study, three-dimensional(3D) small animal phantom was fabricated using 3D printer which has been continuously used and studied in the various fields. The absorbed do...
The weight of small animal dosimetry has been continuously increased in pre-clinical studies using radiation in small animals. In this study, three-dimensional(3D) small animal phantom was fabricated using 3D printer which has been continuously used and studied in the various fields. The absorbed dose of 3D animal phantom was evaluated by film dosimetry. Previously, the response of film was obtained from the materials used for production of 3D small animal phantom and compared with the bolus used as the tissue equivalent material in the radiotherapy. When irradiated with gamma rays from 0.5 Gy to 6 Gy, it was confirmed that there was a small difference of less than 1% except 0.5 Gy dose. And when small animal phantom was irradiated with 5 Gy, the difference between the irradiated dose and calculated dose from film was within 2%. Based on this study, it would be possible to increase the reliability of dose in pre-clinical studies using irradiation in small animals by evaluating dose of 3D small animal phantom.
The weight of small animal dosimetry has been continuously increased in pre-clinical studies using radiation in small animals. In this study, three-dimensional(3D) small animal phantom was fabricated using 3D printer which has been continuously used and studied in the various fields. The absorbed dose of 3D animal phantom was evaluated by film dosimetry. Previously, the response of film was obtained from the materials used for production of 3D small animal phantom and compared with the bolus used as the tissue equivalent material in the radiotherapy. When irradiated with gamma rays from 0.5 Gy to 6 Gy, it was confirmed that there was a small difference of less than 1% except 0.5 Gy dose. And when small animal phantom was irradiated with 5 Gy, the difference between the irradiated dose and calculated dose from film was within 2%. Based on this study, it would be possible to increase the reliability of dose in pre-clinical studies using irradiation in small animals by evaluating dose of 3D small animal phantom.
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문제 정의
본 연구는 방사선을 이용한 비임상 연구에서 조사된 선량 평가를 위하여 3차원 프린터를 이용하여 소동물 팬텀을 제작하였다. 3차원 프린터 재료에서 선량에 따른 필름의 반응 관계식을 선행적으로 평가한 후 선량 평가를 진행하였으며, 선량평가 시 3차원 프린터 재료로부터 발생하는 선량평가에 대한 오차를 감소시킬 수 있었다.
본 연구는 앞의 방법들과 다르게 소동물을 대상으로 방사선을 조사하는 비임상 연구에서 선량을 평가하기 위하여 최근 들어 사용 및 연구가 진행되고 있는 3차원 프린터를 이용하여 소동물 중 실험동물로 많이 사용되고 있는 마우스를 대상으로 팬텀을 제작하였으며, 제작된 소동물 팬텀 내에 필름계측이 가능하도록 하여 제작된 3차원 소동물 팬텀을 대상으로 감마선을 조사하여 팬텀 내 흡수되는 선량을 평가하는 연구를 진행하였다.
제안 방법
60-Co 감마선의 최대선량 깊이인 0.5 cm에서 두 가지의 3차원 프린터 재료와 bolus에 대하여 0.5 Gy의 선량에서부터 6 Gy의 선량까지 조사하였을 때 측정된 Optical density를 비교하였다(Table 1).
Fig. 2와 같이 60-Co 조사기(Theratron 780, AECL and Kanta, Canada)를 대상으로 최대선량 깊이 지점에 필름을 위치시켜 1 Gy의 선량을 조사하여 bolus 및 프린터 재료에 대한 필름의 감도의 차이를 확인하였으며, 동일한 위치에서 0.5 Gy에서 6 Gy까지 일정한 간격으로 선량을 조사하여 3가지 재질에서 선량에 따른 필름의 반응의 관계식을 획득하여 비교하였다.
3은 3차원 프린터를 이용하여 제작한 소동물 팬텀을 대상으로 60-Co 감마선을 이용하여 조사하는 그림을 나타내고 있다. 방사선 조사는 Fig. 3에서 확인할 수 있듯이 소동물 팬텀의 폐를 제외시킨 상태에서 소동물의 복부 중심으로 선량이 들어가도록 하였다.
본 연구는 3차원 소동물 팬텀을 제작하기 위하여, 프린터 헤드를 통하여 고압의 액체 원료를 분출시키고 자외선으로 경화 시키면서 적층하는 Polyjet 방식의 3차원 프린터(object500connex, Stratssys, USA)를 사용하였다. 제조사에서 제공된 프린터 재료에 대한 데이터 시트에는 선량학적 특성 정보는 제시되어 있지 않으므로 실제 마우스의 소화관 밀도(1.
