초록 ▼

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 결과
1. 섬광체 검출기를 이용한 환자치료계획의 3차원 선량분포의 정밀 측정기술 및
인체조직의 비균질성 선량계산 보정 기술개발
1-1. 양성자빔의 측정에 적합한 섬광물질 및 영상획득 장치의 연구
- 섬광물질의 선량학적 특성과 영상 분석의 비교 연구를 통한 적합한 섬광물질 설정
- 문헌 연구를 통한 섬광판을 이용한 영상획득 장치의 특성 조사
1-2. 양성자빔에 대한 MC simulation system 구축
- Geant4 코드를 이용하여 양성자빔 치료기를 구축하고 다양한

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 결과
1. 섬광체 검출기를 이용한 환자치료계획의 3차원 선량분포의 정밀 측정기술 및
인체조직의 비균질성 선량계산 보정 기술개발
1-1. 양성자빔의 측정에 적합한 섬광물질 및 영상획득 장치의 연구
- 섬광물질의 선량학적 특성과 영상 분석의 비교 연구를 통한 적합한 섬광물질 설정
- 문헌 연구를 통한 섬광판을 이용한 영상획득 장치의 특성 조사
1-2. 양성자빔에 대한 MC simulation system 구축
- Geant4 코드를 이용하여 양성자빔 치료기를 구축하고 다양한 빔 조건에 대해 commissioning을 수행
1-3. 양성자빔에 의한 섬광측정 시제품의 제작
- 다양한 빔 조사 모드에 활용 가능하고 빔 조사 각도에 따라 시스템의 변형이 가능한 일체형 섬광검출시스템 설계
- 이차방사선에 의한 CCD 카메라 손상의 최소화하기 위한 차페체 제작
1-4. 섬광 검출기의 영상분석 소프트웨어 개발
- CCD 카메라에 의해 획득된 영상을 이용하여 깊이선량분포와 profile 분포를 분석할 수 있는 영상분석 프로그램을 개발
1-5. MC simulation 및 빔 측정을 통한 섬광장치의 특성연구
- Geant4 툴킷 내에 섬광검출기를 구축하고 이를 이용하여 섬광물질의 특성 및 섬광검출기의 최적화 연구를 수행
1-6. 섬광체를 이용한 양성자 치료빔 검증을 위한 섬광측정 시스템 제작
- 빠르고 정확하게 양성자 선량분포를 측정할 수 있는 CCD 카메라 기반 섬광검출시스템을 개발
- 양성자 빔에 대한 섬광판의 방사선학적 특성 및 선량분포 특성 평가
1-7. 개발된 시스템을 이용 각각의 조사 mode에 맞는 검증방법의 개발
- 양성자치료 빔의 이중산란 조사 방식과 Uniform scanning 조사 방식에 대해 최적의 영상을 획득하기 위한 각각의 검증 방법을 개발
- 각 조사 방식에 대한 양성자 빔에 대한 깊이선량분포와 이차원 선량분포를 분석 및 검증
1-8. 양성자치료시 검증방법으로 적용 시험 및 보완
- 환자 치료시 사용되는 블록과 보상체를 이용한 이차원 선량분포 평가
- 섬광판의 영상의 질을 향상시키기 위해 CCD 카메라와 측정시스템의 최적화 연구 수행
1-9. 섬광체를 이용한 양성자 치료계획의 검증시스템의 완성
- 양성자치료 빔의 다양한 조사 방식에 대해 활용이 가능하고 실제 환자의 빔 조사 방향에 대해 회전이 가능한 소형 섬광검출시스템 제작

Abstract ▼

1. The development of Scintillation detection system for 3D dose distribution verification
1-1. Scintillation materials suitable for the measurement of proton beam and image acquisition devices research
- Select a suitable scintillation material through the comparative study of dosimetric char

