[논문]피부선량 측정을 위한 Lead-Monoxide 기반의 Silicon Passive layer PbO 선량계 개발 및 평가

양승우; 한무재; 정재훈; 배상일; 문영민; 박성광; 김진영

doi:10.7742/jksr.2021.15.6.781

[국내논문] 피부선량 측정을 위한 Lead-Monoxide 기반의 Silicon Passive layer PbO 선량계 개발 및 평가
Development and Evaluation of Silicon Passive Layer Dosimeter Based Lead-Monoxide for Measuring Skin Dose 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.15 no.6, 2021년, pp.781 - 788

양승우 (인제대학교 의과대학 방사선종양학과) , 한무재 (인제대학교 의과대학 방사선종양학과) , 정재훈 (양산대학교병원 의생명융합연구소) , 배상일 (동남권원자력의학원 방사선종양학과) , 문영민 (동남권원자력의학원 방사선종양학과) , 박성광 (인제대학교 부산백병원 방사선종양학과) , 김진영 (동남권원자력의학원 방사선종양학과)

초록
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피부는 방사선에 대한 민감도가 높기 때문에 방사선치료 시에 피부에 조사되는 선량을 정확하게 측정하여 과도한 피폭을 방지할 필요가 있다. 임상에서는 film, OSLD, TLD, glass 선량계등과 같은 선량계를 사용하여 피부선량을 측정하고 있지만, 이러한 선량계들은 피부곡면에서의 정확한 선량측정이 힘든 문제점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 인체 굴곡에 따라서 부착이 가능한 피부선량계를 개발하고 그 반응 특성을 평가하였다. 선량계 제작에는 높은 원자번호(Z_Pb: 82, Z_O: 8)와 밀도(9.53 g/cm³)로 방사선검출 측점에서 우수한 특성을 가지고 있는 Lead oxide(PbO)와 인체 굴곡에 따라 휘어질 수 있는 silicon 바인더를 사용하여 재조하였다. 한편 PbO 물질로 제작된 선량계의 경우 산화로 인한 성능 저하가 존재하기 때문에 parylene 등을 사용하여 성능저하를 방지해오고 있었지만, 기존에 사용된 parylene은 bending에 대한 영향을 받기 때문에 silicon을 이용한 새로운 형태의 passive layer를 제작하여 피부선량계에 적용하였다. 피부선량계의 특성평가는 SEM, 재현성, 선형성을 분석하여 평가하였다. SEM 분석을 통하여 bending에 영향을 받는지 평가하였으며, 6 MeV 에너지에서의 재현성, 선형성을 평가하여 피부선량계로 적용이 가능한지 평가하였다. SEM 분석을 통하여 선량계 표면을 관찰한 결과, parylene으로 passive layer가 올라간 parylene passive layer PbO 선량계는 구부러 졌을때, 표면에 crack이 발생하였다. 그에 반해 silicon passive layer가 올라간 silicon passive layer PbO 선량계에서는 crack 이 관찰되지 않았다. 재현성 측정 결과에서 silicon passive layer PbO 선량계의 RSD는 1.47%로 평가기준 RSD 1.5%를 만족하였으며, 선형성 평가 결과에서는 R²값이 0.9998로 나타나 평가기준 R² 0.9990을 만족하였다. silicon passive layer PbO 선량계는 bending에 따른 crack이 발생하지 않으며, 재현성, 선형성에서 높은 신호안정성과 정밀성, 정확성을 보여주어 피부선량계로의 적용이 가능한 것으로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Due to the high sensitivity to radiation, excessive exposure needs to be prevented by accurately measuring the dose irradiated to the skin during radiation therapy. Although clinical trials use dosimeters such as film, OSLD, TLD, glass dosimeter, etc. to measure skin dose, these dosimeters have difficulty in accurate dosimetry on skin curves. In this study, to solve these problems, we developed a skin dosimeter that can be attached according to human flexion and evaluated its response characteristics. For the manufacture of the dosimeter, lead oxide (PbO) with high atomic number (ZPb: 82, ZO: 8) and density (9.53 g/cm3) and silicon binders that can bend according to human flexion were used. In the case of a dosimeter made of PbO material, the performance degradation has been prevented by using parylene and others due to the presence of degradation due to oxidation, but the previously used parylene is affected by bending, so a new form of passive layer was produced and applied to the skin dosimeter. The characteristic evaluation of the skin dosimeter was evaluated by analyzing SEM, reproducibility, and linearity. Through SEM analysis, bending was evaluated, reproducibility and linearity at 6 MeV energy were evaluated, and applicability was assessed with a skin dosimeter. As a result of observing the dosimeter surface through SEM analysis, the parylene passive layer PbO dosimeter with the positive layer raised to the parylene produced cracks on the surface when bent. On the other hand, no crack was observed in the silicon passive layer PbO dosimeter, which was raised to silicon passive layer. In the reproducibility measurement results, the RSD of the silicon passive layer PbO dosimeter was 1.47% which satisfied the evaluation criteria RSD 1.5% and the linearity evaluation results showed the R2 value of 0.9990, which satisfied the evaluation criteria R2 9990. The silicon passive layer PbO dosimeter was evaluated to be applicable to skin dosimeters by demonstrating high signal stability, precision, and accuracy in reproducibility and linearity, without cracking due to bending.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Bending Test Tool.
그림 Fig. 2. Schematic of Experimental Set-up.
표 Table 1. Experimental Conditions
그림 Fig. 3. The Surface SEM Image of the Parylene Passive Layer PbO dosimeter according to the Number of Bending.
그림 Fig. 4. The Surface SEM Image of the Silicon Passive Layer PbO dosimeter according to the Number of Bending.
그림 Fig. 5. Reproducibility Graph of Silicon Passive Layer PbO dosimeter.
그림 Fig. 6. Linearity Graph of a Silicon Passive Layer PbO dosimeter.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 silicon passive layer를 증착한 silicon passive layer PbO 선량계의 제조 방법을 제시 및 제작하였다. 그리고 bending-test를 통해 silicon passive layer PbO 선량계가 인체 굴곡에 따른 곡면에서 부착이 가능한지 평가하였으며, 6 MeV 에너지에서의 재현성과 선형성을 분석하여 피부선량계로 사용 가능한지 평가하였다.
본 연구에서는 이러한 문제점들을 해결하고자 PbO와 silicone binder를 사용하여 즉각적인 측정이 가능한 선량계를 제작하였다. 그리고 그 위에 silicon으로 이루어진 passive layer를 증착하여 PbO 의 산화가 방지되면서도 유연성을 가져 인체 굴곡에 따른 곡면에서도 피부선량을 측정할 수 있도록 개선하였다.
본 연구에서는 인체 굴곡 곡면에서 피부선량 측정이 어렵고, 시간 경과에 따른 성능 저하가 발생하는 기존 PbO 피부선량계의 개선하고자 하였다. 이에 silicon을 passive layer로 사용한 선량계를 개발하였고, 계발된 선량계를 분석하여 silicon passive layer에 따른 영향을 평가하고 피부선량계로 적용 가능한 선량계인지 평가하였다.

