의료용 선형가속기의 Flattening Filter Mode와 Flattening Filter Free Mode 간에 광중성자 선량 평가 A Study on the Photoneutron Dose Estimation in Flattening Filter Mode and Flattening Filter Free Mode for Medical Linear Accelerator원문보기
본 연구에서는 최신형 선형가속기 TrueBeam을 대상으로 10 MV FF mode와 FFF mode간 광중성자의 발생량을 평가하였고, FFF mode에서 10 MV, 15 MV 에너지 변화에 따라 발생되는 광중성자의 발생량을 평가하였다. 발생된 광중성자는 13개 측정점에서 평가하였으며, 발생된 광중성자 수집을 위해서는 한국천문연구원에서 개발한 조직등가비례계수기(KTEPC)를 이용하였다. 10 MV FF mode와 FFF mode 간 측정결과에서 10 MV FF mode가 모든 측정 점에서 높게 측정되었으며, Superior 방향에서 0.455 mSv와 0.152 mSv로 가장 많은 차이를 보였으며, FF에서 33% 이상 많은 광중성자가 발생하였다. FFF mode에서 10 MV, 15 MV 에너지에 따라서는 15 MV에서 모든 방향에서 높게 평가되었고, 방향 기준으로는 Superior 방향에서 0.402 mSv로 가장 높게 평가되었으며, 전체 평균 6.9%로 높게 측정되었다.
본 연구에서는 최신형 선형가속기 TrueBeam을 대상으로 10 MV FF mode와 FFF mode간 광중성자의 발생량을 평가하였고, FFF mode에서 10 MV, 15 MV 에너지 변화에 따라 발생되는 광중성자의 발생량을 평가하였다. 발생된 광중성자는 13개 측정점에서 평가하였으며, 발생된 광중성자 수집을 위해서는 한국천문연구원에서 개발한 조직등가비례계수기(KTEPC)를 이용하였다. 10 MV FF mode와 FFF mode 간 측정결과에서 10 MV FF mode가 모든 측정 점에서 높게 측정되었으며, Superior 방향에서 0.455 mSv와 0.152 mSv로 가장 많은 차이를 보였으며, FF에서 33% 이상 많은 광중성자가 발생하였다. FFF mode에서 10 MV, 15 MV 에너지에 따라서는 15 MV에서 모든 방향에서 높게 평가되었고, 방향 기준으로는 Superior 방향에서 0.402 mSv로 가장 높게 평가되었으며, 전체 평균 6.9%로 높게 측정되었다.
In this study, the generation of photoneutrons between the 10 MV FF mode and the FFF mode was evaluated and the amount of photoneutrons generated by the 10 MV and 15 MV energy changes in the FFF mode was evaluated. The generated neutrons were evaluated at 13 measurement points and the KTEPC was used...
In this study, the generation of photoneutrons between the 10 MV FF mode and the FFF mode was evaluated and the amount of photoneutrons generated by the 10 MV and 15 MV energy changes in the FFF mode was evaluated. The generated neutrons were evaluated at 13 measurement points and the KTEPC was used to collect the generated neutrons. 10 MV FF mode was measured at 10 MV FF mode and FFF mode at all measurement points. In the superior direction, 0.455mSv and 0.152mSv were the largest, and more than 33% optical neutron was generated in FF. 10 MV in FFF mode, 15 MV in 15 MV, and 0.402 mSv in the direction of Superior, and 6.9% in the direction.
In this study, the generation of photoneutrons between the 10 MV FF mode and the FFF mode was evaluated and the amount of photoneutrons generated by the 10 MV and 15 MV energy changes in the FFF mode was evaluated. The generated neutrons were evaluated at 13 measurement points and the KTEPC was used to collect the generated neutrons. 10 MV FF mode was measured at 10 MV FF mode and FFF mode at all measurement points. In the superior direction, 0.455mSv and 0.152mSv were the largest, and more than 33% optical neutron was generated in FF. 10 MV in FFF mode, 15 MV in 15 MV, and 0.402 mSv in the direction of Superior, and 6.9% in the direction.
