• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권7호
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• pp.2614-2624
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• 2022

Monte Carlo simulations were used to model a portable Neutron backscattering (NBT) sensor suitable for detecting plastic anti-personnel mines (APMs) buried in dry and moist soils. The model consists of a 100 MBq ²⁵²Cf source encapsulated in a neutron reflector/shield assembly and centered between two ³He detectors. Multi-parameter optimization was performed to investigate the efficiency of Be/Zr(BH₄)₄ and Be/Be(BH₄)₂ assemblies in terms of increasing the signal-to-background (S/B) ratio and reducing the total dose equivalent rate. The MCNP results showed that 2 cm Be/3 cm Zr(BH₄)₄ and 2 cm Be/3 cm Be(BH₄)₂ are the optimal configurations. However, due to portability requirements and abundance of Be, the ²⁵²Cf-2 cm Be/3 cm Be(BH₄)₂ NBT model was selected to scan the center of APM buried 3 cm deep in dry and moist soils. The selected NBT model has positively identified the APM with a S/B ratio of 886 for dry soils of 1 wt% hydrogen content and with S/B ratios of 615, 398, 86, and 12 for the moist soils containing 4, 6, 10, and 14 wt% hydrogen, respectively. The total dose equivalent rate reached 0.0031 mSv/h, suggesting a work load of 8 h/day for 806 days within the permissible annual dose limit of 20 mSv.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제38권1호
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• pp.51-61
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• 2015

모든 방사선 검사는 검사를 결정하고 실행하는 과정에서 정당성이 확보되어야하고 피폭선량과 영상의 화질에 대한 최적화가 이루어져야 할 뿐만 아니라 ALARA의 원칙에 따라 최소의 방사선을 사용하여 최적의 임상 정보를 얻을 수 있어야 한다. CT 검사는 방사선 검사 중에서 많은 피폭을 환자에게 조사하는 검사이다. 특히 방사선 민감도가 높은 소아 환자의 CT 검사 있어서는 특별한 주의가 필요하다. 임상에서 CT선량에 대한 정확한 이해와 정보는 환자에게 불필요한 방사선 피폭을 줄이고 안전한 검사를 제공하기 위해 절대적으로 필요하다. 이에 본 연구에서는 여러 선행 연구의 고찰을 통하여 CT의 피폭선량에 대한 개념을 확인하고 CT장치의 선량 저감화를 위한 각 파라미터의 이해와 American Association of Physicists in Medicine (AAPM)report 204에서 소개하고 있는 환자의 사이즈에 따른 피폭선량의 보정방법인 Size-Specific Dose Estimates(SSDE)와 XR 25의 개념을 이해하고자 한다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.150-153
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• 2002

High dose rate (HDR) brachytherapy in the treatment of cervix carcinoma has become popular, because it eliminated many of the problems with conventional brachytherapy. In order to improve clinical effectiveness with HDR brachytherapy, dose calculation algorithm, optimization procedures, and image registrations should be verified by comparing the dose distributions from a planning computer and those from a humanoid phantom irradiated. Therefore, the humanoid phantom should be designed such that the dose distributions could be quantitatively evaluated by utilizing the dosimeters with high spatial resolution. Therefore, the small size of thermoluminescent dosimeter (TLD) chips with the dimension of 1/8" and film dosimetry with spatial resolution of <1mm used to measure the radiation dosages in the phantom. The humanoid phantom called a pelvic phantom is made of water and tissue-equivalent acrylic plates. In order to firmly hold the HDR applicators in the water phantom, the applicators are inserted into the grooves of the applicator supporters. The dose distributions around the applicators, such as Point A and B, can be measured by placing a series of TLD chips (TLD-to- TLD distance: 5mm) in three TLD holders, and placing three verification films in orthogonal planes.

• Radiation Oncology Journal
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• 제38권2호
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• pp.138-147
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• 2020

Purpose: To evaluate the dosimetric variations in patients of head and neck cancer treated with definitive or adjuvant radiotherapy using optimized non-coplanar (ncVMAT) beams with coplanar (cVMAT) beams using volumetric arc therapy. Materials and Methods: Twenty-two patients of head and neck cancer that had received radiotherapy using VMAT in our department were retrospectively analyzed. Each of the patients was planned using coplanar and non-coplanar orientations using an optimized couch angle and fluences. We analyzed the Conformity Index (C_IRTOG), Dose Homogeneity Index (DHI), Heterogeneity Index (HI_RTOG), low dose volume, target and organs-at-risk coverage in both the plans without changing planning optimization parameters. Results: The prescription dose ranged from 60 Gy to 70 Gy. Using ncVMAT, C_IRTOG, DHI and HI_RTOG, and tumor coverage (ID_95%) had improved, low dose spillage volume in the body V_5Gy was increased and V_10Gy was reduced. Integral dose and intensity-modulated radiation therapy factor had increased in ncVMAT. In the case of non-coplanar beam arrangements, maximum dose (D_max) of right and left humeral head were reduced significantly whereas apex of the right and left lung mean dose were increased. Conclusion: The use of ncVMAT produced better target coverage and sparing of the shoulder and soft tissue of the neck as well as the critical organ compared with the cVMAT in patients of head and neck malignancy.

