[논문]방사선 치료에서 3D 프린터로 제작된 금속 필라멘트의 투과율에 관한 유용성 평가

권경태; 장희민; 윤명성

doi:10.7742/jksr.2021.15.7.965

방사선 치료에서 3D 프린터로 제작된 금속 필라멘트의 투과율에 관한 유용성 평가
Evaluation of the Usefulness of the Transmittance of Metal Filaments Fabricated by 3D Printers in Radiation Therapy 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.15 no.7, 2021년, pp.965 - 973

권경태 (동남보건대학교 방사선학과) , 장희민 (남천병원 영상의학과) , 윤명성 (한양대학교 의과대학 응급의학교실)

초록
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방사선 치료는 고에너지 X선을 최소 20 Gy에서 80 Gy까지 다양하게 조사되기 때문에 종양이 위치하는 국소부위에 고선량을 투여하며 일부 정상조직의 여러 부작용이 예상 된다. 현재 임상에서는 정상조직의 차폐를 위한 노력으로 대표적인 재료인 납을 사용하고 있지만 납은 인체에 유해한 중금속으로 분류되고 있으며 다량의 피부접촉은 중독을 유발할 수 있다. 따라서 본 연구는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3차원 프린터의 재료 Tungsten, Brass, Copper을 이용하여 납의 한계점을 보완 할 수 있는 측정시트를 제작하고 투과성능을 알아보고자 한다. 3D 프린터를 이용해 Tungsten 혼합 필라멘트 투과측정 시트 크기는 70 × 70 mm, 두께는 1, 2, 4 mm로 제작하였으며 제작한 측정시트의 투과성능을 확인하기 위해 선형가속기 (TrueBeam STx, S/N: 1187)에서 발생된 6, 15 MV을 Water Phantom과 Ion chamber (FC-65G), elcetrometer (PTW UNIDOSE)을 사용하여 SSD 100 cm, 물 속 5 cm에서 100 MU를 조사하여 측정하고 투과성능을 평가하였다. 각 소재의 측정시트를 1 mm씩 증가시킨 결과 6 MV에서는 Tungsten 시트의 경우 3.8~3.9 cm일때의 시트는 기존 납의 차폐체 두께 6.5 cm 보다 얇으며, 15 MV에서는 Tungsten 시트의 경우 4.5~4.6 cm일 때 시트는 기존 납의 차폐체 두께 7 cm 보다 얇으며 동등한 성능을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통하여 Tungsten 합금 필라멘트을 이용하여 제작한 투과측정 시트는 고에너지 영역에서의 투과 차폐 가능성을 확인하였으며. 대체품으로써의 사용가능성 또한 우수함을 확인하였다, 향후 3D 프린팅 기술로 차폐제 제작을 위한 기초자료로 제공할 수 있을 것으로 사료 된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since radiation therapy is irradiated with high-energy X-rays in a variety of at least 20 Gy to 80 Gy, a high dose is administered to the local area where the tumor is located, and various side effects of some normal tissues are expected. Currently, in clinical practice, lead, a representative material, is used as an effort to shield normal tissues, but lead is classified as a heavy metal harmful to the human body, and a large amount of skin contact can cause poisoning. Therefore, this study intends to manufacture a measurement sheet that can compensate for the limitations of lead using the materials Tungsten, Brass, and Copper of the 3D printer of the FDM (Fused Deposition Modeling) method and to investigate the penetration performance. Tungsten mixed filament transmission measurement sheet size was 70 × 70 mm and thickness 1, 2, 4 mm using a 3D printer, and a linear accelerator (TrueBeam STx, S/N: 1187) was measured by irradiating 100 MU at SSD 100 cm and 5 cm in water using a water phantom, an ion chamber (FC-65G), and an elcetrometer (PTW UNIDOSE), and the permeability was evaluated. As a result of increasing the measurement sheet of each material by 1 mm, in the case of Tungsten sheet at 3.8 to 3.9 cm in 6 MV, the thickness of the lead shielding body was thinner than 6.5 cm, and in case of Tungsten sheet at 4.5 to 4.6 cm in 15 MV. The sheet was thinner than the existing lead shielding body thickness of 7 cm, and equivalent performance was confirmed. Through this study, the transmittance measurement sheet produced using Tungsten alloy filaments confirmed the possibility of transmission shielding in the high energy region. It has been confirmed that the usability as a substitute is also excellent. It is thought that it can be provided as basic data for the production of shielding agents with 3D printing technology in the future.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Shielding sheet output for dosimetric measurement.
그림 Fig. 2. Dosimetry on a linear accelerator.
표 Table 1. The output parameters of 3D printing
표 Table 2. Parameter for dose measurement
그림 Fig. 3. Transmission measurement sheet.
표 Table 3. The result of the radiation shielding sheet tests in High energy X-ray (6, 15 MV) (unit : nC)

AI 본문요약
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제안 방법

1, Ultimaker, Nethelands)을 이용하여 출력 설정하고, G-code로 변환하였다. 전송된 G-code 를 이용하여 3D 프린터로 출력하여 투과율 측정 시트를 제작하였다.

대상 데이터

3D 프린팅 기술에 사용되는 필라멘트 Tungsten, Brass, Copper을 활용하여 투과율 측정 시트를 자체 제작하였다. 측정시트는 3D 설계프로그램인 Open source Free CAD 0.

데이터처리

STL 파일로 변환된 3D 모델을 슬라이싱 프로그램(Cura 4.9.1, Ultimaker, Nethelands)을 이용하여 출력 설정하고, G-code로 변환하였다. 전송된 G-code 를 이용하여 3D 프린터로 출력하여 투과율 측정 시트를 제작하였다.

성능/효과

9 cm 이었으며 Brass, Copper의 비해 투과율 또한 우수함을 확인하였다. 15 MV에서의 Tungsten 투과율측정 시트의 경우 4.5~4.6 cm일 때 기존 납의 두께 7 cm 보다 얇으며 납과 동등한 차폐체로서 성능을 확인할 수 있었다. 이에 금속 혼합 필라멘트를 이용하여 제작한 투과율 측정 시트가 고에너지 영역에서의 차폐 가능성을 확인하였으며 대체품으로써의 사용가능성 또한 우수함을 확인하였다.
본 연구를 통하여 금속 혼합 필라멘트를 이용하여 제작한 차폐시트는 6 MV에서 6.5 cm 납 두께와 동등한 체폐 효과를 갖는 Tungsten 두께는 3.8~3.9 cm 이었으며 Brass, Copper의 비해 투과율 또한 우수함을 확인하였다. 15 MV에서의 Tungsten 투과율측정 시트의 경우 4.
6 cm일 때 기존 납의 두께 7 cm 보다 얇으며 납과 동등한 차폐체로서 성능을 확인할 수 있었다. 이에 금속 혼합 필라멘트를 이용하여 제작한 투과율 측정 시트가 고에너지 영역에서의 차폐 가능성을 확인하였으며 대체품으로써의 사용가능성 또한 우수함을 확인하였다. 향후 3D 프린팅 기술로 차폐체 제작을 위한 기초자료로 제공할 수 있을 것으로 사료 된다.

후속연구

이에 금속 혼합 필라멘트를 이용하여 제작한 투과율 측정 시트가 고에너지 영역에서의 차폐 가능성을 확인하였으며 대체품으로써의 사용가능성 또한 우수함을 확인하였다. 향후 3D 프린팅 기술로 차폐체 제작을 위한 기초자료로 제공할 수 있을 것으로 사료 된다.

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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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