• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권3호
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• pp.162-168
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• 2012

양성자 치료에서 치료의 목표를 달성하고 환자의 안전을 제고하기 위해 인체 내 양성자 빔의 분포를 확인하는 것이 중요하다. 양성자 선량분포와 밀접한 관계가 있는 즉발감마선의 2차원 분포 측정을 위하여 본 연구팀에서는 다수의 CsI(Tl) 섬광체가 1차원 종형으로 배열된 검출기 배열과 집속장치 및 다채널 신호처리 장치로 이루어진 측정장치를 개발하고 있다. 이에 본 연구에서 몬테칼로 기반의 MCNPX 코드를 이용하여 최적화된 측정 장치를 설계하고자 하였다. 즉발감마선을 효과적으로 측정하기 위해 CsI(Tl) 섬광체의 크기를 $6{\times}6{\times}50mm^3$로 결정하였으며, 배경감마선의 영향을 최소화하고 빔의 진행방향에서 수직방향으로 발생하는 즉발감마선만 측정하기 위해 집속장치의 구멍 크기는 면적 $6{\times}6mm^2$, 길이 150 mm로 최적화되었다. 150 MeV 양성자 빔에 대한 성능 예측 전산모사연구를 수행한 결과, 본 연구에서 최적화된 측정 장치를 통해 즉발감마선 2차원 분포를 측정할 수 있었으며, 1 mm 오차범위에서 양성자 빔의 비정을 결정할 수 있었다. 이를 바탕으로 현재 다채널의 신호처리 장치를 개발하고 있으며 실제 양성자 빔을 이용한 즉발감마선 분포측정을 통해 측정 장치의 성능을 검증할 것이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제7권2호
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• pp.3-17
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• 1996

방사선 치료분야에서 선량 보상체가 널리 이용되고 있으나, 그 보상효과에 대한 확실한 검증 방법은 알려진 바가 거의 없다. 본 연구에서는 Missing Tissue 뿐 아니라, Internal Tissue Inhomogeneity 까지 고려한 3차원 보상체를 제작하고, Exit Beam Dose Profile의 측정값과 본 연구에서 고안한 방법으로 기대값을 구해 비교함으로써 보상체의 성능을 평가하고자 하였다. 환자정보는 CT Simulator를 사용하여 얻었고, 보상체 정보는 Render Plan 3-D Planning System을 통해 얻었다. Computer Controlled Milling Machine으로 알루미늄 보상체를 제작해서 보상체가 있는 경우와 없는 경우의 선량 프로파일을 측정하여 비교하였다. 측정은 폴리스티렌 팬톰 사이에 필름을 삽입하여 팬톰 내에서의 실제 선량 분포를 구하고, 필름 카셋트를 이용해서 Exit Beam Dose Profile 을 동시에 얻었다. Oblique Beam, Parallel Opposing Beam, Inhomogeneus Human Phantom에 대해 제작된 보상체가 각각 선량보상 효과가 잘 나타남을 볼 수 있었고, 이 연구에서의 성능확인 방법을 통해 보상체의 성능을 확인할 수 있었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제15권1호
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• pp.1-8
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• 2004

