[논문]Geant4 코드를 사용한 인체팬텀 선량평가 검증

장은성; 최지훈

doi:10.7742/jksr.2020.14.5.529

Geant4 코드를 사용한 인체팬텀 선량평가 검증
Verification of Dose Evaluation of Human Phantom using Geant4 Code 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.14 no.5, 2020년, pp.529 - 535

장은성 (고신대학교복음병원 방사선종양학과) , 최지훈 (고신대학교복음병원 방사선종양학과)

초록
AI-Helper

Geant4는 C++ 언어사용에서 windows 운영체계와 호환이 가능해져, DICOM이나 소프트웨어를 연계하는 인터페이스 기능이 가능해졌다. 기하학적 고형물에 의해 인체 장기를 나타내는 팬텀은 치료나 진단에서 선량 계획과 같은 의학 용도에 널리 사용된다 방사선 방호 목적을 위해서는 에너지가 몇 keV의 일때 설명의 유효성을 보여주는 것일 여전히 필요하다. 본 연구에서는 Geant4 시뮬레이션을 통해 저 keV부터 고 keV까지 다양하게 에너지를 선택하여 인간 팬텀중 일부분을 선택하여 광자 병렬 평면 필드에서 조사했을 때 그 장기에 대한 방사선량을 구하고 Zankl의 승인된 방법에 의해 얻은 결과에 대해 결과를 비교 검증하고자 한다. 몬테카롤로 코드를 사용하여 장기 선량을 평가하는 것의 중요성은 시뮬레이션의 다양한 묘사 및 특성에 의해 중성자, 양성자, 파온 등과 같은 빔의 여러 가지 유형의 입자와 Gev와 같은 높은 에너지에도 적합하다는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Geant4 is compatible with the Windows operating system in C++ language use, enabling interface functions that link DICOM or software. It was simulated to address the basic structure of the simulation using Geant4/Gate code and to specifically verify the density composition and lung cancer process in the human phantom. It was visualized using the Gate Graphic System, i.e. openGL, Ray Tracer: Ray Tracing by Geant4 Tracing, and using Geant4/Gate code, lung cancer is modeled in the human phantom area in 3D, 4D to verify the simulation progress. Therefore, as a large number of new functions are added to the Gate Code, it is easy to implement accurate human structure and moving organs.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Basic Structure of the Geant4 Simulation.
그림 Fig. 2. Outline of Monte Carlo simulation of photon transport.
그림 Fig. 3. In the organization of the developed GEANT4 dose calculation system.
표 Table 1. G4 Human Phantom Material Process
표 Table 2. Types of material corresponding of density range
그림 Fig. 4. (a) Geant 4 Anthropomorphic Female Phantoms run, (b) Geant 4 Anthropomorphic Head Phantoms run.
그림 Fig. 5. Geant4_9_6 examples extended medical DICOM.
표 Table 3. Ratio of equivalent organ doses calculated by Geant4 and by Zankl et al.
그림 Fig. 6 Ratio of Geant4 organ equivalent doses to reference as a function of energy, for six organs.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

[8] 본 연구에서는 Geant4 시뮬레이션을 통해 저 keV부터 고 keV까지 다양하게 에너지를 선택하여 인간 팬텀중 일부분을 선택하여 광자 병렬 평면 필드에서 조사했을 때 그 장기에 대한 방사선량을 구하고 Zankl의 승인된 방법에 의해 얻은 결과에 대해 결과를 비교 검증하고자 한다.
또한 몬테카롤로 선량 계산 알고리즘이 광자와 전자 빔의 치료계획 및 치료기의 치료 빔 입자의 생성을 시뮬레이션하기 위해 개발되었다.^[7-9]

제안 방법

DAWN, VRML있다. Geant4 시뮬레이션을 위해 Medical 예제를 응용하여 Table 1에 인간모형 팬텀 중 여성모델을 시뮬레이션 하였다.
8 GHz의 팬티엄 프로세스에 생성되었으며, RAM 4G, SSD 128G 메모리 LINUX OS를 실행하였다. 병렬 평면 필드 방향에서 Geant4 code로 Zankl에서 제시한 에너지로 조사하였다. 또한 획득한 선량계산치와 기준값의 비율을 Table 3에 비교하였다.

