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전자선치료 시 3D 프린터로 제작한 환자 맞춤형 차폐체의 유용성 평가
Evaluation of the Usefulness of Patient Customized Shielding Block Made with 3D Printer in the Skin Cancer Electron Beam Therapy 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.42 no.6, 2019년, pp.447 - 454  

안기송 (대구보건대학교 방사선과) ,  정우찬 (대구보건대학교 방사선과) ,  김대현 (강북삼성병원 방사선종양학과) ,  김무섭 (가톨릭대학교 의공학교실) ,  윤도군 (가톨릭대학교 의공학교실) ,  심재구 (대구보건대학교 방사선과) ,  서태석 (가톨릭대학교 의공학교실)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to improve and supplement the shielding method for electron beam treatment, we designed a patient-specific shielding method using a 3D printer, and evaluated the usefulness by comparing and analyzing the distribution of electron beam doses to adjacent organs. In order to treat 5 cm sized su...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 기존 차폐방법의 문제점 보완을 위하여 3D 프린터를 이용한 환자 맞춤형 차폐체 제작 방법을 고안했으며, 차폐 효과를 평가하기 위해 팬텀의 손상위험장기 선량 분포를 비교 및 분석하여 환자 맞춤형 차폐체 제작에 유용성을 알아보고자 한다.
  • 본 논문에서는 차폐방법과 차폐체의 유무에 따른 차폐율을 알아 보기위해 손상위험장기인 수정체에 미치는 전자선 선량을 측정, 분석하였다. 결과적으로 3D 프린터로 제작한 환자 맞춤형 차폐체를 사용한 방법이 가장 우수하였다.
  • 따라서 선행 연구들을 통해 기존 방사선 차폐방법의 문제점을 보완하기 위한 연구가 진행되었으나 손상위험장기 차폐방법에 대한 뚜렷한 해결 방법이 없기 때문에 개선이 필요하다. 본 연구는 저용융점 납합금과 현재 의료 기관에서 사용이 증가하는 3-Dimensional(3D) 프린터 기술을 접목한[12, 13] 차폐체를 제작하는 방법을 고안하였으며, 3D 프린터 기술을 통해 효율적인 차폐체 제작이 가능하다.
  • 본 연구는 전자선 치료 시 정상조직에 대한 기존의 차폐방식과 인체 표면을 직접 차폐하는 환자 맞춤형 차폐체(Patient Customized Shielding Block : PCSB)를 이용한 방법에 따른 손상위험장기 선량을 측정하여 비교하고자 하였다. 인체의 얼굴 부위 중 수정체(lens)는 손상위험장기로써 방사선 감수성이 높기 때문에 인체 모형 팬톰(Alderson Rando phantom)의 얼굴 부위 중 임의로 수정체(lens)가 위치한 눈(Eye) 주변에 크기 5 cm인 피부 종양이 발생한 가정하에 실험을 진행하였다.

가설 설정

  • 본 연구는 전자선 치료 시 정상조직에 대한 기존의 차폐방식과 인체 표면을 직접 차폐하는 환자 맞춤형 차폐체(Patient Customized Shielding Block : PCSB)를 이용한 방법에 따른 손상위험장기 선량을 측정하여 비교하고자 하였다. 인체의 얼굴 부위 중 수정체(lens)는 손상위험장기로써 방사선 감수성이 높기 때문에 인체 모형 팬톰(Alderson Rando phantom)의 얼굴 부위 중 임의로 수정체(lens)가 위치한 눈(Eye) 주변에 크기 5 cm인 피부 종양이 발생한 가정하에 실험을 진행하였다. 가정된 종양을 치료하는 과정에서 사용되는 환자 맞춤형 차폐체는 3D 프린터를 이용하여 제작하고 차폐 방법에 따른 손상위험장기의 선량 측정을 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3D 프린터 방식의 종류에는 무엇이 있는가? 3D 프린터 방식의 종류에는 가장 보편적으로 많이 사용하는 FDM(Fused Deposition Modeling:FDM) 방식으로 PolyJet, SLA (Stereo Lithography Apparatus:SLA), SLS (Selective Laser Sintering; SLS), InkJet, DLP (Digital Lighting Process: DLP) 등이 있다. 본논문에서는 제작비용과 시간 면에서 효율적이며 타 방식보다 장치의 구조와 프로세스가 간단하여 보급률이 높아 어디서든 프린터를 구매하기 쉬운 가장 대표적인 방식인 FDM 방식을 사용하였다[14].
종양 치료시 정밀한 치료계획 및 차폐방법이 요구되는 이유는 무엇인가? 이에 따라 전자선 치료 시 체표에서 5 cm 이하 깊이 표재성 종양 치료에 이용되고 있다[4]. 표재성 종양 치료 시 표적 주변의 손상위험장기가 위치할 경우 방사선 영향을 최소화하기 위해서 매우 정밀한 치료계획 및 차폐방법이 요구되는데, 손상위험장기에 과도한 방사선 영향을 받으면 부작용 또는 합병증이 발생할 수 있기 때문이다. 예를 들어 수정체(lens) 부위 주위에 기저세포암(basal cell carcinoma)이 발생하여 전자선 치료를 시행할 경우 수정체는 방사선 감수성이 높은 장기로 수정체 역치 선량 2 Gy 이상 피폭 받을 시 일시적으로 백내장이 발생하며, 5 Gy 이상 피폭 받았을 때는 만성 장해의 백내장이 발생한다[5].
전자선을 이용하여 방사선치료를 하는 이유는 무엇인가? 방사선치료 대상인 종양 즉 표적이 피부표면에 위치한 경우 광자선으로 가능하지만 전자선을 이용하여 방사선치료를 하는 경우가 많다. 그 이유는 전자선의 물리적 특성 영향과 밀접하다. 전자선의 물리적 특성은 산란박, 조준기 개방, 조사통 구조, 조사 면의 크기 및 형태 그리고 차폐체 밀도 및 두께 등에 따라 전자선이 투과할 시 물질의 원자핵 혹은 궤도전자와 상호작용이 일어나 입사 전자들의 운동 에너지와 방향에 변화가 일어나 다중 산란이 발생한다[2,3]. 따라서 다중 산란 영향으로 인해 전자선은 조사선량이 유효치료 80% 심부선량백분율(Percentage Depth Dose; PDD)을 지나면 선량 흡수가 급격히 감소로 방사선 영향이 적어져 부작용 발생률이 낮아진다. 이에 따라 전자선 치료 시 체표에서 5 cm 이하 깊이 표재성 종양 치료에 이용되고 있다[4]. 표재성 종양 치료 시 표적 주변의 손상위험장기가 위치할 경우 방사선 영향을 최소화하기 위해서 매우 정밀한 치료계획 및 차폐방법이 요구되는데, 손상위험장기에 과도한 방사선 영향을 받으면 부작용 또는 합병증이 발생할 수 있기 때문이다.
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참고문헌 (22)

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  4. Khan FM, Doppke KP, Hogstrom KR, Kutcher GJ, Nath R, Prasad SC, et al. Clinical electron­beam dosimetry: report of AAPM radiation therapy committee task group No. 25. Medical physics. 1991;18(1):73-109. 

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  22. Arenas M, Sabater S, Sintas A, Arguis M, Hernandez V, Arquez M, et al. Individualized 3D scanning and printing for non-melanoma skin cancer brachytherapy: A financial study for its integration into clinical workflow. Journal of Contemporary Brachytherapy. 2017;9(3):270. 

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