1. The development of Scintillation detection system for 3D dose distribution verification
1-1. Scintillation materials suitable for the measurement of proton beam and image acquisition devices research
- Select a suitable scintillation material through the comparative study of dosimetric characteristics and image analysis of scintillation materials.
- Characteristics study of image acquisition device using scintillation screen from reference research.
1-2. Building of Monte Carlo simulation framework for proton beam
- Performing the commissioning of proton bema therapy machine built by GEANT4 for various beam conditions
1-3. Development of for Scintillation detection prototype system for Proton beam
- Design the all-in-one scintillation detection system that apply the various irradiation mode and transform with beam incident angle.
1-4. Development of Image analysis software for the scintillation detection system
- Develop the image analysis software for analysis of the depth dose distribution and the dose profile distribution using the image taken by CCD camera.
1-5. Monte Carlo simulation and Characteristics study of Scintillation detection system with the beam measurement
- Build the Monte Carlo simulation for the Scintillation detection system using Geant4 toolkit
- Study the Characteristics study of Scintillation materials and the optimization of the Scintillation detection system using the Monte Carlo simulation.
1-6. Development of the scintillation detection system for proton therapy beam verification using scintillation screen
- Develop the CCD camera-based Scintillation detection system for fast and precise measurement of proton dose distribution.
- Evaluation of the radiology characteristics and the dose distribution characteristics for proton beam.
1-7. Development of the verification method for each irradiation mode using the detection system
- Develop the verification method for taking the optimal image about Double scattering mode and Uniform scanning mode of proton beam irradiation.
- Verify and analyze the Depth dose distribution and 2D dose distribution about each proton beam irradiation mode.
1-8. Application test and supplementation as the verification method for proton therapy
- Evaluate th 2D dose distribution using the block and compensator used for patient treatment.
1-9. the completion of the verification method for proton treatment planning using scintillation material
- Develop the compact scintillation detection system that can apply for various irradiation mode of proton therapy beam and can rotate toward the beam irradiation direction of patient treatment case.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 18
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 21
• 1절 연구개발의 목적 ... 21
• 2절 연구개발의 필요성 및 범위 ... 22
• 1. 개요 ... 22
• 2. 기술적 측면에서의 필요성 ... 23
