[논문]열가소성 플라스틱 재질과 3D 프린트 필라멘트 재질에 대한 방사선량 분석에 관한 연구

이동연

doi:10.7742/jksr.2021.15.2.181

열가소성 플라스틱 재질과 3D 프린트 필라멘트 재질에 대한 방사선량 분석에 관한 연구
A Study on the Analysis of Radiation Dose for Thermoplastic Material and 3D Print Filament Materials 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.15 no.2, 2021년, pp.181 - 189

초록
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본 연구는 방사선치료 시 사용하는 고정용구 인 열가소성 플라스틱 마스크를 3D 프린트로 제작하기 위한 선행 연구로써 열가소성 플라스틱을 대체할 수 있는 필라멘트 재질을 분석하고자 진행하였다. 시중에 상용화되어 있는 필라멘트 재질 중 열가소성 플라스틱 마스크와 특성이 유사한 재질을 선택하여 방사선량을 비교 분석하였다. 실험은 몬테칼로 시뮬레이션을 이용하였으며, 마스크가 두부를 고정한 형태를 ICRU구를 대상으로 모사하고 열가소성 플라스틱 재질과 필라멘트 재질을 적용하여 피부 Hp(0.07), 수정체 Hp(3), 전신 Hp(10) 지점에서 광자 플루언스를 계산하였다. 그 결과 열가소성 플라스틱 재질을 기준으로 상대적인 선량을 보면 차이가 4% 이내로 근사한 값을 나타내었으며, 가장 유사한 선량을 보인 재질은 PA-nylon으로 나타났다. 적절한 필라멘트 재질 선택에 있어서 경제성, 방사선 영향 등 다양한 조건을 종합적으로 고려하여 선택해야 할 것이며, 본 연구 결과를 기초적인 자료로써 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is a prior research to manufacture a thermoplastic mask, which is a fixture used in radiation therapy, by 3D printing. It proceeded to analyze the filament material that can replace the thermoplastic. Among the commercially available filament materials, a material having similar characteristics to that of a thermoplastic mask was selected and the radiation dose was compared and analyzed. The experiment used Monte Carlo simulation. The shape in which the mask fixed the head was simulated for the ICRU sphere. The photon fluence was calculated at the skin Hp (0.07), the lens Hp (3), and the whole body Hp (10) by applying a thermoplastic plastic material and a filament material. As a result, when looking at the relative dose based on the thermoplastic plastic material, the difference was approximated within 4%. The material showing the most similar dose was PA-nylon. In selecting an appropriate filament material, it should be selected by comprehensively considering various conditions such as economical efficiency and radiation effects. It is thought that the results of this study can be used as basic data.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. The elemental compositions of the substitute materials^[14]
그림 Fig. 1. Structure of Radiotherapy Immobilization.
그림 Fig. 2. Structure of Linear Accelerator.
그림 Fig. 3. Structure of ICRU Sphere and Source Position in CBCT.
그림 Fig. 4. Result of comparing the thermoplastic mask and each filament materials in Hp(0.07).
그림 Fig. 5. Result of comparing the thermoplastic mask and each filament materials in Hp(3).
그림 Fig. 6. Result of comparing the thermoplastic mask and each filament materials in Hp(10).

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 3D 프린팅 기술을 방사선치료에 적용하기 위한 선행연구이다. 3D 프린팅으로 만든 고정 용구가 기존의 의료 장비를 대체할 수 있는 필라멘트 재질을 평가하는 데 의미를 가지고 있다.
본 연구는 방사선치료 시 사용하는 고정용구에 대하여 3D 프린팅 기술을 이용해 제작하는 연구를 진행하고 있으며, 제작에 앞서 필라멘트 재질이 고정용구를 대체할 수 있을지 평가하기 위한 선행연구로써 본 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 3D 프린팅에서 사용하는 각 필라멘트 재질에 대하여 방사선량을 평가하여 기존의 고정용구를 대체할 수 있는지 여부에 대하여 평가하고자 하였다.
이에 본 연구에서는 방사선치료 시 활용하고 있는 고정용구를 3D 프린팅 기술로 제작하여 개인에 맞춤형 기구를 제공할 수 있는 연구를 진행하고자 하였으며, 3D 프린팅 기술을 이용하여 고정용구 제작에 앞서 3D 프린팅 재료로 사용되는 필라멘트 재질이 기존의 고정용구를 대체할 수 있는지 아닌지에 대한 평가를 진행하였다.