방사선 치료과정에서 가장 중요한 것은 환자에게 조사된 흡수선량을 검증하는 것이다. IMRT에 사용되는 방사선의 물리적 특성을 결정하고 환자에 조사된 선량분포를 검증할 수 있는 정밀한 선량 측정 장치가 필요하다. 본 연구에서 2차원 광자선의 선량검증을 위해 만들어진 BInS (Beam Intensity Scanner)에 관하여 논의한다. BInS에 있는 Scintillator는 광자선이나 전자선에 조사되면 형광을 발생하는 Gd$_2$O$_2$S:Tb를 주성분으로 한다. Scintillator에서 발생된 형광은 디지털 비디오카메라에 의해 수집되어 디지털 신호로 바뀌고 자체 제작한 소프트웨어에 의해 분석되며 상대적인 선량 분포가 3차원 그림으로 표시된다. BInS가 IMRT에서 사용가능한지를 알아보기 위하여 치료에 관련된 몇 가지 측정을 하였다. IMRT의 주요 작동방식 중의 하나인 SMLC (static multileaf collimator) 방식에서는, leaf들의 동작을 통제하여 만들어지는 여러 개의 정적 조사면적(static portal)을 통하여 IMB (intensity modulated beam)이 만들어진다. 따라서 여러 개의 정적 조사면적이 연달아 맞닿아 있는 경우, 연속된 두 조사면적의 경계면에서 penumbra와 산란된 광자들이 겹쳐지고 따라서 hot spot이 생기게 된다. 이와 같이 SMLC 방식에서 나타나는 inter-step hot spot들의 존재를 BInS를 이용하여 측정하여 가시화하였고 또한 그것들을 제거하는 실험적 방법도 제시하였다. IMRT에서 사용되는 다른 주요한 작동방식인 DMLC (dynamic multileaf collimator)는 광자선이나 전자선을 제어하는 leaf의 작동방식이 다르기 때문에 SMLC 방식과는 다른 특성을 보인다. 따라서 BInS를 이용하여 SMLC와 DMLC 방식에 의해 실제로 target에 투사된 선량을 측정 비교하였다. 비록 같은 선량을 target 부위에 투사하기로 계획했을지라도, 실제로는 산란된 광자와 전자들 때문에 DMLC 방식에 의한 선량이 SMLC 방식에 의한 선량보다 14.8%나 큰 것으로 측정되었다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제25권4호
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• pp.249-260
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• 2007

목적: 국내에서 시행되고 있는 세기변조 방사선 치료(IMRT)의 품질 향상을 위하여, 우편으로 시행하는 원격 품질보증 시스템을 개발하고, 이 시스템의 정확성 확인에 이어서, 국내 의료기관에서 타당성을 검증한다. 대상 및 방법: 원격 품질 보증 시스템은 두경부 팬톰과 IMRT의 치료계획 지침을 포함하는 사용자 설명서로 구성되어 있다. 두경부 용 팬톰은 내부에 CT영상에서 분별이 가능한 모사 치료표적(target)과 3개의 위험장기(좌, 우 이하선, 척추)를 포함하고 있으며, 각 모사 장기의 중심에서 열형광 소자(TLD)를 삽입하여 흡수 선량을 측정하도록 구성되어있다. 또한 2차원상의 선량분포를 확인 가능하도록 Gafchromic@EBT 필름을 2개의 평면에 삽입하도록 고안하였다. 고안된 팬톰과 사용자 설명서를 국내의 4개 기관에 보내어, 팬톰에 대한 IMRT치료계획을 수행하고 치료를 시행하였다. 치료계획 시 예측된 치료표적과 위험장기 내의 각 TLD에서 예측되는 절대 선량과 TLD의 측정값을 비교하였고, 횡단면에서 면의 중심을 지나는 2개의 직교하는 수평선과 수직선상에서 예측되는 상대적인 선량분포 값과 실제 측정값을 비교하였다. 결 과: 치료 표적에서의 선량측정 값은 모두 치료계획시의 예측값과 3% 오차 안에서 일치하였으나(평균오차, 1.5%), 좌우 이하선에 해당하는 위험장기에서는 최소 3.3%최대 19.8%의 차이를 보였다. 척추에 해당하는 위험장기에서의 오차의 범위는 $0.7{\sim}1.4%$였다. 2차원 선량분포는 3개 기관에 대한 자료를 분석하였는데, 직선상에서 예측 값과 5%이상의 차이를 보이는 비율이 수평선에서는 $7{\sim}27%$, 수직선상에서는 $7{\sim}14%$였다. 