High Energy Photon Dosimetry by ESR Spectroscopy in Radiotherapy

ESR Spectroscopy에 의한 치료용 고에너지 광자선의 선량측정

The finding of long lived free radicals produced by ionizing radiation in organic crystals and the quantification of this effect by electron spin resonance(ESR) spactroscopy has proven excellent dosimetric applicability. The tissue equivalent alanine dosimeter also appear appropriate for radiation therapy level dosimetry. The dose measurement was performed in a Rando phantom using high energy photons as produced by high energy medical linear accelerator and cobalt-60 teletherapy unit. The absorbed dose range of the ESR/alanine dosimetry system could be extended down to 0.1 Gy. The response of the alanine dosimeters was determined for photons at different therapeutic dose levels from less than 0.1 Gy to 100 Gy and the depth dose measurements were carried out for photon energies of 1.25MeV, 6 and 10 MV with alanine dosimeters in Rando phantom. Comparisons between ESR/alanine in a Rando phantom and ion chamber in a water phantom were made performing depth dose measurements to examine the agreement of both methods under field conditions.

방사선치료에 가장 널리 사용하고 있는 Co-60 감마선과 6, 10 MV X-선등 다양한 에너지와 2 Gy 에서 10 Gy 의 조사선량 범위에 대한 정확한 선량측정은 방사선치료효과를 더욱 높힐수 있고 휴유증에 대한 선량평가에 도움을 줄 수 있다. 지금까지 방사선치료 범위에 속하는 방사선 계측은 주로 전리함을 사용하였으며 Build up cap 이나 팬텀을 이용하여 노출선량을 계측하고 계측된 값에 에너지에 따른 흡수선량 변환계수 , 측정기의 구성물질에 대한 저지능등 많은 변수를 고려해야하는 복잡성이 있으며 인체내의 선량분포측정이 어려웠다. 본실험에 사용한 Alanine 측정기는 아미노산의 일종인 유기물질로서 인체조직과 등가이고 부피가 작으므로 (0.5$\times$1cm) 조직내에 많이 삽입하여 방사선을 동시에 측정할 수 있었다. 방사선에 노출된 Alanine 은 구성분자의 일부분이 전리되어 장기간 Free radical 상태로 존재하며 마이크로파를 투과시키면 전자의 고유진동수와 일치된 전파를 흡수하는 전자스핀공명(Electron spin resonance) 이 일어나고 흡수된 전파의 강도를 측정함으로서 흡수선량을 추측할 수 있다. 방사선흡수선량 측정은 Co-60 원격치료장치의 선원에서 80cm 거리에 3개의 Alanine 측정기를 Build up holder 에 넣어 고정시키고 방사선치료 선량범위인 0.1Gy 에서 100 Gy 까지 조사하였으며 이때 ESR Spectra 의 진폭은 흡수선량에 비례하였고 선량 균일성의 표준편차는 2 Gy 에서 1% 이었으며 4 Gy 이상에서는 0.5% 이었다. 조직내 선량분포를 측정하기 위하여 인체구성과 같은 Rando phantom 내에 Alanine 측정기를 삽입하고 조사면과 에너지에 따른 방사선 흡수선량분포및 섬부율을 측정한 결과 표준 심부율과 일치하였다. 특히 Alanine 측정기는 온도 습도에 대한 변화가 적고 시간 경과에 대한 변화도 거의 없었으며 (년간 약 1% 감소 ) 에너지에 따른 변화도 없었기 때문에 치료방사선 영역의 선량 측정과 조직내 선량분포에 적당한 것으로 생각된다.