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제안 방법
본 연구에서는 암 방사선치료분야에서 각광 받고 있는 의료용 선형가속기 중 TrueBeam을 대상으로 그 핵심인 FFF mode와 FF mode 간 발생되는 광중성자의 양을 평가하였으며, 부가적으로 10 MV와 15 MV 에너지에 따라서도 광중성 자를 평가하였다.
선형가속기의 겐트리 각도는 0°로 위치한 후 SSD 100 cm, 조사야 10 cm × 10 cm, 선량률은 300 MU/min, 선량은 2 Gy를 각각 조사하였으며, 측정점은 8개의 방향의 13 개 지점(Inferior 100 cm, Rt. 100 cm, RPO 100 cm, RAO 100 cm, Superior 100 cm, LAO 100 cm, Lt. 100 cm, LPO 100 cm, Inferior 150 cm, RPO 150 cm, Rt. 150 cm, Lt. 150 cm, LPO 150 cm)에서 광중성자의 양을 측정하였고 변수로는 10 MV FF mode와 10 MV FFF mode간 평가, 10 MV FF mode와 15 MV FF mode간 평가, 1순으로 평가하였다(Fig. 3).
연구 방법으로는 겐트리를 0°에 위치하고 SSD는 100 cm 로 조사야 중심으로부터 8개의 측정방향의 13개 지점 (Superior 100 cm, RAO 100 cm, Rt. 100 cm, Rt. 150 cm, RPO 100 cm, RPO 150 cm, Inferio 100 cm, Inferio 150 cm, LPO 100 cm, LPO 150 cm, Lt. 100 cm, Lt. 150 cm, LAO 100 cm)에서 평가를 하였으며, 조사 조건으로는 선량률 300 MU/min, 선량은 2 Gy를 조사하였으며, 측정을 위한 선량계는 조직등가비례계수기(KTEPC)를 사용하였다.
대상 데이터
본 연구의 재료는 미국 Varian사에서 제작한 선형가속기 TrueBeam stx(varian, USA) model을 대상으로 하였으며, 이는 60쌍의 HD 120 MLC를 장착하여 정밀도가 높고, 최대 조사야는 40 ㎝ × 22㎝이며, 다양한 X선과 전자선을 선택적으로 사용할 수 있다. 특히 6 MV X선에서는 1,200 MU/min, 15 MV에서는 최대 2,400 MU/min의 선량률로 조사가 가능해 정확성은 물론 치료시간도 단축시킬 수 있는 특징이 있다.
성능/효과
10 MV FF mode, 10 MV FFF mode간 평가에는 10 MV FF mode가 모든 측정 점에서 높게 평가되었으며, 8개 방향에 따라서는 Superior 방향에서 10 MV FF mode는 0.455 mSv와 10 MV FFF mode는 0.152 mSv로 33.4%의 가장 많은 차이가 나타났으며, 10 MV FF mode에서 전체 평균 7% 이상 많이 발생하였고 동일한 방향에서는 조사두부에서 가까울수록 높게 나타났다(Fig. 4).
10 MV FF mode와 FFF mode 간 측정결과, 10 MV FF mode가 모든 측정 점에서 높게 평가되었으며, Superior 방향에서 0.455 mSv와 0.152 mSv로 가장 많은 차이를 보였으며, 평균 20% 이상 많이 발생했다. 또한 동일한 방향에서는 조사야 중심에서 거리가 멀어질수록 감소함을 확인할 수 있었다.
10 MV FF, 10 MV FFF, 15 MV FF mode 모두 Superior 방향에서 높게 평가되었으며, 동일한 방향에서는 조사야 중심으로부터 거리가 멀어질수록 비례적으로 감소하는 것으로 평가되었다(Fig. 6).
10 MV FF, 10 MV FFF, 15 MV FF mode 모두 Superior 방향에서 높게 평가되었으며, 동일한 방향에서는 조사야 중심으로부터 거리가 멀어질수록 비례적으로 감소하는 것으로 평가되었다(Fig. 6).
