A radiation dosimeter is important to assess quality assurance (QA) of radiation therapy devices and to estimate the radiation dose in vivo dosimetry. Recently, optically stimulated luminescence detector (OSLD) is widely used in clinical filed. Therefore, the purpose of this study is to evaluate dos...
A radiation dosimeter is important to assess quality assurance (QA) of radiation therapy devices and to estimate the radiation dose in vivo dosimetry. Recently, optically stimulated luminescence detector (OSLD) is widely used in clinical filed. Therefore, the purpose of this study is to evaluate dose, energy, and angular dependence of OSLD and EBT3 film. The absorbed dose in clinical linear accelerator (Linac) beam is calibrated for dose per monitor unit (MU). Dose, energy, and angular dependence of OSLD and EBT3 film are estimated after the calibration procedure. The absorbed dose is measured at 50, 100, 150, and 200 cGy in an 6 MV X-ray beam for dose dependence. A dose of 150 cGy is delivered to OSLD and EBT3 film with 6 and 10 MV photon energies for energy dependence. For measurements of angular dependence, angular positions of gantry are $0^{\circ}{\pm}80^{\circ}$ with 6 MV at 150 cGy. The results of dose dependence is linear for OSLD and EBT3 film. For the results of energy dependence, errors were 0.39% and 0.03% for OSLD and EBT3 film, respectively. The results of dose for angular is decreased from $0^{\circ}$ to ${\pm}80^{\circ}$ for both OSLD and EBT3 film. When angle of $0^{\circ}$ is normalized to 1, and the dose is decreased to 60 and 66% at $80^{\circ}$ for OSLD and EBT3 film, respectively. Dose and energy dependence of OSLD and EBT3 film are measured within the recommendation of manufacturer. Angular dependence is increased from $0^{\circ}$ to ${\pm}80^{\circ}$ for OSLD and EBT3 film. The characteristics of OSLD and EBT3 film are similar and expected to useful for clinical field.
A radiation dosimeter is important to assess quality assurance (QA) of radiation therapy devices and to estimate the radiation dose in vivo dosimetry. Recently, optically stimulated luminescence detector (OSLD) is widely used in clinical filed. Therefore, the purpose of this study is to evaluate dose, energy, and angular dependence of OSLD and EBT3 film. The absorbed dose in clinical linear accelerator (Linac) beam is calibrated for dose per monitor unit (MU). Dose, energy, and angular dependence of OSLD and EBT3 film are estimated after the calibration procedure. The absorbed dose is measured at 50, 100, 150, and 200 cGy in an 6 MV X-ray beam for dose dependence. A dose of 150 cGy is delivered to OSLD and EBT3 film with 6 and 10 MV photon energies for energy dependence. For measurements of angular dependence, angular positions of gantry are $0^{\circ}{\pm}80^{\circ}$ with 6 MV at 150 cGy. The results of dose dependence is linear for OSLD and EBT3 film. For the results of energy dependence, errors were 0.39% and 0.03% for OSLD and EBT3 film, respectively. The results of dose for angular is decreased from $0^{\circ}$ to ${\pm}80^{\circ}$ for both OSLD and EBT3 film. When angle of $0^{\circ}$ is normalized to 1, and the dose is decreased to 60 and 66% at $80^{\circ}$ for OSLD and EBT3 film, respectively. Dose and energy dependence of OSLD and EBT3 film are measured within the recommendation of manufacturer. Angular dependence is increased from $0^{\circ}$ to ${\pm}80^{\circ}$ for OSLD and EBT3 film. The characteristics of OSLD and EBT3 film are similar and expected to useful for clinical field.
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문제 정의
따라서, 본 연구의 목적은 OSLD 를 이용하여 방사선치료에 사용하는 광자선 선량의 직선성을 확인하고, 방사선 치료에 사용하는 주요 에너지의 의존성을 평가하며, 방사선 치료빔의 방향의존성을 분석하는 것이다. OSLD 로 측정된 선량, 에너지, 방향의존성은 EBT3 필름을 이용하여 획득한 결과와 비교되었다.
제안 방법
EBT3 필름 또는 OSLD 는 팬텀의 표면 아래 5 ㎝ 깊이에 위치하여 방사선을 조사하였고, 이때 SSD 는 100㎝, 조사면은 10×10 ㎠ 으로 설정하였다.
