몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 방사선원 위치 검출기의 각도의존성 연구

한무재 ( Moojae Han ),허승욱 ( Seunguk Heo ),신요한 ( Yohan Shin ),정재훈 ( Jaehoon Jung ),김교태 ( Kyotae Kim ),허예지 ( Yeji Heo ),이득희 ( Deukhee Lee ),조흥래 ( Heunglae Cho ),박성광 ( Sungkwang Park ) 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.1

산업 비파괴 분야에서 사용되는 방사선원은 장비의 노후화 및 작업자의 부주의로 인해 선원이 노출되는 사고가 발생되어 왔다. 이에 선원의 위치를 실시간으로 추적할 수 있는 안전관리 시스템의 필요성이 부곽되고 있다. 이에 본 연구에서는 방사선원의 위치 추적을 위한 line-array 선량계를 구성하는 unit-cell 선량계 단위의 각도의존성을 분석하기 위해 Monte Carlo Simulation을 수행하였다. 그 결과 각 기울기에서 상위 10% 수치에 대한 오차율은 0°에서 5.90%, 30°에서 8.08%, 60°에서 20.90%의 오차율을 보였다. 총 흡수선량의 비율은 0°(100%)를 기준으로 30°에서 83.77%, 60°에서 53.36%로 나타났으며 기울기가 증가함에 따라 낮아지는 경향성을 보였다. 모든 기울기에서 최대 수치는 30°의 No. 9에서 나타났으며, No. 10에서는 7.24% 낮아지는 경향성을 보였다. 본 연구 결과 각도의존성은 크게 발생되는 것으로 나타났으며, 이를 낮추기 위해서는 선원과 line-array 선량계의 적정거리는 1 cm 이상의 거리에서 유지해야 하는 것으로 사료된다. Radiation sources used in the field of industrial non-destructive pose a risk of exposure due to ageing equipment and operator carelessness. Thus, the need for a safety management system to trace the location of the source is being added. In this study, Monte Carlo Simulation was performed to analyse the angle dependence of the unit-cell comprising the line-array dosimeter for tracking the location of radiation sources. As a result, the margin of error for the top 10% of each slope was 5.90% at 0°, 8.08% at 30°, and 20.90% at 60°. The ratio of the total absorbed dose was 83.77% at 30 ° and 53.36% at 60 ° based on 0 °(100%) and showed a tendency to decrease with increasing slope. For all gradients, the maximum number was shown at 30° No. 9 pixels, and for No. 10, there was a tendency to drop 7.24 percent. This study has shown a large amount of angle dependence, and it is estimated that the proper distance between the source and line-array dosimeters should be maintained at a distance of not less than 1 cm to reduce them.

Flattening Filter Free Beam의 정도관리를 위한 곡면선량계 가능성 연구

한무재 ( Moojae Han ),신요한 ( Yohan Shin ),정재훈 ( Jaehoon Jung ),허승욱 ( Seunguk Heo ),김교태 ( Kyotae Kim ),허예지 ( Yeji Heo ),조흥래 ( Heunglae Cho ),박성광 ( Sungkwang Park ) 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.1