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.1001-1007
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• 2023

방사선영상검사에서 발생하는 피폭선량에 대한 선량제한이 없으므로 방사선방호를 위한 정당화와 최적화가 반드시 필요하다. 조직등가물질 볼루스를 이용하여 방사선영상검사로 인한 피폭선량을 저감하면서 동시에 영상화질을 유지할 수 있는 범위를 확인하였다. 손 후전방향 프로젝션을 기준으로 50 kVp, 5 mAs, SID 100 cm, 8×10 inch 조건으로 볼루스를 0, 3, 5, 8, 10 mm 적용하여 손 부위 입사선량과 영상의 SNR을 확인하였다. 볼루스의 두께별 손 부위 입사선량(μGy)은 각각 125.41±0.288, 106.85±0.255, 104.97±0.221, 91.68±0.299, 90.94±0.106으로 나타나 볼루스의 사용여부와 그 두께에 따라 유의한 피폭선량 감소를 보였다. 영상의 SNR은 볼루스 각 두께에서 13.997, 13.906, 12.240, 12.538, 12.548로 나타나 큰 차이를 보이지 않았다. 방사선영상검사의 종류와 검사 부위에 따라 적절한 두께와 크기의 볼루스를 사용한다면 영상화질의 저하없이 유의한 피폭선량 저감효과를 볼 수 있음을 확인하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권1호
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• pp.284-292
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• 2019

For the continuous operation of a nuclear reactor, burnt fuel needs to be replaced with fresh fuel, where appropriate (ex-vessel) fuel handling is required. Particularly for the Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) refueling, its process has unique challenges due to liquid sodium coolant. The ex-vessel spent fuel transportation should concern several design features such as the radiation shielding, decay-heat removal, and inert space separated from air. This paper proposes a new design optimization methodology of cask shielding to transport the spent fuel assembly in a prototype SFR for the first time. The Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm had been applied to design trade-offs between shielding and cask weight. The cask is designed as a double-cylinder structure to block an inert sodium region from the air-cooling space. The PSO process yielded the optimum shielding thickness of 26 cm, considering the weight as well. To confirm the shielding performance, the radiation dose of spent fuel removed at its peak burnup and after 1-year cooling was calculated. Two different fuel positions located during transportation were also investigated to consider a functional disorder in a cask drive system. This study concludes the current cask design in normal operations is satisfactory in accordance with regulatory rules.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제29권4호
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• pp.106-114
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• 2018

This study aimed to compare the performance of previous optimization algorithms against new a photon optimizer (PO) algorithm for intensity-modulated radiation therapy (IMRT) and volumetric modulated arc therapy (VMAT) plans for prostate cancer. Eighteen patients with prostate cancer were retrospectively selected and planned to receive 78 Gy in 39 fractions of the planning target volume (PTV). All plans for each patient optimized with the dose volume optimizer (DVO) and progressive resolution optimizer (PRO) algorithms for IMRT and VMAT were compared against plans optimized with the PO within Eclipse version 13.7. No interactive action was performed during optimization. Dosimetric and radiobiological indices for the PTV and organs at risk were analyzed. The monitor units (MU) per plan were recorded. Based on the plan quality for the target coverage, prostate IMRT and VMAT plans using the PO showed an improvement over DVO and PRO. In addition, the PO generally showed improvement in the tumor control probability for the PTV and normal tissue control probability for the rectum. From a technical perspective, the PO generated IMRT treatment plans with fewer MUs than DVO, whereas it produced slightly more MUs in the VMAT plan, compared with PRO. The PO showed over potentiality of DVO and PRO whenever available, although it led to more MUs in VMAT than PRO. Therefore, the PO has become the preferred choice for planning prostate IMRT and VMAT at our institution.

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.633-640
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• 2023

최근 근접 치료에서 방사선 차폐막을 사용하여 선량 분포를 변조하여 선량을 전달하는 정적 및 동적 변조 근접 치료 방법이 개발됨에 따라 새로운 방향성 빔 세기 변조 근접 치료에 적합한 역방향 치료 계획 및 치료 계획 최적화 알고리즘에서 선량 계산에 필요한 파라미터 및 데이터의 양이 증가하고 있다. 세기 변조 근접 치료는 방사선의 정확한 선량 전달이 가능하지만, 파라미터와 데이터의 양이 증가하기 때문에 선량 계산에 필요한 경과 시간이 증가한다. 본 연구에서는 선량 계산 경과 시간의 증가를 줄이기 위해 그래픽 카드 기반의 CUDA 가속 선량 계산 알고리즘을 구축하였다. 계산 과정의 가속화 방법은 관심 체적의 시스템 행렬 계산 및 선량 계산의 병렬화를 이용하여 진행하였다. 개발된 알고리즘은 모두 인텔(3.7GHz, 6코어) CPU와 단일 NVIDIA GTX 1080ti 그래픽 카드가 장착된 동일한 컴퓨팅 환경에서 수행하였으며, 선량 계산 시간은 디스크에서 데이터를 불러오고 전처리를 위한 작업 등의 추가 적으로 필요한 시간은 제외하고 선량 계산 시간만 측정하여 평가하였다. 그 결과 가속화된 알고리즘은 CPU로만 계산할 때보다 선량 계산 시간이 약 30배 단축된 것으로 나타났다. 가속화된 선량 계산 알고리즘은 적응방사선치료와 같이 매일 변화되는 어플리케이터의 움직임을 고려하여 새로운 치료 계획을 수립해야 하는 경우나 동적 변조 근접 치료와 같이 선량 계산에 변화되는 파라미터를 고려해야 하는 경우 치료 계획 수립 속도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제31권1호
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• pp.7-15
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• 2019

