6 MeV 전자선의 차폐물질 원자번호와 조사야 크기에 따른 선량변화 연구

이승훈,곽근탁,박주경,김양수,차석용,Lee, Seung Hoon,Kwak, Keun Tak,Park, Ju Kyeong,Gim, Yang Soo,Cha, Seok Yong 대한방사선치료학회 2013 대한방사선치료학회지 Vol.25 No.2

목 적: 본 연구에서 우리는 6 MeV 전자선의 조사야 확대에 따른 선량변화가 차폐물질 원자번호와 관계가 있음을 알아보고 그 영향인자를 분석 하고자 한다. 대상 및 방법: 먼저 평행평판형 전리함(Exradin P11)을 $25{\times}25cm^2$ 폴리스티렌 팬텀표면에 평탄하게 끼운다. 허용투과율 5% 두께의 알루미늄, 구리, 납 물질들을 팬텀 상단에 차폐시킨 후 조사야 $6{\times}6$, $10{\times}10$ 그리고 $20{\times}20cm^2$별로 측정하였다. 조사조건은 선원-표면간거리 100 cm에서 기준조사야인 $10{\times}10cm^2$에 6 MeV 전자선을 이용하여 100 cGy 조사하였다. 다음으로 MCNP (Monte Carlo N Particle Transport Code)를 이용하여 각 물질 통과 후 발생되는 광자수, 전자수, 그리고 축적에너지를 계산하였다. 결 과: 허용투과율 5% 두께에 대한 차폐물 종류에 따른 측정결과 조사야 $10{\times}10cm^2$을 기준으로 한 $6{\times}6cm^2$과 $20{\times}20cm^2$의 두께변화율은 알루미늄에서 각각 +0.06%와 -0.06%, 구리에서 각각 +0.13%와 -0.1%, 납에서 각각 -1.53%와 +1.92%였다. 계산결과 조사야 $10{\times}10cm^2$ 대비 $6{\times}6cm^2$, $20{\times}20cm^2$의 축적에너지는 차폐를 하지 않았을 경우 각각 -4.3%와 +4.85%, 알루미늄 사용 시 각각 -0.87%와 +6.93%, 구리 사용 시 각각 -2.46%와 +4.48%, 납 사용 시 각각 -4.16%와 +5.57%였다. 광자수의 경우 차폐를 하지 않았을 경우 각각 -8.95%와 +15.92%, 알루미늄 사용 시 각각 -15.56%와 +16.06%, 구리 사용시 각각 -12.27%와 +15.53%, 납 사용 시 각각 -12.36%와 +19.81%였다. 전자수의 경우 차폐를 하지 않았을 경우 각각 -3.92%와 +4.55%, 알루미늄 사용 시 각각 +0.59%와 +6.87%, 구리 사용 시 각각 -1.59%와 +3.86%, 납 사용 시 각각 -5.15%와 +4.00%였다. 결 론: 본 연구로 조사야 증가함에 따른 차폐물 두께가 저 원자번호에서 감소하며, 고 원자번호에서는 증가함을 볼 수 있었으며, 계산을 통해 저 원자번호물질에서는 저지방사선, 고 원자번호물질에서는 산란전자가 영향을 주는 것을 알 수 있었다. Purpose: In this study, we analyzed how the dose change by field size effects on atomic number of shielding materials while using 6 MeV election beam. Materials and Methods: The parallel plate chamber is mounted in $25{\times}25cm^2$ the phantom such that the entrance window of the detector is flush with the phantom surface. phantom was covered laterally with aluminum, copper and lead which thickness have 5% of allowable transmission and then the doses were measured in field size $6{\times}6$, $10{\times}10$ and $20{\times}20cm^2$ respectively. 100 cGy was irradiated using 6 MeV electron beam and SSD (Source Surface Distance) was 100 cm with $10{\times}10cm^2$ field size. To calculate the photon flux, electron flux and Energy deposition produced after pass materals respectively, MCNPX code was used. Results: The results according to the various shielding materials which have 5% of allowable transmission are as in the following. Thickness change rate with field size of $6{\times}6cm^2$ and $20{\times}20cm^2$ that compared to the field size of $10{\times}10cm^2$ found to be +0.06% and -0.06% with aluminum, +0.13% and -0.1% with copper, -1.53% and +1.92% with lead respectively. Compare to the field size $10{\times}10cm^2$, energy deposition for $6{\times}6cm^2$ and $20{\times}20cm^2$ had -4.3% and +4.85% respectively without shielding material. With aluminum it had -0.87% and +6.93% respectively and with lead it had -4.16% and +5.57% respectively. When it comes to photon flux with $6{\times}6cm^2$ and $20{\times}20cm^2$ of field sizes the chance -8.95% and +15.92% without shielding material respectively, with aluminum the number -15.56% and +16.06% respectively and with copper the chance -12.27% and +15.53% respectively, with lead the number +12.36% and -19.81% respectively. In case of electron flux in the same condition, the number -3.92% and +4.55% respectively without shielding material respectively, with aluminum the number +0.59% and +6.87% respectively, with copper the number -1.59% and +3.86% respectively, with lead the chance -5.15% and +4.00% respectively. Conclusion: In this study, we found that the required thickness of the shielding materials got thinner with low atomic number substance as the irradiation field is increasing. On the other hand, with high atomic number substance the required thickness had increased. In addition, bremsstrahlung radiation have an influence on low atomic number materials and high atomic number materials are effected by scattered electrons.