에너지의존성은 두 선량계에 6 MV 와 10 MV 에너지로 흡수선량은 150 cGy 가 되도록 조사하였다. OSLD 는 6 MV 와 10 MV 에너지에 대하여 각각 5 회 측정하였고, EBT3 필름은 3 회 측정하였다. 6 MV 에너지에 대한 OSLD 의 평균값은 142.
방사선 조사 시 EBT3 필름 또는 OSLD 의 면 방향은 갠트리 각도 기준 0°와 마주보게 장착했다. 각 선량계의 선량 의존성 평가를 위해 엑스선 빔의 에너지를 6 MV 로 고정한 후 50, 100, 150, 200 cGy 가 흡수되도록 조사했다. 선량계의 에너지 의존성을 평가하기 위해 각각 6, 10 MV 의 에너지에 대하여 150 cGy 의 선량이 흡수되도록 조사하였다.
방향 의존성을 평가하기 위해 갠트리의 각도를 -80°, -60°, -40°, -20°, 0°, 20°, 40°, 60°, 80°로 변화시키며 빔을 조사하였다.
각 선량계의 선량 의존성 평가를 위해 엑스선 빔의 에너지를 6 MV 로 고정한 후 50, 100, 150, 200 cGy 가 흡수되도록 조사했다. 선량계의 에너지 의존성을 평가하기 위해 각각 6, 10 MV 의 에너지에 대하여 150 cGy 의 선량이 흡수되도록 조사하였다. 방향 의존성을 평가하기 위해 갠트리의 각도를 -80°, -60°, -40°, -20°, 0°, 20°, 40°, 60°, 80°로 변화시키며 빔을 조사하였다.
선량의존성을 평가하기 위해 OSLD 와 EBT3 필름에 6 MV 에너지로 흡수선량이 각각 50, 100, 150, 200 cGy 이 되도록 조사하여 측정된 선량값을 확인하였다. OSLD 와 EBT3 필름에서 측정된 선량 값은 그림 1(A)와 (B)에 나타내었다.
OSLD 와 EBT3 필름의 에너지의존성 측정결과는 그림 2(A)와 (B)와 같다. 에너지의존성은 두 선량계에 6 MV 와 10 MV 에너지로 흡수선량은 150 cGy 가 되도록 조사하였다. OSLD 는 6 MV 와 10 MV 에너지에 대하여 각각 5 회 측정하였고, EBT3 필름은 3 회 측정하였다.
이온챔버를 통해 전리된 전하량을 전위계를 이용하여 측정했고, 각 선량 당 MU 값의 전하량을 측정했다. 획득된 전하량을 바탕으로 선량값을 계산해 확인하였다.
방사선치료 시 치료정확도에 대한 평가는 치료성적을 좌우하는데 매우 중요한 요소이다. 치료 정확도에 대한 평가 요소 중 하나인 선량 평가를 위해 사용되는 선량계의 역할이 대두되고 있으며, 본 연구에서는 임상에서 주로 사용되는 OSLD 와 EBT3 필름의 선량, 에너지, 방향의존성 특성을 분석 및 비교하였다.
이온챔버를 통해 전리된 전하량을 전위계를 이용하여 측정했고, 각 선량 당 MU 값의 전하량을 측정했다. 획득된 전하량을 바탕으로 선량값을 계산해 확인하였다. 선량측정 깊이는 팬텀 표면으로부터 5 ㎝로 고정하였으며, 이는 모든 에너지에서의 build up 을 충분히 포함하기 위함이다.
대상 데이터
본 실험에서는 사전에 보정된 3×3 ㎠ 크기의 EBT3 필름을 사용하였다.
실험에 사용된 팬텀 (PTW, Freiburg, Germany)은 고체로 되어있으며, 깊이에 따른 선량 측정과 보정을 수행할 수 있으며, 고에너지 광자와 전자 선량 측정에 적합한 물 등가물질이다. 팬텀은 30×30 ㎠ 의 면적을 가지고 있으며, 본 연구에서는 이온챔버의 선량 보정 및 OSLD 와 EBT3 필름의 선량 측정에 팬텀을 이용하였다.
팬텀은 30×30 ㎠ 의 면적을 가지고 있으며, 본 연구에서는 이온챔버의 선량 보정 및 OSLD 와 EBT3 필름의 선량 측정에 팬텀을 이용하였다.
데이터처리
따라서, 본 연구의 목적은 OSLD 를 이용하여 방사선치료에 사용하는 광자선 선량의 직선성을 확인하고, 방사선 치료에 사용하는 주요 에너지의 의존성을 평가하며, 방사선 치료빔의 방향의존성을 분석하는 것이다. OSLD 로 측정된 선량, 에너지, 방향의존성은 EBT3 필름을 이용하여 획득한 결과와 비교되었다.
