[논문]3D 프린트 소재에 따른 선량평가를 통한 볼루스 적용성 평가

김정훈; 이득희

doi:10.7742/jksr.2019.13.2.241

3D 프린트 소재에 따른 선량평가를 통한 볼루스 적용성 평가
Evaluation of Bolus Applicability through Dose Evaluation According to 3D Print Materials 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.13 no.2, 2019년, pp.241 - 246

김정훈 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 방사선학과) , 이득희 (인제대학교 부산백병원 방사선종양학과)

초록
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4차 산업혁명의 기술 중 3D 프린팅 기술의 소재에 따른 선량평가를 통해 볼루스 적용 가능성을 평가하였다. 선량의 평가는 몬테카를로 방식의 MCNPX프로그램을 이용하였으며, 3D 프린트 물성은 ABS, PC, PLA 세 가지로 하였다. 그리하여 볼루스 10 mm와 동일한 효과를 보이는 두께를 산정한 결과 6 MeV 전자선의 경우 ABS 10 mm, PC 9 mm, PLA 9 mm로 나타났다. 6 MV X-선의 경우 ABS 11 mm, PC 10 mm, PLA 9 mm로 나타났다. 본 실험을 통해 3D 프린터 소재로 제작하는 조직등가물질이 볼루스를 대체할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Among the 4th Industrial Revolution technologies, evaluated bolus applicability through dose assesment according to the materials of 3D printing technology. Dose assesment was using MCNPX which was applied Monte Carlo method and 3D print materials were ABS, PC and PLA. Thus, the thickness with the same effect as the bolus 10 mm was found to be ABS 10 mm, PC 9 mm and PLA 9 mm for the 6 MeV electron. For 6 MV X-ray, ABS 11 mm, PC 10 mm and PLA 9 mm were shown. This study showed that tissue equivalent materials made from 3D printer materials can replace bolus.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of absorbed dose measurement experiment.
표 Table 1. 3D printing material Density (Unit : g/cm3)
그림 Fig. 2. Result of 6 MeV electron percentage depth dose.
그림 Fig. 3. Result of 6 MV X-ray percentage depth dose.
그림 Fig. 5. 6 MeV electron absorbed dose according to the material.
그림 Fig. 6. 6 MV X-ray absorbed dose according to the material.
그림 FIg. 4. Result of dose reduction according to air gap thickness.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 3D 프린터 소재를 통해 기존 볼루스의 단점을 보강하고자 심부선량을 모의모사를 통해 평가하였다.
이에 본 연구는 모의모사를 통해 3D 프린터 소재의 볼루스 대체 가능성을 분석하고자 먼저 선량을 평가하고, 기존 볼루스와 동일한 효과를 구현하는 두께를 산정하고자 한다.