제안 방법

이에 본 연구는 열가역성 플라스틱 소재와 필라멘트 재질에 대한 방사선량을 비교 분석하였다. 그 결과를 바탕으로 3D 프린팅에서 사용하는 필라멘트 재료가 기존의 고정용구를 대체할 수 있는지에 대하여 전산모사를 통해 평가하고자 하였다.
이에 본 연구는 열가역성 플라스틱 소재와 필라멘트 재질에 대한 방사선량을 비교 분석하였다. 그 결과를 바탕으로 3D 프린팅에서 사용하는 필라멘트 재료가 기존의 고정용구를 대체할 수 있는지에 대하여 전산모사를 통해 평가하고자 하였다.
이에 본 연구에서는 방사선 치료가 이루어지기 전 치료 부위를 확인하는 과정에 해당하는 CBCT 촬영에 대해 연구를 진행하였으며, 기존의 열가소성 플라스틱 마스크와 필라멘트 재질에 대한 전산모사를 통해 분석하였다.
본 연구는 가상의 3차원 공간에서 ICRU 구를 이용하여 선량평가를 진행하였다. 현재 방사선치료에서 사용하고 있는 열가소성 플라스틱 마스크를 3D 프린팅 기술로 대체하기 위한 선행연구로써 적절한 필라멘트 재질을 선택하기 위한 비교 분석 실험을 진행하였다.

대상 데이터

방사선량은 CBCT 촬영 시 열가소성 플라스틱 마스크와 현재 상용화되어있는 필라멘트 재질을 대상으로 평가하였으며, 평가 대상은 두부가 구 형태인 것을 고려하여 ICRU 구를 이용하였다. Fig.

데이터처리

Fig. 3과 같이 ICRU 구를 0.25 ㎜ 두께로 감싸고 있는 형태로 모사하고 피부 Hp(0.07), 수정체 Hp(3), 전신 Hp(10)에 대한 실용량을 계산하여 비교하였다. 두부 촬영 시 두부전체가 조사야에 포함되기 때문에 방사선 감수성이 높은 수정체에 대한 선량을 포함하였다.

이론/모형

본 연구는 가상의 3차원 공간에서 ICRU 구를 이용하여 선량평가를 진행하였다. 현재 방사선치료에서 사용하고 있는 열가소성 플라스틱 마스크를 3D 프린팅 기술로 대체하기 위한 선행연구로써 적절한 필라멘트 재질을 선택하기 위한 비교 분석 실험을 진행하였다.

성능/효과

마지막으로 PC 재질에서 선량이 가장 낮게 계산되었으며, 열가소성 플라스틱 마스크와 차이가 가장 크게 나타났다. 또한, PA-nylon 재질은 열가소성 플라스틱 마스크와 선량 차이가 거의 없었다.
실험 결과 기존의 사용하고 있는 열가소성 플라스틱 마스크와 가장 유사한 필라멘트 재질은 PA-nylon 재질로 평가되었다. 진단영역 에너지(kV)를 대상으로 한 본 연구를 국한한다면, 원자번호와 밀도가 높은 물질은 차폐능이 높아 영상획득에 문제가 될 것으로 생각되어 보다 낮은 원자번호와 밀도가 적절할 것으로 보인다.

후속연구

하지만 본 연구에서는 진단 에너지 영역에 속하는 CBCT에 한하여 필라멘트 재질을 평가하였기 때문에 추후 치료에 사용되는 MV급 에너지에서 선량평가를 참고해야 할 것이다. 더욱이 경제성, 활용성 등 다양한 조건을 종합적으로 고려하여 재질을 선택해야 할 것으로 생각된다.
실험 결과 기존의 사용하고 있는 열가소성 플라스틱 마스크와 가장 유사한 필라멘트 재질은 PA-nylon 재질로 평가되었다. 진단영역 에너지(kV)를 대상으로 한 본 연구를 국한한다면, 원자번호와 밀도가 높은 물질은 차폐능이 높아 영상획득에 문제가 될 것으로 생각되어 보다 낮은 원자번호와 밀도가 적절할 것으로 보인다.
하지만 본 연구에서는 진단 에너지 영역에 속하는 CBCT에 한하여 필라멘트 재질을 평가하였기 때문에 추후 치료에 사용되는 MV급 에너지에서 선량평가를 참고해야 할 것이다. 더욱이 경제성, 활용성 등 다양한 조건을 종합적으로 고려하여 재질을 선택해야 할 것으로 생각된다.

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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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