초록 ▼

○ 연구개요
현재 가장 광범위하게 사용되고 있는 X-선이나 전자선을 사용한 암 치료와는 달리, 양성자 빔을 사용한 암 치료는 입구선량이 적고 출구선량이 없는 Bragg peak라는 독특한 방사선량분포 특성이 있어 암 조직에 집중적으로 선량을 전달할 수 있는 특징을 가지고 있음. 하지만 기계적 오차 등에 의해서 선량급락지점의 위치가 정확하게 예측되지 못한 경우, X-선을 이용한 방사선 치료와 달리 최대 90%의 선량 차이가 발생할 수 있으며 암 조직에 계획된 선량이 전달되지 못하거나 정상조직에 높은 선량이 전달될 수 있음. 따라

○ 연구개요
현재 가장 광범위하게 사용되고 있는 X-선이나 전자선을 사용한 암 치료와는 달리, 양성자 빔을 사용한 암 치료는 입구선량이 적고 출구선량이 없는 Bragg peak라는 독특한 방사선량분포 특성이 있어 암 조직에 집중적으로 선량을 전달할 수 있는 특징을 가지고 있음. 하지만 기계적 오차 등에 의해서 선량급락지점의 위치가 정확하게 예측되지 못한 경우, X-선을 이용한 방사선 치료와 달리 최대 90%의 선량 차이가 발생할 수 있으며 암 조직에 계획된 선량이 전달되지 못하거나 정상조직에 높은 선량이 전달될 수 있음. 따라서 환자 체내의 양성자 선량급락지점을 정확히 결정하는 기술은 양성자 치료의 장점을 극대화 할 수 있는 매우 핵심적인 기술임.
본 연구는 양성자 치료에서 환자 체내의 방사선량 분포를 정밀하게 확인하기 위해 연구되었던 즉발감마선 분포 측정과 PET 스캔 방식을 동시에 적용할 수 있는 측정기술을 개발하여 선량급락지점 및 3차원적인 선량분포를 확인하는 것을 목적으로 함.

○ 연구 목표대비 연구결과
◻ 몬테칼로 전산모사 기반 PG-PET 시스템의 설계 및 최적화
- Geant4 몬테칼로 전산모사 기반 즉발감마선 분포 검출 시스템 구축 및 매질 내 치료용 양성자 빔에 의해 발생하는 이차방사선 특성 분석
- PG-PET 시스템의 검출기 구조에 관한 총 5개의 기하학적 인자 최적화
- Energy window, Depth-of-interaction, Time-of-flight 기술을 통한 배경방사선 저감 효과 평가
◻ 다채널 섬광검출기의 요소기술 개발 및 다채널 섬광검출기의 성능평가
- 16×16 배열의 GAGG 섬광검출기 및 주문형반도체 기반 신호처리모듈 제작
- Python 및 Matlab을 활용한 측정 데이터 분석 및 영상화 프로그램 개발
- 테스트 선원을 이용한 512채널의 섬광검출기 성능평가 (각 채널별 에너지분해능 및 민감도)
◻ 원리검증용 PG-PET 시스템 제작 및 치료용 양성자 빔을 사용한 시스템 성능 평가 후 각 분포와 양성자 선량분포 간의 상관관계 분석
- 한 쌍의 GAGG 섬광검출기 제작 및 테스트 선원을 이용한 1024 채널 성능평가
- 45 MeV 양성자 빔을 이용한 3×6×10 cm² PMMA 팬텀 내 즉발감마선 및 양전자방출체 발생분포 측정 실험 및 PG-PET 시스템 성능평가
- 즉발감마선 및 양전자방출체 분포와 양성자 선량 분포 간 상관관계 분석을 통한 선량분포 평가 및 임상 적용 가능성 검토

○ 연구개발결과의 중요성
- 5 mm의 깊이 오차에 대해서 양성자 빔은 43.4%, 탄소를 이용한 중입자 빔은 70.2%의 선량차이가 발생할 수 있으며, 종양이 방사선 감수성이 높은 정상조직 또는 주요장기의 근처에 위치할 경우 입자 빔의 치료가 어려울 수 있음.
- 따라서 환자 체내에서 실제 전달된 양성자 선량의 급락지점을 실시간으로 정확히 확인할 수 있는 PG-PET 측정 기술은 입자치료의 장점을 극대화 할 수 있는 매우 핵심적인 기술임.
- 현재 전 세계적으로 13개 센터에서만 중입자(탄소) 치료가 수행되고 있으며, 세브란스병원은 2022년 최초의 국내 중입자치료 서비스를 목표로 장비를 설치하고 있음.
- 본 과제의 연구결과는 국내외적으로 아직 치료기술이 충분히 발달하지 않은 중입자 치료기술에서 가장 핵심적인 환자 체내의 선량분포를 예측하는 기술에 적용이 가능하며, 향후 국내 양성자치료의 정밀도를 높일 뿐만 아니라, 유사한 특성을 가지는 중입자 치료기술의 선도적 개발에 이바지할 수 있을 것으로 판단됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2-1. [1차년도] 몬테칼로 전산모사 기반 PG-PET 시스템의 설계 및 최적화 ... 7
• 2-2. [2차년도] 다채널 섬광검출기의 요소기술 개발 및 다채널 섬광검출기의 성능평가 ... 10
• 2-3. [3차년도] 원리검증용 PG-PET 시스템 제작 및 치료용 양성자 빔을 사용한 시스템 성능 평가 후 각 분포와 양성자 선량분포 간의 상관관계 분석 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 39