6 MeV 전자선 치료 시 차폐물질로서 알루미늄, 구리, 납

이승훈(Seung-Hoon Lee),차석용(Seok-Yong Cha),이선영(Sun-Young Lee) 한국콘텐츠학회 2014 한국콘텐츠학회논문지 Vol.14 No.2

고 에너지 전자선 치료에 있어서 차폐물질은 종양조직 외 정상조직이나 주요장기를 보호하기 위해 사용된다. 하지만 이러한 물질에서 발생되어지는 산란선은 심부선량에 영향을 줄 수 있으며, 물질원자번호에 따라 다르게 나타난다. 이에 차폐물질로써 사용가능한 알루미늄, 구리, 납 등의 다양한 원자번호 물질을 전하 감약율 95% 되는 두께로 하여 측정과 MCNPX 모의계산으로 산란율을 비교분석하였다. 산란선 영향을 많이 받는 표면의 선량변화율은 최대 물질두께에서 +0.88%, 원자번호에서 +0.43%의 영향을 받으며, 전하 감약율 95% 되는 두께의 알루미늄, 구리, 납 물질은 측정에서 +19.70%, +15.20%, +12.40% 계산에서 +25.00%, +15.10%, +13.70%를 보였다. 이로 인해 산란율은 물질두께가 원자번호보다 많은 영향을 주며, 산란전자가 광자보다 많은 기여를 하고 있음을 알 수 있었다. 이에 임상에서의 적절한 차폐물질은 두께영향 산란선이 적게 방출되는 고 원자번호물질이 적당하다고 사료된다. During irradiation of lesions in cancer treatment with high energy electrons, normal tissue and critical organs are protected by the shielding material. Scattered radiation that generated the shielding materials affect the depth dose and atomic number. Therefore, we want to examine secondary particles and the scattered photons through calculation and its associated analysis, and compare the measurement for the aluminum, copper, and lead shielding substance of which thickness has 95% charge reduction. Dose change rate which effected scattering radiation was found to be +0.88% for material thickness, +0.43% for atomic number, and +19.70%, +15.20%, +12.40% for measurement, +25.00%, +15.10%, +13.70% for calculation on the aluminum, copper, and lead materials of which thickness has 95% charge reduction, respectively, As a result, we found that scattering rate was dependent on thickness than atomic number. In the dose increasing rate, scattered electrons are more important than scattered photon. For the above mentioned reasons, I think that high atomic number materials should be applied to reduce scattered radiation that generated with thickness effect.

GEANT4 코드를 이용한 25-150 keV 광자빔 생성 전산모사

백종근,장현수,오영기,김형동,김병용,이현정,김응찬 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.11