제안 방법

Bending test는 bending-test tool을 사용하여 각각 1000회 bending을 진행하고 bending 전·후에 SEM 영상을 비교분석하여 평가하였다
silicon passive layer 증착에 따른 신호 정밀성 및 안정성을 평가하기 위하여 6 MeV 에너지에서의 재현성을 분석하였다. Fig.
본 연구에서는 silicon passive layer를 증착한 silicon passive layer PbO 선량계의 제조 방법을 제시 및 제작하였다. 그리고 bending-test를 통해 silicon passive layer PbO 선량계가 인체 굴곡에 따른 곡면에서 부착이 가능한지 평가하였으며, 6 MeV 에너지에서의 재현성과 선형성을 분석하여 피부선량계로 사용 가능한지 평가하였다.
본 연구에서는 이러한 문제점들을 해결하고자 PbO와 silicone binder를 사용하여 즉각적인 측정이 가능한 선량계를 제작하였다. 그리고 그 위에 silicon으로 이루어진 passive layer를 증착하여 PbO 의 산화가 방지되면서도 유연성을 가져 인체 굴곡에 따른 곡면에서도 피부선량을 측정할 수 있도록 개선하였다. 이후, 곡면에서의 내구성을 평가하고자 bending-test 후 SEM 분석을 통하여 선량계의 crack 발생 여부를 확인하였다.
본 연구에서는 PbO 기반으로 사용하고 silicon 물질을 바인더와 passive layer로 각각 사용하여 굴곡이 있는 신체에도 적용이 가능하고 성능저하를 방지하면서도 즉각적인 측정이 가능한 피부 선량계를 제작하였다. 드리고 반응 특성을 평가하여 피부 선량계로 적용가능한지 평가하였다. 평가 결과 본 연구에서 제작한 PbO 기반의 silicon passive layer PbO 선량계는 선량 측정에서 정밀성과 정확성이 우수하며 물리적 손상이 적어 피부선량계로 적용이 적합한 선량계로 평가되었다.
이후, 곡면에서의 내구성을 평가하고자 bending-test 후 SEM 분석을 통하여 선량계의 crack 발생 여부를 확인하였다. 또한, 제작된 선량계가 피부선량계로 적용이 가능한지 평가하기 위하여 6 MeV 에너지에서의 재현성 및 선형성을 측정하여 반응 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 LINAC(Infinity; Elekta AB, Stockholm, Sweden) 장비를 사용하여 6 MeV 에너지에서의 재현성과 선형성을 분석하였다. 이때, 빌드 업 물질은 피부 등가의 slab phantom(PTW, RW3, Germany) 을 사용하였으며, slap phantom으로부터 선원까지의 거리를 100 cm로 설정하여 실험을 진행하였다.
본 연구에서는 PbO 기반으로 사용하고 silicon 물질을 바인더와 passive layer로 각각 사용하여 굴곡이 있는 신체에도 적용이 가능하고 성능저하를 방지하면서도 즉각적인 측정이 가능한 피부 선량계를 제작하였다. 드리고 반응 특성을 평가하여 피부 선량계로 적용가능한지 평가하였다.
본 연구에서는 SEM 촬영을 사용하여 동일한 압력과 속도로 선량계를 bending하였을 때 생기는 선량계의 표면변화를 관찰하고 crack이 발생하는지를 확인하였다.
본 연구에서는 인체 굴곡 곡면에서 피부선량 측정이 어렵고, 시간 경과에 따른 성능 저하가 발생하는 기존 PbO 피부선량계의 개선하고자 하였다. 이에 silicon을 passive layer로 사용한 선량계를 개발하였고, 계발된 선량계를 분석하여 silicon passive layer에 따른 영향을 평가하고 피부선량계로 적용 가능한 선량계인지 평가하였다.
그리고 그 위에 silicon으로 이루어진 passive layer를 증착하여 PbO 의 산화가 방지되면서도 유연성을 가져 인체 굴곡에 따른 곡면에서도 피부선량을 측정할 수 있도록 개선하였다. 이후, 곡면에서의 내구성을 평가하고자 bending-test 후 SEM 분석을 통하여 선량계의 crack 발생 여부를 확인하였다. 또한, 제작된 선량계가 피부선량계로 적용이 가능한지 평가하기 위하여 6 MeV 에너지에서의 재현성 및 선형성을 측정하여 반응 특성을 분석하였다.
인체 굴곡 곡면에서 적용이 가능한지 평가하기 위하여 bending에 따른 선량계의 형태변화를 SEM 영상을 통하여 분석하였다. Parylene이 passive layer 로 올라간 parylene passive layer PbO 선량계의 경우 bending에 따라서 선량계 표면에 crack이 발생하는 것을 확인 할 수 있었다.
조사선량 변화에 따른 출력신호의 정확성을 평가하기 위해 silicon passive layer PbO 선량계의 선형성을 분석하였다. Fig.