그림 1(A)는 이온챔버에서 측정된 절대 선량을 기준으로 측정된 OSLD 의 절대선량이다. 선량은 총 5 회 측정된 값을 바탕으로 평균 선량을 산출하였다. 50 cGy 에 대해서는 기대값에 비해 -12.
이론/모형
치료장치에 표시되는 선량 단위는 기계적 값인 Monitor Unit (MU)를 사용하므로 실제 사용하는 흡수선량 (Gy) 단위에서 MU 로 변환이 필요하다. 본 연구에서는 SSD 법에 의한 MU 변환을 수행하였고, 이를 계산하는 수식은 아래와 같다.
성능/효과
38 cGy 였다. 10 MV 에너지에 대한 OSLD 의 평균값은 148.22 cGy, EBT3 필름으로 측정된 선량의 평균값은 154.84 cGy 였다. 150 cGy 를 기준으로 흡수선량에 대한 오차는 OSLD 는 6 MV 와 10 MV 에서 각각 -4.
84 cGy 였다. 150 cGy 를 기준으로 흡수선량에 대한 오차는 OSLD 는 6 MV 와 10 MV 에서 각각 -4.94, -1.19%를 보였고, EBT3 필름은 6 MV 와 10 MV 에서 각각 2.25, 2.56%를 보였다. 에너지에 의한 선량의 차이는 6 MV 일 때의 흡수선량을 1.
OSLD 는 6 MV 와 10 MV 에너지에 대하여 각각 5 회 측정하였고, EBT3 필름은 3 회 측정하였다. 6 MV 에너지에 대한 OSLD 의 평균값은 142.59 cGy 였고, EBT3 필름으로 측정된 값은 153.38 cGy 였다. 10 MV 에너지에 대한 OSLD 의 평균값은 148.
그림 1(B)는 EBT3 필름을 이용하여 측정된 선량값을 보여주고 있으며, 선량은 총 3 회 측정하여 평균값을 산출하였다. EBT3 필름이 기본적으로 가지고 있는 백그라운드 선량 값인 11.33 cGy 를 평균 선량값에서 감산하였다. 그 결과 50 cGy 에 대해서는 -6.
OSLD 로 측정한 방향의존성 결과 ±40°이내에서 모두 1.0% 미만의 오차를 보였고, 그 외 범위에서는 오차가 크게 증가하였다.
OSLD 와 EBT3 필름에 대한 선량, 에너지의존성은 제조사 기준에 맞게 측정되었고, 방향의존성 측면에서는 OSLD 와 EBT3 필름 모두 각도가 증가함에 따라 오차가 증가하였다. 이 두 선량계의 특성은 비슷하나 OSLD 는 크기가 작고 재사용이 가능하며 열처리의 복잡한 과정없이 판독이 용이하다는 장점이 있으며, EBT3 필름은 유연하여 굴곡진 환자의 몸에 밀착시킬 수 있고 피부의 흡수선량 측정이 용이한 장점이 있으므로 임상적으로 각각의 특성에 따라 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
42%의 오차를 보였다. OSLD 와 EBT3 필름을 이용하여 측정된 선량 값을 바탕으로 작성된 선량의존성 그래프에서 대략적으로 선량에 따른 응답이 선형적으로 증가함을 확인할 수 있었고 OSLD 와 EBT3 필름의 R2 값은 각각 0.9988 로 동일한 값을 보였다.
OSLD 와 EBT3 필름의 방향의존성은 갠트리 각도 0°를 기준으로 멀어질수록 오차가 증가하는 경향을 보였으나, OSLD 는 ±40°이내에서 방향의존성에 의한 영향이 EBT3 필름보다 적은 경향을 보였다.
33 cGy 를 평균 선량값에서 감산하였다. 그 결과 50 cGy 에 대해서는 -6.45%, 100 cGy 에 대해서는 4.92%, 150 cGy 에 대해서는 2.25%, 그리고 200 cGy 에 대해서는 9.42%의 오차를 보였다. OSLD 와 EBT3 필름을 이용하여 측정된 선량 값을 바탕으로 작성된 선량의존성 그래프에서 대략적으로 선량에 따른 응답이 선형적으로 증가함을 확인할 수 있었고 OSLD 와 EBT3 필름의 R2 값은 각각 0.