Low-energy photons are necessary to improve portal image quality, but are absorbed by the linear accelerator's head components such as the target or the flattening filter. This study is a preliminary study on using low-atomic number (Z) target materials to generate photon beams with energies in the diagnostic energy range of 25 to 150 keV in the 6 MeV electron mode. Beryllium (Z = 2), carbon (Z = 4), and aluminium (Z = 13) were used as low-Z target materials in this study. GEANT4 Monte Carlo simulations were carried out to calculate the photon energy spectrum and the number of produced particles (electrons, photons, 25 to 150 keV photons) for different target materials and thicknesses. Based on the results of GEANT4 Monte Carlo simulations, photons with energies in the range from 25 to 150 keV accounted for more than 34% of the total numbers of photons in the three target materials. On the other hand, 6 MV photons, which were used to acquire the conventional portal imaging, have low-energy photons accounting for 0.3% of the total. This result means that the photons newly generated by using the low-Z target material may improve the portal image quality. 포탈영상의 품질의 향상시키기 위해서는 진단영역 (25-150 keV)의 방사선선원이 요구된다. 본 연구는 실제 치료용 선형가속기에서 진단영역 에너지를 가지는 광자빔을 생성하기 위한 선행연구이다. 텅스텐 타겟에 비해 상대적으로 원자번호가 낮은 베릴륨 (Be, Z=4)과 카본 (C, Z=6), 그리고 알루미늄 (Al, Z=13) 타겟을 GEANT4 코드에 적용하여 몬테카를로 (Monte Carlo) 전산모사를 수행하였다. GEANT 4 몬테카를로 전산모사 결과를 통해 각 물질의 두께 별 에너지 스펙트럼을 분석하였고, 생성된 전자 및 광자 그리고 25-150 keV 에너지의 광자의 입자수를 비교 분석하였다. 세가지 타겟 모두 전체광자빔 중 25-150 keV 에너지를 포함하는 광자빔을 34% 이상 생성할 수 있음을 확인하였다. 이는 기존의 포탈영상의 방사선선원으로 사용되는 6 MV 광자빔 (0.3%)에 비해 현저히 높은 진단영역의 에너지를 가지는 광자를 생성하는 것으로, 포탈영상의 품질을 향상시킬 수 있는 새로운 방사선선원이 생성될 수 있음을 의미한다.

특성 형광 X선을 사용한 3차원 비파괴 검사법

윤창연,이원호 대한방사선방어학회 2012 대한방사선방어학회 학술발표회 논문요약집 Vol.2012 No.11

FXCT 장비를 이용한 비파괴 검사법

윤창연,이원호 대한방사선방어학회 2014 대한방사선방어학회 학술발표회 논문요약집 Vol.2014 No.04

화합물의 물리적 밀도와 유효원자번호에 대한 CT수 측정

김종언(Jong Eon Kim) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.2

AAPM CT 성능 팬텀에서 CT수 교정 삽입부의 각 핀과 물에 대응하는 유효원자번호 및 물리적 밀도에 대한 CT수에 관한 자료가 거의 없다. 따라서 자료화의 필요성이 제기되었다. 이 연구의 목적은 AAPM CT 성능 팬텀에서 CT수 교정 삽입부의 각 핀 및 물에 대하여 유효원자번호를 산출하고, 산출된 유효원자번호 및 물리적 밀도에 대한 CT수를 측정하여 비교분석하는데 있다. AAPM CT 성능 팬텀의 CT수 교정 삽입부에서 각 핀과 물의 유효원자번호 및 물리적 밀도에 관한 CT수의 자료를 획득하기 위하여, 먼저 각 핀과 물에 대한 유효원자번호를 산출하였다. 그리고 CT스캐너로 CT수 교정 삽입부를 스캔하여 CT슬라이스들을 획득하였다. 중심 CT슬라이스에서 각 핀과 물에 대하여 CT수들을 측정하였다. 결과로서, 유효원자번호에 대한 CT수들은 유효원자번호가 증가할수록 비선형적으로 증가와 감소를 반복하는 양상을 나타내었다. 그리고 물리적 밀도에 대한 CT수들도 물리적 밀도가 증가할수록 비선형적으로 증가와 감소를 반복하는 양상을 나타내었다. In the AAPM CT performance phantom, there is little data on the CT number of the effective atomic number and physical density corresponding to each peg and water of the CT number calibration insert. Therefore, the necessity of documentation was raised.The purpose of this study is to calculate the effective atomic number for each peg and water of the CT number calibration insert in the AAPM CT performance phantom, and to measure the CT number for the calculated effective atomic number and physical density for comparative analysis.In order to obtain CT number data on the effective atomic number and physical density of each peg and water from the CT number calibration insert of the AAPM CT performance phantom, the effective atomic number for each peg and water was first calculated. Then, CT slices were obtained by scanning the CT number calibration with a CT scanner. CT numbers were measured for each peg and water in the central CT slice. As a result, the CT numbers for the effective atomic number showed a nonlinear pattern of repeating the increase and decrease as the effective atomic number increased. In addition, the CT numbers for physical density showed a nonlinear pattern of repeating the increase and decrease as the physical density increased.