데이터처리

획득된 신호는 재현성 분석을 위하여 첫 번째 조사에서 얻은 신호를 기준으로 정규화하여 분석하였다. 재현성은 획득된 신호의 양을 기준으로 상대표준편차(Relative Standard Deviation; RSD)로 분석하였으며, RSD는 다음과 같은 식으로 계산하였다.

이론/모형

구부림에 따른 선량계의 영향을 확인하기 위하여 일정한 속도로 시편을 구부릴 수 있는 bending-test tool을 제작하였다. 제작된 bending-test tool의 속도는 0.

성능/효과

인체 굴곡 곡면에서 적용이 가능한지 평가하기 위하여 bending에 따른 선량계의 형태변화를 SEM 영상을 통하여 분석하였다. Parylene이 passive layer 로 올라간 parylene passive layer PbO 선량계의 경우 bending에 따라서 선량계 표면에 crack이 발생하는 것을 확인 할 수 있었다. 반면 silicon이 passive layer로 올라간 silicon passive layer PbO 선량계의 경우에는 bending 전후에 표면에 crack 관찰되지 않았다.
반면 silicon이 passive layer로 올라간 silicon passive layer PbO 선량계의 경우에는 bending 전후에 표면에 crack 관찰되지 않았다. 이는 PbO를 기반으로 제조한 silicon passive layer PbO 선량계가 인체 굴곡에 따른 곡면에서 물리적 손상 없이 부착 가능한 것을 나타내기 때문에 피부 선량계로 활용이 가능하다는 것을 나타낸다.
드리고 반응 특성을 평가하여 피부 선량계로 적용가능한지 평가하였다. 평가 결과 본 연구에서 제작한 PbO 기반의 silicon passive layer PbO 선량계는 선량 측정에서 정밀성과 정확성이 우수하며 물리적 손상이 적어 피부선량계로 적용이 적합한 선량계로 평가되었다. 추가적으로 bending 횟수에 따른 선량 반응 특성과 각도에 따른 반응 특성 분석 연구 등이 이루어진다면 정학한 선량 측정으로 인한 QA선량계로 응용이 가능할 것으로 보인다.

후속연구

평가 결과 본 연구에서 제작한 PbO 기반의 silicon passive layer PbO 선량계는 선량 측정에서 정밀성과 정확성이 우수하며 물리적 손상이 적어 피부선량계로 적용이 적합한 선량계로 평가되었다. 추가적으로 bending 횟수에 따른 선량 반응 특성과 각도에 따른 반응 특성 분석 연구 등이 이루어진다면 정학한 선량 측정으로 인한 QA선량계로 응용이 가능할 것으로 보인다.

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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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