15 MV FF mode와 10 MV FF mode간 광중성자에 대한 측정 결과, 전반적으로 15 MV FF mode에서 높게 평가되었고, 방향 기준으로는 겐트리 방향 Superior에서 0.402 mSv로 가장 높게 평가되었으며, 15 MV FF mode가 전체 평균 6.9%가 높게 발생되었고, 동일한 방향에서는 조사두부에서 가까울수록 높게 나타났다(Fig. 5).
FF mode에서 10 MV와 15 MV 에너지 변화에 따라서는 15 MV가 모든 방향에서 높게 평가되었으며, 방향 기준으로는 Superior 방향에서 0.402 mSv로 가장 높게 평가되었으며, 전체 평균 14% 이상 발생되었다. 이 역시 조사야 중심으로부터 거리가 멀어짐에 따라서 광중성자의 발생량도 비례적으로 감소함을 확인할 수 있었다.
이를 종합해보면 10 MV 에너지에서 FFF mode와 FF mode 간에는 FFF mode에서 30%이상 광중성자의 발생량이 감소하였고, FF mode에서 10 MV와 15 MV 에너지 변화에 따라서는 15 MV에서 전반적으로 높게 평가되었다. 또한 10 MV FF mode, 10 MV FFF mode, 15 MV FF mode 간 평가에서는 15 MV FF, 10 MV FF mode, 10 MV FFF mode 순으로 10 MV FFF mode에서 광중성자의 양이 가장 낮은 것으로 평가되었다.
후속연구
선형가속기의 구조적 특성상 광중성자의 발생을 원천적으로 차단하기는 어렵겠지만 관계 종사자는 이러한 연구자들의 연구 결과를 토대로 치료의 효율성은 물론 암 치료를 받는 환우들의 정상조직 보호에도 각별한 주의와 관심을 가지고 치료계획을 수립해야 할 것이며 치료부위 외 정상조직의 차폐에도 많은 관심을 가져야할 것이다. 광중성자의 발생이 최소화 되는 FFF mode의 활용을 적극 검토해야할 것으로 사료된다.
선형가속기의 구조적 특성상 광중성자의 발생을 원천적으로 차단하기는 어렵겠지만 관계 종사자는 이러한 연구자들의 연구 결과를 토대로 치료의 효율성은 물론 암 치료를 받는 환우들의 정상조직 보호에도 각별한 주의와 관심을 가지고 치료계획을 수립해야 할 것이며 치료부위 외 정상조직의 차폐에도 많은 관심을 가져야할 것이다. 광중성자의 발생이 최소화 되는 FFF mode의 활용을 적극 검토해야할 것으로 사료된다.
여기에 방사선치료로 인한 부작용과 제 2차 암이 발생할 수도 있다는 확률이 더해진다면 방사선치료를 받는 암 환자는 이중고에 처해질 수도 있는 현실이다. 선형가속기의 물리적인 특성상 광중성자의 발생을 원천적으로 차단하기가 쉽지는 않겠지만 이러한 사실을 충분히 인지하여 문제점 해결에 힘써야 할 것이며, 또한 암 방사선치료 관계 종사자는 정상조직에 불필요하게 조사되는 광중성자에 대한 차폐의 필요성에 대해 인지하고 여러 가지 인자를 고려할 때 피폭의 저감화를 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
TrueBeam이란 무엇인가?
TrueBeam은 삼차원입체조형치료, 세기조절방사선치료, 영상유도방사선치료, 호흡동조방사선치료 등의 특수치료법을 효율적으로 시행할 수 있으며, 특히 치료시간 단축과 정확성을 향상시킨 치료기다.
의료용 선형가속기의 10MV 이상의 고에너지는 무엇을 발생시키는가?
의료용 선형가속기의 조사 두부는 가속된 전자가 외부로의 유출을 방지하기 위해 납으로 쌓여 있고, 구성으로는 타깃, 선속평탄 여과판, 산란박, 이온전리함, 콜리메타, 다엽콜리메타 등으로 구성이 되어 있으며, 이들은 대부분 원자번호가 높은 납(Pb)이나 텅스텐(W)의 재질로 되어 있어 발생된 광자와의 상호작용을 통하여 광중성자를 발생 하는 것으로 알려져 있다[1]. 10 MV 이상의 고에너지는 폐암이나 복부, 골반부 등 심부에 발생한 종양 치료 시 피부에 반응은 줄이고, 암세포에만 선량을 집중할 수 있어 많이 활용되지만 불필요한 광중성자를 일으키게 되어[2], 조사야외 정상조직에 피폭선량으로 작용하는 단점이 있다.