최근 도입된 FFF 빔을 활용하는 방사선치료는 flattening filter에서 비롯되는 빔의 감쇠를 막을 수 있어 치료효율을 높일 수 있지만, 불균일한 단면적 선량분포에 대하여 정확한 정도관리가 구축되어 있지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 광도전체 물질 HgI₂ 기반의 곡면 선량계를 제작하였으며, 성능을 검증하기 위하여 6 MV 광자에너지에서 재현성 및 선형성을 평가하였다. 또한 곡면 계측의 유용성을 나타내기 위하여 아크릴 필터를 적용한 FFF beam에서 평면 기판과 곡면 기판 상에서 계측되는 신호를 비교하였다. 그 결과 Unit cell 선량계의 재현성은 SE 0.613%, 선형성은 R-sq 0.9999로 나타났으며, line array 곡면 선량계의 유용성 평가는 평면 기판에서 23.337%, 곡면 기판에서 12.264%로 11.073%p 감소된 신호 차이를 보였다. Radiation therapy using flattening filter free beam can prevent beam attenuation caused by flattening filter and can improve treatment efficiency. However, accurate dose control is not established for nonuniform iso dose distributions. In this study, curved dosimeter based on photoconductive material HgI₂ was fabricated and its reproducibility and linearity were evaluated at 6 MV photon energy to verify its performance. In order to show the usefulness of the curved measurement, the signals measured on the flat substrate and the curved substrate were compared in the flattening filter free beam using the acrylic filter. As a result, the reproducibility of the unit cell dosimeter was evaluated as SE 0.613%, and the linearity was evaluated as R-sq 0.9999. The usability evaluation of the array curve dosimeter demonstrated its usefulness by indicating a curvature error rate of 11.073%p and a reduced error rate.

Phosphor Particle 혼합형 Hybrid 선량계의 방사선치료 Quality Assurance에 대한 적용가능성 평가

신요한 ( Yohan Shin ),한무재 ( Moojae Han ),정재훈 ( Jaehoon Jung ),조흥래 ( Heunglae Cho ),박성광 ( Sungkwang Park ) 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.3

방사선치료 분야에서는 치료의 안전성을 검증하기 위한 Quality Assurance(QA) 절차가 매우 중요하게 여겨진다. 그러나 일반적으로 이에 사용되는 선량계들의 다양한 문제점 때문에, 이를 대체하기 위한 선량계 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 형광체로부터 방출된 visible light(VL)에 의한 Sensitivity 극대화를 위해, 뛰어난 형광 효율을 가지는 형광체인 Gd₂O₂S:Tb를 요오드화납(Lead(II) Iodide; PbI₂)에 다양한 weight percent(wt%)로 혼합한 Blended hybrid sensor를 제작하였다. 이후 Blended sensor 및 Pure PbI₂ sensor의 고에너지 방사선에 대한 반응특성을 비교 및 평가하였다. 민감도 평가결과, 3wt%는 sensor에서 타 sensor들과 40% 이상 차이나는 최댓값이 나타났으며, 이를 제외한 센서에서 wt%의 증가에 따른 점차적 민감도 감소추세를 확인하였다. 또한, 재현성 평가에서는 Pure PbI₂ sensor가 coefficient of variation(CV)>0.015의 큰 편차를 보인 반면, blended sensor는 모두 CV<0.015 이하의 결과를 보였다. In the field of radiotherapy, the Quality Assurance(QA) procedure to verify the safety of treatment is considered to be very important. However, due to various problems of the conventional dosimeters used for the QA, researches on these dosimeters have been actively carried out to replace them. In this study, to maximize the sensitivity by visible light(VL) emitted from phosphors, blended hybrid sensors were fabricated by blending various weight percent(wt%) of Gd₂O₂S:Tb which is a phosphor with excellent fluorescence efficiency into PbI₂. Then, the electrical properties to high energy radiation from the blended sensors and the pure PbI₂ sensor were compared and evaluated. As a result of the sensitivity evaluation, the sensor of 3wt% showed the highest value with more than 40% difference from the other sensors, and gradual decreasing in sensitivity was observed with increasing wt% except for the sensor of 3wt%. Also, in the reproducibility evaluation, the pure PbI₂ sensor exhibited a large variation in coefficient of variation(CV)>0.015, while all the blended sensors showed CV<0.015.

