GEANT4를 이용한 정위적 사이버나이프 선량분포의 계산과 측정에 관한 연구 (Monte Carlo study using GEANT4 of Cyberknife stereotactic radiosurgery system)

서지정보

· 발행기관 : 한국의학물리학회
· 수록지 정보 : 의학물리 / 21권 / 2호 / 192 ~ 200페이지
· 저자명 : 이충일, 신재원, 신헌주, 정재용, 김연래, 민정환, 홍승우, 정수미, 정원균, 서태석

초록

사이버나이프 치료에서 사용하는 소조사면은 전자평형의 부재와 급격한 선량 경사도(Steep dose gradients), 그리고 광자와 전자들의 스펙트럼 변화 요인으로 인하여 소조사면 광자선 선량 측정은 일반적인 치료의 측정보다 좀더 어렵고 복잡하다.
본 연구에서는 다이오드 검출기를 이용한 측정값과 GEANT4 를 이용한 계산값을 비교하고 정확한 선량 전달을 위한 측정 선량의 검증 도구의 한 종류로 GEANT4의 유용성을 입증하고자 한다.
사이버나이프 몬테카를로 모델을 개발하는데 있어 두 단계로 진행하였다. 첫 번째 단계는 선형가속기 헤드(treatment head) 시뮬레이션과 이를 통한 광자 에너지 스펙트럼의 계산이었고, 두 번째 단계는 5, 10, 20, 30, 50, 60 mm의 여섯 개 원형 조사면에 대한 물팬텀속에서의 깊이선량율의 계산이었다.
그리고 출력인수(Relative output factors)에 대한 계산은 5 mm부터 60 mm까지 총 12가지 조사면에 대해 수행되었으며 그 결과를 다이오드 검출기를 이용한 측정값과 비교하였다. 가로선량분포(Profiles)의 경우 5, 10, 20, 30, 50, 60 mm의 6가지 조사면에 대해 계산이 이루어 졌고 깊이는 1.5, 10, 20 cm 의 세 가지 깊이에 대해 수행되었다.
깊이선량율의 계산값을 측정값과 비교한 결과 평균 2% 미만의 오차를 보여 임상에서 허용 가능한 결과를 얻었다. 조사면 출력인자의 경우에 조사면 직경 7.5 mm 이상에서 3% 이내의 오차를 보였으나 직경 5 mm 조사면에서는 6.9%로 높은 오차를 보였다. 가로선량분포에서 20mm 이상의 조사면에서는 2%미만의 오차를 보였고 그 이하의 조사면에서는 3.5% 미만의 오차를 보였다.
본 연구에서는 소조사면 사이버나이프 측정을 위한 선량분포 계산을 GEANT4 코드를 사용하여 다이오드 측정 결과와 비교하였다. 다이오드와의 측정 비교 결과 5 mm 조사면을 제외한 나머지 조사면들에 대해 오차 0.2 ~ 0.6% 내의 만족할만한 결과를 얻었다. 향후 소조사면에서 정확성을 가지는 Gafchromic 필름 등 다른 측정기와 비교를 통하여 그 정확성이 평가된다면 이 GEANT4의 선량분포 계산 방법은 소조사면을 이용하는 사이버나이프 방사선치료에서 정확한 선량 전달을 위한 측정 선량의 검증 도구의 한 종류로 사용할 수 있을 것으로 예상한다.

영어초록

Cyberknife with small field size is more difficult and complex for dosimetry compared with conventional radiotherapy due to electronic disequilibrium, steep dose gradients and spectrum change of photons and electrons.
The purpose of this study demonstrate the usefulness of Geant4 as verification tool of measurement dose for delivering accurate dose by comparing measurement data using the diode detector with results by Geant4 simulation.
The development of Monte Carlo Model for Cyberknife was done through the two-step process. In the first step, the treatment head was simulated and Bremsstrahlung spectrum was calculated. Secondly, percent depth dose(PDD) was calculated for six cones with different size, i.e., 5 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, 50 mm and 60 mm in the model of water phantom. The relative output factor was calculated about 12 fields from 5 mm to 60 mm and then it compared with measurement data by the diode detector. The beam profiles and depth profiles were calculated about different six cones and about each depth of 1.5 cm, 10 cm and 20 cm, respectively.
The results about PDD were shown the error the less than 2% which means acceptable in clinical setting. For comparison of relative output factors, the difference was less than 3% in the cones lager than 7.5 mm. However, there was the difference of 6.91% in the 5 mm cone.
Although beam profiles were shown the difference less than 2% in the cones larger than 20 mm, there was the error less than 3.5% in the cones smaller than 20 mm. From results, we could demonstrate the usefulness of Geant4 as dose verification tool.

참고자료

· 없음