TrueBeam의 가장 큰 특징은 무엇인가?
의료용으로 사용되는 선형가속기는 전자를 가속하여 타깃(target)에 충돌시켜 X선을 발생시키게 되는데 기하학적인 구조상 중심부의 선량이 강하여 뿔 형태의 선량분포도를 나타나게 되는데 이를 평탄화하기 위해서 선속평탄 여과판 (flattening filter; FF)을 사용하여 종양에 균등한 선량이 조사될 수 있도록 설계되어 있다. TrueBeam의 가장 큰 특징은 Flattening Filter mode와 Flattening Filter Free (FFF) mode를 선택적으로 사용할 수 있는 Dual mode로 설계되었다. 의료용 선형가속기의 조사 두부는 가속된 전자가 외부로의 유출을 방지하기 위해 납으로 쌓여 있고, 구성으로는 타깃, 선속평탄 여과판, 산란박, 이온전리함, 콜리메타, 다엽콜리메타 등으로 구성이 되어 있으며, 이들은 대부분 원자번호가 높은 납(Pb)이나 텅스텐(W)의 재질로 되어 있어 발생된 광자와의 상호작용을 통하여 광중성자를 발생 하는 것으로 알려져 있다[1].
참고문헌 (13)
Ing H, Nelson WR, Shore RA: Unwanted photon and neutron radiation resulting from collimated photon beams interacting with the body of radiotherapy patients, Med. Phys, 9(1), 27-33, 1982
Lakosi L.: Photoneutron interrogation of low-enriched uranium induced by bremsstrahlung from a 4MeV linac", Section B, Beam interactions with materia ls and atoms, Nuclear Instruments & methods in physics research. Vol.266, No.2, 295-300, 2008
Jung jae ho, Kim Hong Suk, Park Yoon Hwan, Lee Jae Ki: Evaluation of dose by photoneutron generated from medical linear accelerator, Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society, 01, 296-296, 2004
McGinley P. H.: Photoneutron Production in the Primary Barriers of Medical Accelerator Rooms, Health physics, 62(4), 359-362,1992
Nath R, Epp ER, Laughlin JS, Swanson WP, Bond VP: Neutrons from high-energy X-ray medical accelerators: an estimate of risk to the radiotherapy patient, Medical Physics, 11(3), 231-241, 1984
Fatemeh Torabi, S. Farhad Masoudi, Faezeh Rahmani: Photoneutron production by a 25MeV electron linac for BNCT application, Annals of Nuclear Energy, 54, 192-196, 2013
Difilippo, F., Papiez, L., Moskvin, V., et al.: Contamination dose from photoneutron processes in bodily tissues during therapeutic radiation delivery, Medical physics, 30(10), 2849-2854, 2003
Eun-Tae Park: Evaluation of Photoneutron Dose in Radiotherapy Room Using MCNPX, The Journal of the Korea Contents Association, 15(6), 283-289, 2015
ICRP 74: Conversion coefficients for use I nradiological protection against external radiation, International Commission on Radiological Protection, ICRP Publication 74, 1996
ICRP 60: 1990 Recommendations of the Internaitonal Commission on Radiological Protection, Internaional Commission on Radiological Protectin, ICRP Publicaton 60, 1991
Cho Woong, Park Jeong-Hoon, Jung Won-Gyun Suh Tae-Suk: Development of a Beam Source Modeling Technique for a Flattening Filter Free (FFF) Beam, Machine Learning and Applications and Workshops, 10th International Conference,.2, 215-219, 2011
Chang Si-Young, Kim In-Gyoo: Developments in Radiation Health Science and Their Impact on Radiation Protection, Journal of radiation protection and research, 23(3), 185-196, 1998
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