제안 방법

3D 프린트 소재 별 두께에 따른 선량평가를 통해 볼루스 1 cm과 유사한 효과를 가지는 두께를 측정하였다. 소재에 따라 1 mm 간격으로 5 mm 부터 15 mm까지 선량을 측정하여 최대선량 지점이 유사한 두께를 산정하여 심부선량을 평가하였다.
4차 산업혁명 기술 중 하나인 3D 프린트 소재를 이용한 볼루스효과를 평가하였다. 기존 볼루스를 대신하여 3D 프린트 소재를 이용 시 동일한 효과를 재현 가능 한 것을 알 수 있었으며, 맞춤형 제작을 통해 기존 볼루스의 단점을 보강할 수 있을 것으로 판단된다.
이를 바탕으로 받아 심부선량 백분율을 평가하였다. 그리고 조직등가물질인 볼루스 유무에 따른 차이를 평가하고자, 볼루스 1 cm을 표면에 위치시켜 동일한 방식으로 측정하였다.
볼루스 사용 시 공기층 발생에 따른 선량차이를 측정하고자 공기층 두께에 따른 선량을 평가하였다. 볼루스 1 cm을 표면에 위치시켰으며, 공기층이 존재하지 않는 0 mm 부터 1 mm 간격으로 하여 20 mm 공기층까지 설정하였다. 이를 바탕으로 표면의 선량을 측정하여 비교 평가하였다.
볼루스 사용 시 공기층 발생에 따른 선량차이를 측정하고자 공기층 두께에 따른 선량을 평가하였다. 볼루스 1 cm을 표면에 위치시켰으며, 공기층이 존재하지 않는 0 mm 부터 1 mm 간격으로 하여 20 mm 공기층까지 설정하였다.
3D 프린트 소재 별 두께에 따른 선량평가를 통해 볼루스 1 cm과 유사한 효과를 가지는 두께를 측정하였다. 소재에 따라 1 mm 간격으로 5 mm 부터 15 mm까지 선량을 측정하여 최대선량 지점이 유사한 두께를 산정하여 심부선량을 평가하였다.
흡수선량은 MCNPX의 MeV/g으로 측정하는 F6 Tally를 이용하여, 1 mm 간격으로 측정하였다. 이를 바탕으로 받아 심부선량 백분율을 평가하였다. 그리고 조직등가물질인 볼루스 유무에 따른 차이를 평가하고자, 볼루스 1 cm을 표면에 위치시켜 동일한 방식으로 측정하였다.
볼루스 1 cm을 표면에 위치시켰으며, 공기층이 존재하지 않는 0 mm 부터 1 mm 간격으로 하여 20 mm 공기층까지 설정하였다. 이를 바탕으로 표면의 선량을 측정하여 비교 평가하였다.
선원표면간(Source Skin Distance, SSD)의 거리는 100 cm으로 설정하였으며, 조사야의 크기는 10 × 10 cm²으로 하였다. 흡수선량은 MCNPX의 MeV/g으로 측정하는 F6 Tally를 이용하여, 1 mm 간격으로 측정하였다. 이를 바탕으로 받아 심부선량 백분율을 평가하였다.

대상 데이터

선량평가를 위하여 조직등가물질은 볼루스(Bolus)를 이용하였다. 그리고 3D 프린트의 소재는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(Poly Carbonate), PLA(Poly Lactic Acid) 총 3가지를 선정하였으며, 특히 PLA의 경우 옥수수 전분으로 구성되어 인체에도 무해하다. 또한 볼루스와 3D 프린트 소재의 밀도는 Table 1에 나타내었다.
선량측정을 위한 팬텀은 물 팬텀(Water phantom)을 이용하였으며 크기는 AAPM에서 권고하는 크기에 부합하는 40 × 40 × 40 cm3로 설정하였다.
선원은 선형가속기에서 사용되는 6 MV의 X-선과 6 MeV의 전자선으로 설정하였다. 선량평가를 위하여 조직등가물질은 볼루스(Bolus)를 이용하였다. 그리고 3D 프린트의 소재는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), PC(Poly Carbonate), PLA(Poly Lactic Acid) 총 3가지를 선정하였으며, 특히 PLA의 경우 옥수수 전분으로 구성되어 인체에도 무해하다.
1과 같이 모사하였다. 선원은 6 MV X-선과 6 MeV 전자선을 조사하였다. 선원표면간(Source Skin Distance, SSD)의 거리는 100 cm으로 설정하였으며, 조사야의 크기는 10 × 10 cm²으로 하였다.
0, USA) 프로그램을 사용하였다. 선원은 선형가속기에서 사용되는 6 MV의 X-선과 6 MeV의 전자선으로 설정하였다. 선량평가를 위하여 조직등가물질은 볼루스(Bolus)를 이용하였다.
선원표면간(Source Skin Distance, SSD)의 거리는 100 cm으로 설정하였으며, 조사야의 크기는 10 × 10 cm2으로 하였다.

이론/모형

본 연구에서는 모의모사를 위해 몬테카를로 방식의 MCNPX(Monte Carlo N-Particle Extended. ver 2.5.0, USA) 프로그램을 사용하였다. 선원은 선형가속기에서 사용되는 6 MV의 X-선과 6 MeV의 전자선으로 설정하였다.