결 론: 본 연구에서 개발한 IMRT치료의 원격 품질보증 시스템과 사용자 설명서는 국내 시행이 가능한 상태로 판단된다. 그러나, 시행 시에 치료표적에서의 오차는 크지 않을 것으로 예상이 되지만, 위험장기에서의 오차는 클 것으로 예상되며, 이에 대한 방안이 마련돼야 할 것이며, 또한 임상의 중요성과 연관해 의미 있는 2차원 선량분포의 기준 마련이 요구된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제24권2호
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• pp.127-132
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• 2013

환자 호흡할 때 흉 복부 내부에 있는 장기의 위치는 주기적으로 변한다. 이에 따라 방사선치료 동안 종양에 대한 선량불확도가 발생하게 되며, 불확도를 줄이기 위한 여러 방사선치료방법이 제시되고 있다. 호흡연동방사선치료는 특정 위상 또는 진폭에만 방사선을 조사하는 방법으로 불필요한 피폭선량은 줄일 수 있는 장점이 있지만 긴 치료 시간과 노력이 필요하다는 단점이 있다. 호흡연동방사선치료 중 회전세기조절방사선치료(respiratory gated Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)는 다른 호흡연동치료시스템에 비해 치료 시간이 짧다는 장점이 있기 때문에 본 연구는 respiratory gated VMAT 치료 선량의 정확성을 검증하여 임상 적용의 적절성을 평가하고자 한다. 본 연구는 총 6개의 VMAT 치료계획(Eclipse, ver. 8.6, Palo Alto, USA)을 토대로 수행되었으며, 각각의 치료계획은 AAA 알고리즘을 이용해서 선량이 계산되었다. 환자의 호흡운동을 구현하기 위해 환자 테이블 위에 1차원운동팬텀이 사용되었으며, 영상 기반 추적 시스템(Real-time Position Management, RPM, Varian Medical Systems, Palo Alto, USA)을 통해 운동 주기 신호를 획득하였다. 또한, 2차원-이온함-배열(MatriXX, IBA, Germany) 측정기를 이용하여 특정 호흡 신호 위상에 따른 전달 선량을 측정하였다. 측정된 선량과 치료 계획된 선량을 정성적인 분석을 위해 상용화되어 있는 선량분석용 프로그램(I'mRT, IBA, Germany)을 통해 2차원 선량분포를 0에서 1사이의 감마지표(Gamma index) 비교 결과 모든 케이스에서 97% 이상의 일치함을 확인하였다. 따라서 호흡연동 회전세기조절 방사선치료는 호흡연동방사선치료의 단점인 시간적인 제약을 일정 부분 해소할 수 있었으며 2차원 선량분포 비교 결과 오차값 3%이내의 정확도에서 환자정도관리 수준을 만족하였고 임상적용이 가능함을 확인하였다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제31권2호
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• pp.183-188
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• 2008