데이터처리

ICRP가 채택한 선량 계산에 대한 방사선 방호표준 값으로 모든 장기를 설명하기 위해 인체를 시뮬레이션하는 MIRD-5형의 인체 모형 팬텀을 사용하여 계산하였다.

이론/모형

시뮬레이션을 위한 인체팬텀영상의 geometry는 Geant4에서 geometry model로 변환해야 하는데, Geant4의 data와 DICOM 파일의 geometry data가 맞지않기 때문에 선형 보간법을 이용한다^.[14,-16] 이는 DICOM 복셀의 8개의 neighbor grid point의 Hounsfield 값들을 Geant4 geometry data의 Houndsfield 값으로 보간하는 방법이다.

성능/효과

따라서 DICOM 인터페이스를 사용하여 DICOM 파일로부터 인체 팬텀 모델링^[17]가능함을 확인하였다. Geant4로 대부분 시뮬레이션을 많이 하는데 반해, Gate의 연동으로 인해 술자가 인체 부위를 쉽게 묘사할 수 있다.
따라서, Table 3, 5에 제시된 구성 물질과의 상호작용을 계산하기 때문에 ICRU Report 46 인용 결과 즉, 밀도별로 10개로 나누면 실제 선량계산 및 조사가 가능하며, Geant4 인체팬텀과 DICOM 인터페이스를 통합하는 것이 가능함을 확인하였다.
또한, 몬테카롤로 코드를 사용하여 장기 선량을 평가하는 것의 중요성은 시뮬레이션 다양한 묘사 및 특성에 의해 중성자, 양성자, 파온 등과 같은 빔의 여러 가지 유형의 입자와 Gev와 같은 높은 에너지에도 적합하다는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	몬테카롤로 시뮬레이션이란?	컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어 기술의 발전과 함께 방사선 응용분야의 몬테카롤로 방법이 다양한 EGS4, GEANTt4, MCNP 등을 통해 방사선과 물질과의 상호작용과정 및 선량측정, 분포 등을 통계적인 방법으로 계산하는데 사용되고 있다.[1] 몬테카롤로 시뮬레이션은 원래 방사선 종양학분야에서 물리적 과정 및 기하학적 구조들을 계산 및 분석하여 선량측정, 분포 예측을 명확하게 알려주는 방법 중의 하나로 알려져 왔다. Geant4는 C++ 언어로 개발된 코드로 입자와 물질간의 상호작용에 몬테카롤로가 가능하며 2004년 처음 방사선 종양학분야의 소프트웨어 개발을 위하여 적용되어 왔다.
	몬테카롤로 방법은 어디에 사용되는가?	컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어 기술의 발전과 함께 방사선 응용분야의 몬테카롤로 방법이 다양한 EGS4, GEANTt4, MCNP 등을 통해 방사선과 물질과의 상호작용과정 및 선량측정, 분포 등을 통계적인 방법으로 계산하는데 사용되고 있다.[1] 몬테카롤로 시뮬레이션은 원래 방사선 종양학분야에서 물리적 과정 및 기하학적 구조들을 계산 및 분석하여 선량측정, 분포 예측을 명확하게 알려주는 방법 중의 하나로 알려져 왔다.
	인체 장기를 나타내는 팬텀에 대한 선량의 몬테카롤로 계산은 누가 발표했나?	또한, 인체 팬텀에 대한 장기 선량의 몬테카롤로 계산은 Zankl 등이 발표했으며, 실험 결과의 검증에 사용되었다.[8] 본 연구에서는 Geant4 시뮬레이션을 통해 저 keV부터 고 keV까지 다양하게 에너지를 선택하여 인간 팬텀중 일부분을 선택하여 광자 병렬 평면 필드에서 조사했을 때 그 장기에 대한 방사선량을 구하고 Zankl의 승인된 방법에 의해 얻은 결과에 대해 결과를 비교 검증하고자 한다.

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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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