Evaluation of Lead Oxide Dosimeter for Quality Assurance of Electron Beam in Radiotherapy

양승우(Seungwoo Yang),한무재(Moojae Han),박성광(Sungkwang Park) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.1

방사선 치료 영역에서 전자선은 표재성 병변 치료에 자주 쓰인다. 전자선은 빔 경로에 것들과 상호 작용하여 선량측정에 영향을 끼치기에 정확한 측정이 요구된다. 하지만 전자선 정도관리에 관한 연구는 이루어 지고 있지 않는 실정이다. 이에 본 연구에서는 전자선 정도관리를 위한 기초연구로 PbO 기반의 선량계를 제작하였다. 그리고 6, 9, 12 MeV 에너지에 따른 재현성, 선형성을 분석하여 계측정확성과 정밀성을 평가하였다. 재현성 측정결과 6, 9, 12 MeV에서 각각 1.024%, 1.019%, 0.890%의 RSD 값으로 나타났다. 그리고 선형선 측정결과에서는 6, 9, 12 MeV에서 모두 0.9999 R2로 나타났다. 두 평가 모두 우수한 결과로 PbO 선량계의 계측정확성과 정밀성이 매우 우수한 것으로 나타났다. In radiation therapy, electron beam is often used in the treatment of superficial lesion. Accurate measurements are required because electron beam interacts with them in the beam path and affects dose measurements. However, no research has been conducted on electron beam quality assurance. in this study, PbO-based dosimeter was fabricated as a basic study for electron beam quality assurance. Thus, the reproducibility and linearity of the energy of 6, 9, and 12 MeV were analyzed to evaluate measurement accuracy and precision. Reproducibility measurements show RSD value of 1.024%, 1.019% and 0.890%, respectively, at 6, 9, and 12 MeV. linearity measurements show 0.9999 R2 at 6, 9, and 12 MeV altogether. Both evaluations show that the PbO dosimeter has very good measurement accuracy and precision with excellent results.

Study on the Applicability of Semiconductor Compounds for Dose Measurement in Electron Beam Treatment

양승우(Seungwoo Yang),한무재(Moojae Han),신요한(Yohan Shin),정재훈(Jaehoon Jung),최윤선(Yunseon Choi),조흥래(Heunglae Cho),박성광(Sungkwang Park) 한국방사선학회 2020 한국방사선학회 논문지 Vol.14 No.1

본 연구에서는 전자선 치료에서 전자선 선량 측정 시 교차교정이 필요한 기존 평행평판형이온함을 대체하고자 하였다. 광도전성 반도체 화합물 HgI₂를 사용하여 선량계로 제작하였으며, 선형가속기에서 6, 9, 12MeV 전자선에 대한 HgI₂ 선량계의 특성을 분석하였다. 그리고 기존 선량계와의 대체가능성과 전자선 선량계로서의 적용 가능성을 평가하고 전자선 선량계 개발의 기초연구로써 활용하고자 하였다. 재현성 평가결과, RSD는 6, 9, 12 MeV 에너지에서 각각 0.4246%, 0.5054%, 0.8640%로 나타나 출력 신호가 안정적인 것을 나타내었다. 선형성 평가결과, 직선형 추세선의 신뢰도 지표 R²값은 6 MeV에서 0.9999, 9 MeV에서 0.9996, 12 MeV에서 0.9997로 나타나 선량이 증가함에 따라 HgI₂에 출력 신호가 비례한 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 HgI₂ 선량계는 전자선 측정 적용가능성이 매우 높은 것으로 판단되며, 전자선 검출에 대한 기초연구로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. In this study, it was intended to replace the existing plane parallel ionization chamber, which requires cross-calibration in electron beam treatment. The semiconductor compounds HgI₂ was fabricated as detector, and the characteristics of HgI₂ detector for the 6, 9 and 12 MeV electron beam was analyzed in the linear accelerator. It was also intended to evaluate the possibility of substitution with existing detectors and their applicability as electron beam dosimetry and to use them as a basic study of the development of electronic beam dosimeter. As a result of reproducibility, RSD was 0.4246%, 0.5054%, and 0.8640% at 6, 9, and 12 MeV energy, respectively, indicating that the output signal was stable. As a result of the linearity, the R2 was 0.9999 at 6 MeV, 0.9996 at 9 MeV, and 0.9997 at 12 MeV showed that the output signal is proportional to HgI₂ as the dose is increased. The HgI₂ detector of this study is highly applicable to electron beam measurement, and it may be used as a basic research on electron beam detection.