본 연구의 목적은 방사선치료용 선형가속기의 품질관리를 수행하기 위한 2차원이온전리함배열의 유용성을 검증하기 위함이다. 물팬톰과 필름으로 수행하던 기존의 품질관리 방법을 2차원이온전리함배열(MatriXX, Wellhofer Dosimetrie, Germany)을 이용하여 유용성을 검증하였다. MatriXX는 1,020개의 평판형 전리함(용적: $0.08\;cm^3$, 직경: 4.5mm, 높이: 5mm, 배열간격: 7.62mm)이 일정한 간격으로 $24{\times}24\;cm^2$의 면적에 배열 되어있다. MatriXX의 유용성을 검증하기 위해 연속된 5개월에 걸쳐 선량균등도, 에너지($TPR_{20,10}$), 그리고 절대 선량을 측정하여 물팬톰과 $0.65\;cm^3$ (FC65G, Wellhofer Dosimetrie, Germany) Farmer형 이온전리함을 통해 얻은 값과 비교, 분석하였다. MatriXX 측정 시 폴리스틸렌 고체 팬톰(${\rho}:\;1.18\;g/cm^3$)을 이용하였으며, MatriXX 고유의 커버 물질의 밀도와 두께(${\rho}:\;1.06\;g/cm^3$, t: 0.36 cm)를 물과 등가의 값으로 환산하여 적용하였다. 또한, 기하학적 점검을 위한 예비실험에서 콜리메이터의 회전축과 하프빔의 접합부를 필름측정의 결과와 비교하였다. 선량계측학적 실험 결과, MatriXX로 얻은 데이터와 물팬톰의 결과가 모든 항목에서 ${\pm}1%$ 이내의 일치를 보였다. 기하학 품질관리의 예비 실험 결과 기존의 필름방식과 유사한 결과를 얻었으며, 기하학적 품질관리의 정량적 분석 가능성을 제시하였다. 본 연구를 통해 주기적인 선형가속기의 품질관리에서 물팬톰과 필름을 대체할 수 있는 MatriXX의 유용성을 확인하였으며, 향후 비용절감과 시간과 인력을 절감할 수 있는 품질관리의 새로운 방법을 제시하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권1호
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• pp.113-119
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• 2010

GafChromic EBT2 필름 dosimetry에 필요한 품질 관리용 소프트웨어를 개발하였다. 개발한 프로그램에서는 EBT2 필름특성에 맞게 붉은색, 초록색, 파란색 및 회색 채널에 따른 필름 교정이 가능하도록 하였다. 또한 평판형 스캐너의 빛의 산란 효과나 필름 내 방사선에 반응하는 물질(active layer)의 두께 차이가 선량 검증에 미치는 영향을 평가할 수 있도록 하였다. EBT2 필름을 이용한 측정 결과는 방사선 치료계획 시스템, ECLIPSE 또는 2차원 이온 전리함 배열의 선량 값과 비교할 수 있다. 개발한 소프트웨어를 이용한 GafChromic EBT2 필름의 선량 검증은 파일 입력, 잡음 제거, 배경 보정(background) 및 반응 물질 보정(active layer correction), 선량 계산 및 평가 단계를 통해서 이루어진다. 절대적 또는 상대적 배경 보정 방법을 선택적으로 적용할 수 있으며 필름 교정 결과 및 교정 곡선에 대한 적합식(fitting equation)은 결과 파일로 출력할 수 있다. 선량 행렬의 화소 크기 조정을 위한 보간법, 대화식 영상 이동 및 회전 기능을 이용하여 선량 행렬 간 구조적 위치를 일치시킨 후, 빔 측면도(beam profile) 및 등선량곡선(isodose curve)을 비교할 수 있다. 또한 거리 및 선량 차이에 대한 허용값을 적용하여 gamma index 및 gamma histogram을 이용한 선량 분석이 가능하다. 60도 동적 쐐기 조사면과 전립선 세기조절방사선치료의 조사면을 이용하여 개발한 소프트웨어의 기초 성능 평가를 수행하였을 때, 동적 쐐기 조사면에서 ECLIPSE와 EBT2 필름 간 절대적 빔 측면도는 3% 오차 범위 내에서 일치하였다. EBT2 필름을 이용한 두 종류의 선량 검증 모두, 99% 이상의 영역이 3 mm, 3%의 gamma index의 평가 기준을 만족하였다. 개발한 선량 검증용 소프트웨어를 이용하여 주기적으로 수행되는 일반적인 품질관리뿐만 아니라 빔의 세기가 조절된 복잡한 조사면의 품질관리에도 활용할 수 있으며, Radiochromic 필름을 이용한 선량 평가에 필요한 유용한 분석 툴을 제공할 수 있다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권3호