이중에너지 CT와 같은 시뮬레이션을 이용한 유효원자번호 추출을 통한 췌장 검출 가능성 연구

손기홍,이수열,정명애,김대홍 한국방사선학회 2022 한국방사선학회 논문지 Vol.16 No.5

The purpose of this simulation study was to evaluate the possibility of pancreas detection through effective atomic number information using dual-energy computed tomography(CT). The effective atomic number of 10 tissue-equivalent materials were estimated through stoichiometric calibration. For stoichiometric calibration, HU values at low-energy (80 kV) and high-energy (140 kV) for 10 tissue-equivalent materials were used. Based on this method, the effective atomic number image of the tissue-equivalent material was extracted through an iterative algorithm. According to the results, the attenuation ratio in accordance with the effective atomic number was estimated to have an R2 value of 0.9999, and the effective atomic number of Pancreas, Water, Liver, Blood, Spongiosa, and Cortical bone was overall within 1% accuracy compared to the theoretical value. Conventional pancreatic cancer examination uses a contrast medium, so there is a possibility of potential side effects of the contrast medium. In order to solve this problem, it is thought that it will be possible to contribute to an accurate and safe examination by extracting the effective atomic number using dual-energy CT without contrast enhancement. Based on this study, future research will be conducted on the detection of pancreatic cancer using the HU value of pancreatic cancer based on clinical images. 본 연구의 목적은 이중에너지 CT를 이용한 유효원자번호 정보를 통한 췌장 검출 가능성 연구이다. 10개의 다양한 인체 등가 물질의 유효원자번호를 Stoichiometric calibration을 통해 추정하였다. Stoichiometric calibration을 위해 저에너지와 고에너지에 해당하는 10개 인체 등가 물질에 대한 HU값을 이용하였다. 이를 바탕으로 반복 알고리즘을 통해 인체 등가 물질에 대한 유효원자번호 영상을 추출하였다. 연구결과에 따르면, 유효원자번호에 따른 감약의 비는 R2값이 0.9999로 추정되었고, Pancreas, water, Liver, Blood, Spongiosa, Cortical bone의 유효원자번호는 이론값과 비교하여 전체적으로 1% 이내의 정확도를 보였다. 췌장암 검사는 조영제를 사용하므로 잠재적인 조영제 부작용 가능성이 있다. 이를 해결하기 위해 조영 증강 없는 이중에너지를 이용한 유효원자번호 추출을 통해 정확하고 안전한 검사에 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구를 바탕으로 향후 연구에서는 임상 영상을 바탕으로 췌장암의 HU값을 이용하여 췌장암 검출에 대한 연구를 수행할 것이다.

이중 에너지 CT 영상에서 다항식 기반 교정에 의해 추출된 유효원자번호 및 상대전자밀도의 정확도 향상 효과

김대홍,조일훈,이미조 한국방사선학회 2023 한국방사선학회 논문지 Vol.17 No.7

본 연구의 목적은 이중 에너지 CT 영상을 이용하여 다항식 기반 calibration 방법을 통해 유효원자번호(Effective atomic number, EAN)과 상대전자밀도 (Relative electron density, RED)의 정확도를 향상시키는 것이다.11개의 조직 등가 물질로 구성된 팬텀을 이중 에너지로 촬영하여 고에너지와 저에너지 영상을 획득하였다. 획득된 영상을 이용하여 Stoichiometric, 2차, 3차, 4차 다항식을 기반으로 EAN에 대한 저에너지와 고에너지 영상의 감약의 비율을 calibration 하였다. 각 calibration 방법으로 EAN과 RED를 추출하였다. 실험 결과 3차 다항식 기반 calibration에 의한 EAN의 평균 오차가 가장 작았다. EAN을 이용하여 추출한 RED 영상에서도 3차 다항식 기반 RED의 오차가 가장 작았다. 3차 다항식 기반 calibration은 EAN과 RED의 정확성 향상에 기여하며, 이를 통해 CT 검사에서 병변의 정확한 진단 또는 인체의 다양한 물질의 정량화에 기여할 것으로 사료된다. The purpose of this study was to improve the accuracy of effective atomic number (EAN) and relative electron density (RED) using a polynomial-based calibration method using dual-energy CT images. A phantom composed of 11 tissue-equivalent materials was acquired with dual-energy CT to obtain low- and high-energy images. Using the acquired dual-energy images, the ratio of attenuation of low- and high-energy images for EAN was calibrated based on Stoichiometric, Quadratic, Cubic, Quartic polynomials. EAN and RED were extracted using each calibration method. As a result of the experiment, the average error of EAN using Cubic polynomial-based calibration was minimum. Even in the RED image extracted using EAN, the error of the Cubic polynomial-based RED was minimum. Cubic polynomial-based calibration contributes to improving the accuracy of EAN and RED, and would like to contribute to accurate diagnosis of lesions in CT examinations or quantification of various materials in the human body.