전자선 치료의 선량 측정 QA를 위한 PbI₂ 선량계 적용 연구

양승우(Seungwoo Yang),한무재(Moojae Han),정재훈(Jaehoon Jung),최윤선(Yunseon Choi),조흥래(Heunglae Cho),박성광(Sungkwang Park) 한국방사선학회 2020 한국방사선학회 논문지 Vol.14 No.5

전자선은 선량분포에 영향을 주는 인자가 많아 동일 설정이라도 사용 장비마다 그 특성을 파악하여 방사선 치료에 이용해야 하며, 체내 구조물에 영향이 민감하여 종양에 균일한 선량분포를 조사하기가 까다롭다. 본 연구에서는 광도전체인 PbI₂를 사용하여 선량계를 제작하였고, 선형가속기에서 6, 9, 12 MeV 전자선에 대한 전기적 특성을 분석하였다. 재현성 평가결과, RSD는 6, 9, 12 MeV 에너지에서 각각 1.1215%, 1.0160%, 0.5137%로 나타나 출력 신호가 안정적인 것을 나타내었다. 선형성 평가결과, 직선형 추세선의 신뢰도 지표 R² 값은 6, 9, 12 MeV에서 각각 0.9999, 0.9999, 0.9994로 나타나 선량이 증가함에 따라 PbI₂에 출력 신호가 비례한 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 PbI₂ 선량계는 전자선 측정 적용가능성이 매우 높은 것으로 판단되며, 광도전체 물질을 통한 전자선 선량계의 기초연구로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. Electron beam have many factors that affect dose distribution, so even if identical settings are used, they should be identified and used for radiation treatment, and the effects on the structures in the body are sensitive, making it difficult to investigate uniform dose distribution on tumors. In this study, a dosimeter was produced using PbI₂ which is a photoelectric material, and electrical characteristics were analyzed for 6, 9, and 12 MeV electronics in linear accelerators. The reproducibility test results showed that RSD were 1.1215%, 1.0160%, and 0.05137% respectively at 6, 9, and 12 MeV energies, indicating that the output signals were stable. The linearity evaluation results showed that the R² values of the reliability indicator for straight line trend lines were 0.9999, 0.9999, and 0.9994, respectively, at 6, 9, and 12 MeV, to confirm that the output signal was proportional to PbI₂ as dose increased. The PbI₂ dosimeter in this study is judged to be highly applicable to electromagnet measurement and is thought to be able to be used as a basic study of electron detector through photoelectric material.

비파괴 검사 분야의 방사성 동위원소 위치추적을 위한 반도체 화합물의 적용 가능성 연구

신요한 ( Yohan Shin ),한무재 ( Moojae Han ),정재훈 ( Jaehoon Jung ),김교태 ( Kyotae Kim ),허예지 ( Yeji Heo ),이득희 ( Deukhee Lee ),조흥래 ( Heunglae Cho ),박성광 ( Sungkwang Park ) 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.1