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• pp.128-138
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• 2014

여닫이형 방사선 치료에서, 잔여 움직임으로 인하여 방사선은 실직적인 질병의 부위 뿐만이 아니라 주변 정상조직까지 투여 되도록 되어 있다. 비록 표적이 방사선 투여 중 움직이지만, 방사선이 최소한도로 실질적인 부위 (임상적 표적 체적)에 조사되기를 원한다. 본 연구의 목적은 여닫이형 치료에 있어서 방사선이 실질적인 표적에 투여되는지를 검증하고, 여닫이 범위, 움직임의 정도 및 임상적 표적체적의 크기의 변화에 따라, 표적및 주변 조직에 투여되는 방사선의 경향을 연구하는 데 있다. 이 목적을 달성하기 위하여, 실험 및 이론적인 연구를 고안하여 수행하였다. 직육각형 및 피라미드형의 표적 체적을 내포하는 팬텀을 만들어 움직이며 4차원 영상을 얻었다. 여러 여닫이 범위를 얻어진 영상에 적용하여 치료계획용 내부표적(표적체적 및 내부 움직임범위포함)을 만들었다. 직육각형 표적에는 전통적인 치료계획을 그리고 피라미드형 표적에는 세기 변조형 치료계획을 세웠다. 평판형 다이오드에 치료계획에서 얻어진 여닫이형 방사선을 수직으로 조사하여 실험적으로 선량평가를 수행하였고 또한 움직이는 상황에서 선량투여를 전산적으로 모사하였다. 본 연구는 두 표적에 대한 반음영 영역의 확장 및 움직임으로 인하여 방해 받았으나 확실하게 수행된 표적 선량투여 그리고 주변 조직에 투여된 상당량의 선량등을 수반하는 잔여움직임의 영향을 정량적으로 그리고 해석적으로 분석하였다. 선량-체적 히스토그램 분석에 따르면, 내부표적에는 여닫이 범위 또는 움직임 정도가 감소함에 따라 또한 표적체적이 증가함에 따라 선량이 증가함을 보였고, 내부 움직임 범위에 해당하는 체적에 대하여는 여닫이 범위 또는 움직임 정도가 감소함에 따라 선량이 증가하였고, 마지막으로 주변 정상조직에 대하여는, 내부 움직임 범위와는 반대의 경향을 보였다. 본 연구는 잔여움직임의 영향에 대하여 확실한 이해를 주었고 호흡행태가 재생되는한 불연속적인 투여과 표적의 움직임에도 불구하고 여당이형 방사선 치료는 안전함을 입증하였다. 본연구에서 수반된 절차와 전산적 모델은 여닫이형 치료의 시작점 검증, 주기적인 품질관리 및 환자별 검증에 사용될 수 있다. 환자별 영상에 선량을 재구성하는 방향으로 추후 연구가 필요하다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권2호
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• pp.100-109
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• 2014

정위신체방사선치료(SBRT)에서 환자의 호흡에 대한 정확한 치료위치의 확보는 필수적으로 고려되어야 하며 그 정확성에 관련하여 많은 연구들이 진행되어왔다. 본 연구에서는 실제 호흡에 의한 움직임과 실제 환자 폐의 형태를 고려한 팬텀실험으로 실제 치료에서 일어나는 임상적 상황을 모사함으로 호흡 동조 부피적조절회전 방사선치료(Volumeric Modulated Arc Therapy, VMAT) 기법을 이용한 폐부 SBRT의 정확성을 분석하는 방법을 제시하고자 하였다. SBRT을 받은 폐암 환자의 CT 영상을 기반으로 3D 프린터를 이용하여 치료부위와 유사하게 폐 팬텀을 제작하였고 환자 호흡과 동일하게 움직임을 재현할 수 있도록 $QUASAR^{TM}$ 호흡 동조 구동 팬텀(Modus Medical Devices, London, Canada)에 장착하여 호흡동조 VMAT에서의 2차원 선량 분포를 평가할 수 있는 시스템을 구축하였다. 폐 팬텀은 종양부위를 중심으로 2등분하여 EBT3 필름을 삽입하고 선량분포를 측정할 수 있도록 제작되었다. 