본 연구는 3차원 프린터 재료에 대한 필름의 반응관계식을 획득하여 조직과 재료간의 차이에서 생길 수 있는 오차를 줄여, 선량평가를 하였다.
. 본 연구는 3차원 프린터를 이용하여 소동물 팬텀을 제작하였으며, 이를 대상으로 60-Co 감마선에서 팬텀 내 흡수되는 선량을 필름을 통하여 평가하였다.
소동물 팬텀에 조사된 선량과 소동물 팬텀에 삽입된 필름을 통하여 계산한 선량을 비교 분석하기 위하여 소동물 팬텀을 대상으로 5 Gy의 선량으로 조사하였으며, 필름계측을 통하여 계산된 선량과 조사된 선량과의 차이를 다음 식을 이용하였다.
제작된 소동물 팬텀을 대상으로 필름(Gafchromic EBT2, Wayne, NJ)을 통하여 선량평가를 하기 위해서는 선행적으로 감마선에 대한 프린터 재질의 선행연구가 필요함으로 제작을 위하여 사용된 두 가지 재료에 대하여 다음과 같은 실험 조건으로 평가하였다. 방사선치료에서 조직등가물질로 사용되고 있는 bolus (super-flex bolus, 1.
대상 데이터
18 g/cm3) 중 하나를 선택하여 소동물의 뼈로 구현하였다8). 3차원 소동물 팬텀의 대상으로는 분자 영상학 등에서 널리 사용되고 있는 4D 디지털 Moby 마우스 팬텀으로 Mimics Software (Materialise, Leuven, Belgium)9)를 이용하여 다음과 같은 과정을 통하여 3차원 소동물 팬텀을 제작하였다(Fig. 1).
방사선치료에서 조직등가물질로 사용되고 있는 bolus (super-flex bolus, 1.03 g/cm3)를 5× 5× 0.5 cm3 크기로 시편 10개 제작하였으며 이와 동일한 크기로 프린터 재료에 대하여 제작하였다.
본 연구는 3차원 소동물 팬텀을 제작하기 위하여, 프린터 헤드를 통하여 고압의 액체 원료를 분출시키고 자외선으로 경화 시키면서 적층하는 Polyjet 방식의 3차원 프린터(object500connex, Stratssys, USA)를 사용하였다. 제조사에서 제공된 프린터 재료에 대한 데이터 시트에는 선량학적 특성 정보는 제시되어 있지 않으므로 실제 마우스의 소화관 밀도(1.12 g/cm3)와 뼈의 밀도(1.21 g/cm3)를 고려하여 다음과 같이 프린터 재료를 선택하였다7). 프린터 재료 중 고무와 유사하며 유연성을 가진 Rubber-like 물질(Material A, 1.
21 g/cm3)를 고려하여 다음과 같이 프린터 재료를 선택하였다7). 프린터 재료 중 고무와 유사하며 유연성을 가진 Rubber-like 물질(Material A, 1.12~1.13 g/cm3) 중 하나를 선택하여 조직을 구성하였으며, 가장 단단한 물질을 특성을 가진 Rigid opaque 물질(Material B, 1.17~1.18 g/cm3) 중 하나를 선택하여 소동물의 뼈로 구현하였다8). 3차원 소동물 팬텀의 대상으로는 분자 영상학 등에서 널리 사용되고 있는 4D 디지털 Moby 마우스 팬텀으로 Mimics Software (Materialise, Leuven, Belgium)9)를 이용하여 다음과 같은 과정을 통하여 3차원 소동물 팬텀을 제작하였다(Fig.
성능/효과
1 Gy의 선량을 조사하였을 때, 물질에 따른 필름의 반응 정도는 Fig. 4에서 확인할 수 있듯이 1% 이내의 차이를 확인할 수 있었으며, 다른 선량의 경우에도 0.5 Gy의 선량을 제외하고 bolus를 기준으로 두 가지 재료에 대하여 약 1%의 이내를 차이가 나타는 것을 확인할 수 있었다.
3차원 소동물 팬텀 내에 Fig. 8와 같이 필름을 삽입한 후 5 Gy의 선량을 조사하여 변한 필름의 농도 값을 소동물 팬텀의 조직을 구성한 물질에서 필름과 선량과의 반응관계식을 이용하여, 선량을 계산하였을 때, 계산된 선량 값은 약 5.08 Gy로 조사된 선량(5 Gy)와 비교하였을 때, 2% 이내의 차이가 있음을 확인하였다.