Co-60 및 Ir-192 등의 방사성 동위원소가 비파괴 검사(Non-Destructive Test; NDT) 등의 분야에서 널리 쓰임에 따라 방사선 안전관리가 매우 중요시되고 있다. 본 연구에서는 요오드화수은(Mercury(Ⅱ) Iodide; HgI₂) 의 선원추적 시스템 적용 가능성을 평가하였다. HgI2로 제작된 Unit cell 센서의 신뢰도 검증을 위한 전기적 특성평가를 수행한 후, 방사선에 대한 센서의 위치의존성을 분석하고, Planning system의 선량 분포와 비교 하였다. 평가결과, R-sq>0.99 이상의 선형성과 CV<0.015 이하의 재현성을 보이며 신뢰도가 높은 것으로 나타났다. 또한, 위치의존성 평가에서는 센서의 isocenter에서 최댓값이 측정되었으며, 거리에 따라 점진적 감소를 나타냈다. 그러나 Planning system 상의 선량 분포 데이터와는 최대 30%의 차이를 보였는데, 센서는 단일지점으로부터 데이터를 수집하는 Planning system과 달리 면적으로부터 수집하기 때문으로 사료된다. Radiation safety management is being considered very important since radioactive isotopes such as Co-60 and Ir-192 are widely used in fields such as non-destructive test(NDT). In this study, the applicability of Mercury(Ⅱ) Iodide(HgI₂) source for tracing system was evaluated. To make sure the unit cell sensor’s reliability, we evaluated the electrical properties of the sensor made with HgI2, and then position dependence of the sensor was analyzed and compared with the dose distribution from the planning system. As a result of the evaluation, high reliability of the sensor was shown through the linearity of R-sq > 0.990 and reproducibility of CV < 0.015. In the position dependence evaluation, the maximum value was measured at the isocenter of the sensor and gradually decreased according to the distance. However, the dose distribution data from the planning system was turned out that has difference with that of the sensor up to 30%. This seems to come from the difference between single-point measuring based planning system and area measuring based sensor.

고분자 분산형 액정 기반의 엑스선 검출기의 가능성 검증 연구

오경민(Kyung Min Oh),김교태(Kyotae Kim),한무재(Moojae Han),허예지(Yeji Heo),강상식(Sangsik Kang),박지군(Jikoon Park),남상희(Sanghee Nam) 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.2015 No.춘계

고화질의 엑스선 영상 획득을 위해 능동 평판 영상장치(active matrix flat-panel imagers)를 이용한 엑스선 검출기는 다년간 활발히 연구되어 지고 있다. 하지만 능동 평판 영상장치 기반의 엑스선 검출기는 화소에 따른 해상도 저하 및 제작 공정의 복잡성 및 높은 단가로 인한 한계점을 내제하고 있다. 이러한 한계점을 해결하기 위해 보다 높은 해상도와 대조도를 가지는 X-ray Light Valve 와 같은 기술들이 소개되고 있다. X-ray Light Valve 는 디스플레이 영역에서 주로 사용되는 액정이 전계에 의해 비틀어지는 특성을 이용하는 검출기로 수 마이크로미터 크기의 액정과 외부 광원 및 광검출기에 의해 구성된다. 본 연구에서는 고분자 분산형 액정을 이용하여 엑스선 검출기를 구현하였고 보다 간단한 제작공정과 구조를 가지는 검출기를 제작하였다. 고분자 분산형 액정 기반의 엑스선 검출기의 가능성을 검증하기 위하여 입사 되는 엑스선에 대한 전기적인 신호를 측정하였고 선량의 증가에 따라 선형적으로 상승하는 신호 값을 획득하였다. 또한 엑스선으로 인해 유발되는 전계 변화가 고분자 분산형 액정의 비틀림에 미치는 영향을 광원 및 광 검출기를 통해 확인하 였다. Digital x-ray detectors using active matrix flat-panel imagers (AMFPIs) have been widely studied for many years. However, x-ray detectors using active matrix flat-panel imagers are limited owing to low spatial resolution, complex fabrication process, and high cost. To solve such limitations, x-ray light valve was introduced, and it exhibited high spatial resolution and contrast. X-ray light valve uses liquid crystals with micrometer size, and they are twisted by electric field caused by incident x-rays. In this study, we developed x-ray detector based on polymer-dispersed liquid crystals (PDLCs). Because PDLCs does not need polarizers, the fabrication process was simple. Also, from the result of x-ray response, it showed linear properties against x-ray energy. In addition, the twisting angle of the PDLCs was measured by using light source and photodiode.

몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 차폐 및 방사화 계산에서 기하학적 모델링의 차이에 따른 결과 연구

허승욱(Seunguk Heo),송용근(Yongkeun Song),조규석(Gyuseok Cho),한무재(Moojae Han),박지군(Jikoon Park) 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.6

방사선의 치료효과 증대를 위해 최근에는 기존의 Photon치료를 대체한 중입자치료가 증가하고 있다. 중입자 치료는 기존 Photon치료 대비 높은 에너지와 거대한 시설로 인해 방사선안전성평가에 더욱 신경을 써야 한다. 이러한 방사선안전성평가는 주로 Monte Carlo simulation을 이용하여 차폐 및 방사화 평가를 수행 하는데, 가장 우선적으로 수행해야하는 것은 기하학적 모델링이다. 중입자 치료시설은 가속장치를 싱크로 트론을 사용하게 되는데 정확한 기하학적 모델링이 어려워 대부분 간략하게 모델링 한다. 본 연구는 싱크 로트론 가속장치의 구성요소 중에서 Dipole magnet을 간략화 한 것과 정밀하게 구현한 것이 방사선안전성 평가에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 결과에 의하면 간략하게 구현한 기하학적 모델이 정밀하게 구현된 기하학적 모델보다 과대평과 되는 결과를 얻었다. 따라서 방사선안전성 평가는 정밀한 기하하적 모델 링이 더욱 신뢰할 수 있는 결과를 얻는다고 판단된다. In order to increase the therapeutic effect of radiation, there has been an increase in the use of conventional photon therapy. The intensive care unit should pay more attention to the radiation safety evaluation due to the higher energy and the larger facility compared to the existing Photon treatment. These radiation safety evaluations are mainly performed by using Monte Carlo simulation, and the first thing to be done is geometric modeling. The Heavy-ion treatment facility uses synchrotron as the accelerating device, which is difficult to precisely model geometrically and is mostly modeled briefly. This study investigated the effect of simplification and precise implementation of Dipole magnet among the components of synchrotron acceleration device on the radiation safety evaluation. The results show that the simplified geometric model is overestimated with the precisely implemented geometric model. Therefore, it is considered that the radiological safety evaluation results in more reliable results of the precise geometric modeling.

몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 중입자 치료실의 선량분포 추정

송용근(Yongkeun Song),허승욱(Seunguk Heo),조규석(Gyuseok Cho),최상현(Sanghyun Choi),한무재(Moojae Han),박지군(Jikoon Park) 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.6

꿈의 암치료기라고 불리는 중입자 치료는 환자의 암세포에 입사하여 암세포만을 사멸하고 사라지는데 이때 중성자 및 감마선이 발생되어 치료실 내 영상장비, 그 밖의 전자장비에 영향을 미치게 된다. 중입자 치료시설을 구축하기 위해서는 약 2,000억 원 가량의 예산이 필요하며 구축기간도 5년 이상 소요된다. 따라서 구축 전 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 치료실 내 선량 분포에 대해 관찰하여 적절한 대비를 하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 몬테카를로 시뮬레이션 툴인 FLUKA를 이용하여 중입자 치료 시 치료실내 선량분포에 대해 알아보았으며 1분 치료 시 치료실 내에는 약 0.1 mSv에서 2 pSv 정도의 영향이 있을 것으로 파악되었다. Heavy ion therapy has a high cure rate for cancer cell. So many countries are introducing heavy ion therapy facility. When treating a cancer using heavy ion therapy, neutrons and gamma rays are generated and affect electronic equipment. A budget of about KRW 200 billion is needed to build a heavy ion therapy facility, and it takes more than five years to build it. Therefore it is important to observe the dose distribution in the treatment room using the monte carlo simulation before construction. In this study, we used the FLUKA of monte carlo simulation to investigate the dose distribution in the heavy ion treatment room.