비균질 조건에서의 선량계산의 정확성을 확인하기 위하여 균질한 플라스틱 팬텀과 제작된 비균질 폐 팬텀에서 Analytical Anisotropic Algorithm (AAA)와 AcurosXB (AXB) 두가지 알고리즘으로 선량계산을 하여 비교, 분석하였다. 움직임에 대한 치료의 정확성을 평가하기 위하여 호흡동조와 비 호흡동조의 경우, 그리고 움직임이 없는 조건에서 선량분포를 취득하여 치료계획 선량에 대한 감마지표를 분석하였다. 치료부위 GTV에서의 CT number는 실제 환자의 경우 78 HU를 나타내었고 모사된 폐 팬텀의 경우 92 HU를 나타내었다. 팬텀 내 폐 조직부분은 3D프린터로 적층하는 과정에서 격자구조의 형태를 이용하여 구현하였다. 측정된 필름선량은 AAA 알고리즘을 이용한 치료계획 선량에 대하여 움직이는 팬텀에서 호흡동조의 유무에 따라 3%/3 mm 감마지표 조건하에서 각각 88%와 78%의 감마합격률을 나타내었으며, 움직임이 없는 경우 95% 이상의 감마합격률을 보였다. AXB 알고리즘을 적용하였을 경우에는 모든 경우에서 98% 이상의 합격률을 나타내었다. 균질한 플라스틱 팬텀에 대하여 측정하였을 때 두가지 선량계산 알고리즘을 포함한 모든 조건에서 99% 이상의 감마합격률을 나타내었다. 선택된 환자의 호흡 진폭이 비교적 작고 inhale보다는 exhale에 더 오래 머무르는 호흡패턴 때문에 3%/3 mm 감마 기준에서는 호흡에 따른 차이가 거의 나타나지 않은 것으로 이해되었다. 선량계산의 정확성에서는 AAA 알고리즘을 적용하였을 때보다 AXB 알고리즘을 적용하였을 때가 균질과 비균질 환경에서의 선량 분포에 따른 감마 합격률의 차이가 적게 나타남을 확인 할 수 있었다. 본 논문에서는 환자와 유사하게 제작된 폐 팬텀에 실제 환자 호흡 패턴을 연동함으로 새로운 4D 치료선량 분포 검증 방법을 제시하였고 보다 사실적인 선량분포를 반영한 개별 환자 치료의 정확성 검증이 가능할 것으로 평가되었다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제26권2호
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• pp.93-99
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• 2001

해부학적으로 단순한 수학적인형팬텀의 한계를 극복하기 위한 voxel 머리팬텀을 제작하고 BNCT(Boron Neutron Capture Therapy) 시행 시 선량분포를 계산하였다. 일반목적 몬테칼로 코드인 MCNP4B의 반복구조 알고리즘을 이용하여 voxel 몬테칼로 계산체계를 수립하였고 두 가지 물질로 구성된 예시적 voxel 팬텀과 기하체조합팬텀의 계산값 비교를 통해 계산체계를 검증하였다. 미국 NLM(National Library of Medicine)에서 제공하는 VHP man 인체단층사진에 대한 분할 및 색인작업을 통해 voxel 머리팬텀을 제작하여 AP 및 PA 방향에서 입사하는 넓고 평행한 광자 및 중성자빔에 대한 선량값을 MIRD 팬텀의 계산값과 비교한 결과 중성자빔 AP 방향조사 시 MIRD 팬텀에서는 볼 수 없는 안구로 인한 중성자 감쇠현상을 확인할 수 있었다. 3차원 정밀계산이 필요한 BNCT 시술시 선량분포계산을 위해 뇌 중앙에 직경 5cm의 구형 뇌종양 체적을 정의하고 뇌와 종양의 붕소 함량을 조정하여 10keV 및 40keV 상부입사 중성자에 의한 장기별 흡수선량을 계산한 결과 종양에 $30{\mu}g/g$, 정상세포에 $3{\mu}g/g$의 붕소를 주입한 경우 붕소함량이 없을 때에 비해 2배 가량 큰 선량을 보였다. 본 연구를 통해 voxel몬테칼로기법을 이용한 선량평가체계를 수립하였고 정밀한 선량계산을 필요로 하는 치료방사선분야 선량계산에 실제 인체에 가까운 voxel팬텀의 응용가능성을 제시하였다.