• 가. 전산모사 및 섬광팬텀을 이용한 환자체내 3차원적 선량분포 검증기술 ... 25
• 나. 실시간 양성자 선량패턴 영상화 기술 ... 26
• 다. 세포내 방사선효과 예측기술 ... 27
• 3. 경제적 측면에서의 필요성 ... 28
• 가. 암치료관련 의료장비 및 영상기기 시장의 특징 ... 28
• 나. 세계 시장 동향 ... 30
• 다. 국내 시장 동향 ... 32
• 4. 산업적 측면에의 필요성 ... 34
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 36
• 1절. 국내외 관련분야 기술개발현황 ... 36
• 1. 국외 양성자 선량분포 측정 방법에 대한 연구 내용 ... 36
• 가. 양전자 방출체 측정법에 기초한 선량검증방법 ... 36
• 나 체내 선량계 삽입을 통한 선량검증 방법 ... 37
• 다. 즉발감마선 측정법에 기초한 선량검증 방법 ... 37
• 2. 국내 양성자 선량분포 측정 방법에 대한 연구 내용 ... 39
• 가. 본 연구기관의 연구개발 실적 ... 39
• (1) 섬광측정 시스템 물질 분석 ... 39
• (2) 플라스틱 섬광판과 아크릴 팬텀을 이용한 측정 시스템 제작 ... 40
• (3) CCD 카메라를 통한 섬광 영상 취득장치 ... 41
• (4) 섬광팬텀 영상획득 하드웨어 및 소프트웨어의 구축 ... 42
• (5) 영상분석 소프트웨어의 개발 ... 43
• (6) 양성자치료기 노즐의 모델링 및 전산모사 ... 45
• 나. 한양대학교(위탁과제 1) 연구팀의 연구개발 실적 ... 46
• (1) 즉발감마선 분포 측정을 위한 원리 검증용 측정 장치 ... 46
• (2) 즉발감마선 1차원 분포 측정 기술 개발 ... 48
• 다. 가톨릭대학교(위탁과제 2) 연구팀의 연구개발 실적 ... 49
• (1) 생체영향 평가를 위한 세포내 방사선효과 예측 기술 모델링 ... 49
• 2절 연구결과가 국내·외 기술개발현황에서 차지하는 위치 ... 50
• 1. 현기술상태의 취약성 ... 50
• 2. 앞으로의 전망 ... 52
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 53
• 1절 3차원적 선량분포 검증을 위한 섬광검출 시스템의 개발 ... 53
• 1. 섬광물질 특성연구 ... 53
• 2. 카메라 차폐를 위한 차폐체 최적화 연구 ... 58
• 3. 영상분석 프로그램 개발 ... 61
• 4. 섬광 검출시스템의 제작 및 특성 연구 ... 64
• 5. 선량 분포 특성 및 검증 연구 ... 68
• 6. 몬테칼로 전산모사 체계 구축 ... 77
• 2절 즉발감마선을 이용한 양성자 선량분포 패턴 영상화 기술 ... 81
• 1. 몬테칼로 전산모사 기법을 이용한 GEVI 영상장치 최적화 설계 ... 81
• 2. 고에너지 감마선 검출장치 제작 및 시험 ... 88
• 3. 다채널 아날로그 신호처리를 위한 신호처리장치 구성 및 성능 평가 ... 91
• 4. 에너지 스펙트럼 및 이차원 영상 가시화를 위한 데이터 획득 시스템구성 ... 96
• 5. 최적의 에너지 윈도우 적용을 위한 에너지 교정프로그램 개발 ... 99
• 6. 고성능 양성자 선량 장치(PDI) 개발 및 성능 평가 ... 101
• 7. 백그라운드 저감 가능성 연구 ... 104
• 8. 환자선량 변화 모니터링 연구 ... 107
• 3절 정밀한 생체영향 평가를 위한 세포내 방사선효과 예측기술 ... 109
• 1. 몬테칼로 전산모사를 이용한 생물학적 팬텀 및 물리적 적용 모델 개발 ... 109
• 2 몬테칼로 전산모사를 이용한 입자의 Track 구조 모델 개발 ... 112
• 3. 세포내 양성자 빔 효과 분석 ... 114
• 4. 몬테칼로 전산모사를 이용한 방사선물리학적 효과 예측기술 개발 ... 117
• 가. 원자핵검판을 이용한 LET 측정기술 개발 ... 117
• 나. 전산모사를 이용한 LET 예측기술 개발 ... 119
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 122
• 1절 연구개발목표의 달성도 ... 122
• 1. 1차년도(2010년) ... 122
• 2. 2차년도(2011년) ... 123
• 3. 3차년도(2012년) ... 124
• 4. 최종평가 ... 125
• 2절 관련분야의 기술발전에의 기여도 ... 126
• 1. 3차원 선량분포 검증을 위한 섬광검출 시스템의 개발 ... 126
• 2. 즉발감마선을 이용한 양성자 선량분포 패턴 영상화 기술 ... 126
• 3. 정밀한 생체영향 평가를 위한 세포내 방사선효과 예측기술 ... 126
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 127
• 1절. 연구개발결과의 활용방안 및 기대성과 ... 127
• 1. 연구개발결과의 활용방안 ... 127
• 2. 연구개발결과의 기대성과 ... 128
• 가. 기술적 측면 ... 128
• 나. 경제적, 산업적 측면 ... 130
• 2절. 추가연구의 필요성 ... 132
• 1. 3차원 선량분포 검증을 위한 섬광검출 시스템의 개발 ... 132
• 2. 즉발감마선을 이용한 양성자 선량분포 패턴 영상화 기술 ... 132
• 3. 정밀한 생체영향 평가를 위한 세포내 방사선효과 예측기술 ... 132
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 133
• 1절 PSI의 광섬유와 CCD카메라를 섬광검출시스템 개발 ... 133
• 2절 IBA사의 즉발감마선 검출기 시스템 ... 134
• 3절 프랑스 공동연구그룹의 Genat4 Chemistry의 개발 ... 135
• 제7장 연구시설 및 장비 현황 ... 136
• 제8장 참고문헌 ... 137