0 Gy 로 IMRT 와 VMAT QA 에 사용되며, 조직등가물질로서 근접치료 등 많은 치료법에서의 응용에 적합하다. 또한 일반 필름에 비해 적외선 및 가시광선에 덜 민감하며, 60 ℃ 이상의 온도에서도 안정적이다. 본 실험에서는 사전에 보정된 3×3 ㎠ 크기의 EBT3 필름을 사용하였다.
방향의존성 평가에서는 OSLD 와 EBT3 필름 모두 갠트리 각도 0°를 기준으로 각도가 ±80°으로 증가할 때 선량이 감소하는 경향을 보여주고 있고, 특히 -60°에서 -80°와 60°에서 80°사이에서 급격한 선량 감소를 보였다.
선량의존성에서 직선성을 확인한 결과 두 선량계의 선량에 따른 응답은 모두 직선성을 보여주고 있다. 그러나 OSLD 는 50 cGy 와 100 cGy 에서 오차가 10% 이상을 보여주고 있으므로 저선량 영역에서의 선량 측정은 고려할 필요가 있다.
에너지의존성 측면에서는 6 MV 를 기준으로 표준화한 결과 EBT3 필름의 오차가 OSLD 로 측정한 오차보다 적었다. 그러나, 결과에서 보여주듯 두 선량계의 오차 값이 모두 1% 이내로 나타났다.
OSLD 와 EBT3 필름에 대한 선량, 에너지의존성은 제조사 기준에 맞게 측정되었고, 방향의존성 측면에서는 OSLD 와 EBT3 필름 모두 각도가 증가함에 따라 오차가 증가하였다. 이 두 선량계의 특성은 비슷하나 OSLD 는 크기가 작고 재사용이 가능하며 열처리의 복잡한 과정없이 판독이 용이하다는 장점이 있으며, EBT3 필름은 유연하여 굴곡진 환자의 몸에 밀착시킬 수 있고 피부의 흡수선량 측정이 용이한 장점이 있으므로 임상적으로 각각의 특성에 따라 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
OSLD 와 EBT3 필름은 수 Gy 범위까지 사용가능하며 진단영역에서 사용되는 kV 에너지 범위에 대해 추가 검증을 한다면 보다 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다. 보다 정확한 선량측정을 위해 주기적인 선량계의 교정이 중요하다고 판단된다.
또한 OSLD 와 EBT3 필름은 활성영역의 크기가 다르고 조사 후 선량을 읽는 시간의 차이에 의해 오차가 발생한 것으로 사료된다. 정확한 선량 측정을 위해서 OSLD 와 EBT3 필름 모두 조사면 크기, 선량을 읽는 환경, 선량계의 위치 등의 고려가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선량계의 역할이 중요한 이유는?
이 과제를 수행하기 위해 임상에서는 방사선 치료 장비의 정도 관리 (Quality assurance, QA) 및 선량측정 (In vivo dosimetry)을 주기적으로 시행하고 있다. 방사선치료 방법의 발전에 따른 고도화에 의해 수행하는 선량측정의 중요성이 서서히 증가하고 있으며, 선량 확인을 위해 사용되는 선량계의 역할이 매우 중요하다.
방사선 치료 장비의 정도 관리 (Quality assurance, QA) 및 선량측정 (In vivo dosimetry)을 시행하는 이유는?
외조사 방사선 치료는 고에너지 빔을 암에 조사하는 기법이며, 고선량을 사용하므로 정상조직에 많은 부작용을 일으킬 수 있어 ALARA (As low as reasonably achievable) 원칙에 따라 환자에게 정확한 양의 방사선을 조사하는 것이 주과제가 되고 있다. 이 과제를 수행하기 위해 임상에서는 방사선 치료 장비의 정도 관리 (Quality assurance, QA) 및 선량측정 (In vivo dosimetry)을 주기적으로 시행하고 있다.
외조사 방사선 치료란?
외조사 방사선 치료는 고에너지 빔을 암에 조사하는 기법이며, 고선량을 사용하므로 정상조직에 많은 부작용을 일으킬 수 있어 ALARA (As low as reasonably achievable) 원칙에 따라 환자에게 정확한 양의 방사선을 조사하는 것이 주과제가 되고 있다. 이 과제를 수행하기 위해 임상에서는 방사선 치료 장비의 정도 관리 (Quality assurance, QA) 및 선량측정 (In vivo dosimetry)을 주기적으로 시행하고 있다.
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