성능/효과

3D 프린트 소재를 조직등가물질로 적용한 결과, 전자선의 경우 볼루스 10 mm와 동일한 효과를 나타내는 두께는 ABS 10 mm, PC, 9 mm, PLA 9 mm로 나타났다. ABS의 경우 볼루스와 밀도가 동일함으로 인해 나타난 결과로 사료되며, PC와 PLA의경우 볼루스 보다 밀도가 높아 필요 두께가 얇아진 것으로 판단된다.
X-선의 경우 ABS 11 mm, PC 10 mm, PLA 9 mm에서 볼루스 10 mm와 유사한 것으로 나타났으며, 소재의 밀도가 높아짐에 따라 필요두께가 얇아지는 것을 알 수 있었다. 또한 심부선량에 있어서 전자선에 비해 차이가 더 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
먼저 기존 볼루스의 단점인 공기층 발생에 따른 선량차이를 분석한 결과 공기층이 커질수록 전자선과 X-선 둘 다 선량이 감소하는 결과를 보였다.
본 연구의 신뢰도 확보를 위한 심부선량 백분율을 측정한 결과 6 MeV 전자선의 최대선량 깊이가 12 mm에서 나타나는 이론과 유사하게 나타나,^[6] 본 실험의 기하학적 구성 및 신뢰도를 확보한 것으로 판단된다. 6 MV X-선의 경우 심부선량 백분율의 최대선량지점이 15 mm인 이론과 차이를 보이는 것으로 나타났다.
볼루스 1 cm과 유사한 효과를 나타내는 소재별 두께 결과 전자선의 경우 ABS 10 mm, PC 9 mm, PLA 9 mm로 나타났다. X-선의 경우 ABS 11 mm, PC 10 mm, PLA 9 mm로 나타났다.
4에 나타내었다. 전자선과 X-선 둘 다 공기층이 커질수록 선량이 감소하는 것으로 나타났다. 전자선의 경우 표면에 비해 20 mm 공기층에서 2.
전자선과 X-선 둘 다 공기층이 커질수록 선량이 감소하는 것으로 나타났다. 전자선의 경우 표면에 비해 20 mm 공기층에서 2.8% 선량이 감소하는 것으로 나타났으며, X-선의 경우 1.6%의 선량감소를 보였다.

후속연구

4차 산업혁명 기술 중 하나인 3D 프린트 소재를 이용한 볼루스효과를 평가하였다. 기존 볼루스를 대신하여 3D 프린트 소재를 이용 시 동일한 효과를 재현 가능 한 것을 알 수 있었으며, 맞춤형 제작을 통해 기존 볼루스의 단점을 보강할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 본 연구를 바탕으로 3D 프린팅 기술을 방사선치료에 적용한다면, 좀 더 정확한암 치료가 가능할 것으로 사료된다.
이에 본 연구를 바탕으로 할 때 방사선치료 시3D 프린팅 기술을 이용하여 제작하는 조직등가물질이 기존 상용화된 볼루스를 대신할 수 있을 것으로 사료된다.
기존 볼루스를 대신하여 3D 프린트 소재를 이용 시 동일한 효과를 재현 가능 한 것을 알 수 있었으며, 맞춤형 제작을 통해 기존 볼루스의 단점을 보강할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 본 연구를 바탕으로 3D 프린팅 기술을 방사선치료에 적용한다면, 좀 더 정확한암 치료가 가능할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	볼루스의 용도는 무엇인가?	[5] 이러한 방사선치료를 수행함에 있어 다양한 보조기구들이 정확한 치료를 위하여 이용 되고 있다. 그 중 조직등가물질인 볼루스(Bolus)는 최대 선량지점을 표면으로 이동시키며 피부표면을 평탄하게 만들기 위한 용도로 사용이 된다.[6-8] 볼루스는 최대한 피부에 밀착시켜 사용을 하여야 하나 재질의 특성상 완전 밀착이 힘들고, 필요 부위만 정확하게 적용시키는 것이 쉽지 않다.
	3차원(Dimension, D) 프린팅 기술의 장점은 무엇인가?	4차 산업혁명 기술 중 하나인 3차원(Dimension, D) 프린팅 기술은 소량생산 및 개인 맞춤형 제작이 가능하다는 장점을 가지고 있다.[10] 최근 국내에서도 3D 프린팅 기술을 의료분야에 접목하여 활용 을 하고 있으며, 국내외로 다양한 연구가 진행되고 있다.

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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