본 연구는 방사선을 이용한 비임상 연구에서 조사된 선량 평가를 위하여 3차원 프린터를 이용하여 소동물 팬텀을 제작하였다. 3차원 프린터 재료에서 선량에 따른 필름의 반응 관계식을 선행적으로 평가한 후 선량 평가를 진행하였으며, 선량평가 시 3차원 프린터 재료로부터 발생하는 선량평가에 대한 오차를 감소시킬 수 있었다. 본 연구를 기반으로 실제 소동물을 대상으로 3차원 프린터를 이용하여 팬텀을 제작하여, 소동물을 대상으로 방사선 조사하는 비임상 연구에서 조사되는 선량에 대한 신뢰성을 높여 줄 수 있을 것이라 사료된다.
3차원 프린터 재료와 bolus 사이에서 필름의 반응관계식의 차이가 작게 나타나므로 조사된 선량과 계산된 선량의 차이가 2% 이내의 차이가 있음을 확인하였다.
6). 마지막으로 3차원 소동물 팬텀의 뼈로 구현하기 위하여 만든 3차원 프린터 재료에서 관계식은 Y= 93.0X3 -1471.0X2 +10232x +25225 (r2 = 0.99)이었다(Fig. 7).
Table 2은 3차원 프린터를 이용한 방사선 관련 선행 연구에서 사용된 3차원 프린터 재료와 본 연구에서 사용된 재료의 밀도를 비교한 결과를 보여주고 있다. 서로 다른 3차원 프린터 재료를 이용하여 팬텀을 제작하였으며, 조직 및 뼈에 대하여 밀도의 범위는 1.04～1.25 g/cm3 임을 확인할 수 있었다.
후속연구
3차원 프린터 재료에서 선량에 따른 필름의 반응 관계식을 선행적으로 평가한 후 선량 평가를 진행하였으며, 선량평가 시 3차원 프린터 재료로부터 발생하는 선량평가에 대한 오차를 감소시킬 수 있었다. 본 연구를 기반으로 실제 소동물을 대상으로 3차원 프린터를 이용하여 팬텀을 제작하여, 소동물을 대상으로 방사선 조사하는 비임상 연구에서 조사되는 선량에 대한 신뢰성을 높여 줄 수 있을 것이라 사료된다.
하지만 본 연구에서 소동물의 뼈와 조직을 다른 재료로 구현하여 실제 소동물과 유사한 팬텀을 구현하는 부분에 대해서는 한계성을 가지고 있다. 추후 더 현실적인 3차원 프린터 재료를 선택하여 MeV 에너지의 방사선이 아닌 KeV 에너지의 방사선에서 3차원 프린터 재료에 대한 평가 및 실제 소동물과 유사한 팬텀을 구현할 예정이다.
하지만 본 연구에서 소동물의 뼈와 조직을 다른 재료로 구현하여 실제 소동물과 유사한 팬텀을 구현하는 부분에 대해서는 한계성을 가지고 있다. 추후 더 현실적인 3차원 프린터 재료를 선택하여 MeV 에너지의 방사선이 아닌 KeV 에너지의 방사선에서 3차원 프린터 재료에 대한 평가 및 실제 소동물과 유사한 팬텀을 구현할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소동물 선량평가 방법에는 무엇이 있는가?
소동물 선량평가에는 컴퓨터를 이용하여 방사선 조사환경 및 가상의 소동물 팬텀을 전산 모사하여 몬테칼로 시뮬레이션을 이용한 선량평가 방법과5) 작은 사이즈의 측정소자를 소동물 내에 직접 삽입하여 선량을 평가하는 방법이 있다6).
비임상 연구에서 소동물 선량평가가 중요한 이유는?
소동물을 대상으로 방사선을 조사하여 방사선의 효과를 확인하는 비임상 연구가 증가하고 있으며, 비임상 연구 시 방사선 조사의 신뢰성은 방사선을 이용한 비임상 연구의 결과에 영향을 미치게 되므로 방사선을 이용한 비임상 연구에서 소동물 선량평가의 역할은 계속적으로 증가하고 있다1).
몬테칼로 시뮬레이션을 이용한 선량평가 방법은 무엇인가?
전자의 경우에는 가상의 소동물 팬텀을 이용하여 전산모사를 통하여 간접적으로 선량을 평가하는 방법이며, 후자의 방법은 직접으로 방사선 측정 소자를 삽입하는 방법으로 실험동물 위원회의 심의 후에 연구가 가능하다.
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