Abstract
Multi-leaf collimator (MLC) systems are frequently used to deliver photon-based radiation, and allow conformal shaping of treatment beams. Many proton beam centers currently make use of aperture and snout systems, which involve use of a snout to shape and focus the proton beam, a brass aperture to modify field shape, and an acrylic compensator to modulate depth. However, it needs a lot of time and cost of preparing treatment, therefore, we developed the manual MLC for solving this problem. This study was carried out with the intent of designing an MLC system as an alternative to an aperture block system. Radio-activation and dose due to primary proton beam leakage and the presence of secondary neutrons were taken into account during these iterations. Analytical calculations were used to study the effects of leaf material on activation. We have fabricated tray model for adoption with a wobbling snout ($30{\times}40cm^2$) system which used uniform scanning beam. We designed the manual MLC and tray and can reduce the cost and time for treatment. After leakage test of new tray, we upgrade the tray with brass and made the safety tool. First, we have tested the radio-activation with usually brass and new brass for new manual MLC. It shows similar behavior and decay trend. In addition, we have measured the leakage test of a gantry with new tray and MLC tray, while we exposed the high energy with full modulation process on film dosimetry. The radiation leakage is less than 1%. From these results, we have developed the design of the tray and upgrade for safety. Through the radio-activation behavior, we figure out the proton beam leakage level of safety, where there detects the secondary particle, including neutron. After developing new design of the tray, it will be able to reduce the time and cost of proton treatment. Finally, we have applied in clinic test with original brass aperture and manual MLC and calculated the gamma index, 99.74% between them.
양성자 치료를 위해서는 Snout이 부착된 받침대(gantry)를 사용하는데 빔의 형태를 만들기 위해 환자 종양의 크기와 거리에 맞게 황동 차폐체(aperture)가 많이 사용된다. 또한 빔의 거리를 보정하기 위해 PMMA를 이용한 거리 보상체도 사용된다. 이렇게 황동으로 만들어진 차폐체의 경우 가공하는데 많은 시간이 소요되며 비용 발생이 높다. 또한 치료 사용되었던 차폐체의 방사선 노출에 따라 재사용이 어렵다. 이러한 단점을 보안하기 위해 황동 차폐체 대신 X-선 치료에서 사용되는 수동형 다엽 콜리메이터 시스템을 도입하였다. 수동형 다업 콜리메이터는 여러 개의 황동판을 조립하여 차폐체를 제작하는 방식이다. 본 연구는 제작된 수동형 다엽 콜리메이터의 방사화 실험 및 필름을 이용해 선량측정을 진행하였다. 다엽 콜리메이터를 투과한 2차 발생 선량 1% 이하였으며, 여러 번의 230 MeV의 빔에서도 방사화가 2시간 이내에서 감소하였다. 이렇게 개발된 수동형 다엽 콜리메이터를 임상에 적용하여 일반 차폐체와 수동형 다엽 콜리메이터를 감마지표 분석을 했을 시 99.74%의 높은 일치도가 측정되었다. 또한, 일반 황동 차폐체에 비해 수동형 다엽 콜리메이터를 제작하는데 소요되는 비용과 시간을 1/10 이상 단축시킬 수 있다. 개발된 수동형 다엽 콜리메이터는 성공적으로 양성자 환자치료에 사용하고 있다.