목 적: 본 연구에서는 lung SBRT가 적용되는 작은 계획 표적 용적(PTV)에 처방 선량이 정확히 전달되는지 실험을 통하여 알아보고자 한다. 치료계획 시스템에서 계산된 선량분포와 실험을 통하여 필름에 측정된 선량분포를 비교 분석하여 정확성을 평가해보고, 폐 실질 조직 내에서 계획 표적 용적의 margin 유용성 평가를 하고자 한다. 대상 및 방법: CT 촬영으로 얻은 Rando phantom 3D 영상의 우측 폐에 직경 2, 3, 4, 5 cm인 가상의 구 표적을 만들어 계획 표적 용적에 처방선량의 95 %가 전달될 수 있도록 6MV-FFF VMAT Arc 2개로 치료계획을 수립하였으며, Eclipse TPS와 동일한 위치에서 선량 비교하기 위해서, 필름을 가상 표적의 회전중심점에 횡단면 방향으로 삽입하고 방사선을 조사하였다. Dose profile을 Eclipse에서 획득하고, 측정값과 계산값을 비교하기 위해 Center point에서의 절대 선량값을 계산하였으며, off-axis 선량 분포를 얻어 RMSE, Coverage ratio 등 비교 인자를 통해 상대 선량 및 선량분포를 비교 분석하였다. 결 과: 직경 2, 3, 4, 5 cm 크기별로 center point에서의 %difference 값은 직경 2 cm에서 -4.65 %로 가장 차이가 큰 값을 보였고, 직경 5 cm일 때 -1.46 %로 가장 차이가 작은 값을 보였다. RMSE값은 직경 2 cm일 때 3.43으로 가장 큰 값을 보였고. 직경 5 cm일 때 2.85로써 가장 작은 값을 보였다. 표적 커버리지를 비교하기 위해 처방선량 95 %가 들어가는 용적의 길이($D_{95}$)를 구하였고, 직경 2 cm일 때, TPS와 필름에서 각각 2.02 cm, 1.86 cm로 커버리지 비율이 92 %로 나타났고 가장 큰 차이를 보였다. 또한 계획 표적 용적 100% 이내에 들어가는 평균선량($D_{mean}$)을 비교했을 때, 직경 2 cm 인 경우 측정 평균선량이 95.72 %로 가장 낮은 값을 보였다. 결 론: 본 연구에서는 실험을 통하여 작은 계획 표적 용적에 처방 선량이 충분히 전달되는지 알아보았다. 실험 결과 모든 비교 인자에서 직경 2 cm인 용적이 가장 큰 차이를 보였다. 이는 표적 용적 중심에서의 선량 감소가 주요인이라 판단된다. 따라서 선량계산 시스템에서 저밀도 조직 내의 작은 용적 치료 계획시 2 mm 이상의 마진(margin)을 더 두거나, 치료 계획 최적화(optimization)시 최대선량을 제한하지 않는 방법으로 표적 내 중심 선량을 높일 수 있을 것이라 사료된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권9호
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• pp.3150-3163
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• 2023

To improve the performance of blanket: maximizing the tritium breeding rate (TBR) for tritium self-sufficiency, and minimizing the Dose of backplate for radiation protection, most previous studies are based on manual corrections to adjust the blanket structure to achieve optimization design, but it is difficult to find an optimal structure and tends to be trapped by local optimizations as it involves multiphysics field design, which is also inefficient and time-consuming process. The artificial intelligence (AI) maybe is a potential method for the optimization design of the blanket. So, this paper aims to develop an intelligent optimization method based on an improved multi-objective NSGA-III algorithm and an adaptive BP neural network to solve these problems mentioned above. This method has been applied on optimizing the radial arrangement of a conceptual design of CFETR HCSB blanket. Finally, a series of optimal radial arrangements are obtained under the constraints that the temperature of each component of the blanket does not exceed the limit and the radial length remains unchanged, the efficiency of the blanket optimization design is significantly improved. This study will provide a clue and inspiration for the application of artificial intelligence technology in the optimization design of blanket.