• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제47권1호
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• pp.50-57
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• 2022

Background: There are several proton therapy facilities in operation or planned in Taiwan, and these facilities are anticipated to not only treat cancer but also provide beam services to the industry or academia. The simplified approach based on the Monte Carlo-based data sets (source terms and attenuation lengths) with the point-source line-of-sight approximation is friendly in the design stage of the proton therapy facilities because it is intuitive and easy to use. The purpose of this study is to expand the Monte Carlo-based data sets to allow the simplified approach to cover the application of proton beams more widely. Materials and Methods: In this work, the MCNP6 Monte Carlo code was used in three simulations to achieve the purpose, including the neutron yield calculation, Monte Carlo-based data sets generation, and dose assessment in simple cases to demonstrate the effectiveness of the generated data sets. Results and Discussion: The consistent comparison of the simplified approach and Monte Carlo simulation results show the effectiveness and advantage of applying the data set to a quick shielding design and conservative dose assessment for proton therapy facilities. Conclusion: This study has expanded the existing Monte Carlo-based data set to allow the simplified approach method to be used for dose assessment or shielding design for beam services in proton therapy facilities. It should be noted that the default model of the MCNP6 is no longer the Bertini model but the CEM (cascade-exciton model), therefore, the results of the simplified approach will be more conservative when it was used to do the double confirmation of the final shielding design.

• 방사선산업학회지
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• 제6권3호
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• pp.223-229
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• 2012

In this study, we investigated the biological damage and stress responses induced by ion beam (proton beam) irradiation as a basis for the development of protective measures against space radiation. We examined the biological effects of proton beam produced by MC-50 cyclotron at KIRAMS on the cultured cells and mice. The proton beam energy used in this study was 34.9 MeV and the absorption dose rate for cells and mice were $0.509Gy\;sec^{-1}$ and $0.65Gy\;sec^{-1}$, respectively. The cell survival rates measured by plating efficiency showed the different sensitivity and dose-relationship between CHO cells and Balb/3T3 cells. HGPRT gene mutation frequency in Balb/3T3 was $15{\times}10^{-6}Gy^{-1}$, which was similar to the reported value of X-ray. When stress signaling proteins were examined in Balb/3T3 cells, $I{\kappa}B-{\alpha}$ decreased markedly whereas p53, phospho-p53, and Rb increased after proton beam irradiation, which implied that the stress signaling pathways were activated by proton beam irradiation. In addition, cellular senescence was induced in IMR-90 cells. In the experiments with C57BL/6 mouse, the immune cells (white blood cells, lymphocytes) in the peripheral blood were greatly reduced following proton beam irradiation whereas red blood cells and platelets showed relatively little change. These results can be utilized as basic data for studying the biological effects of proton beam using MC-50 cyclotron with respect to proton therapy research as well as space radiation research.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권2호
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• pp.97-105
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• 2009

물 흡수선량표준을 기반으로 하는 선량측정 프로토콜에서는 전자선의 선질결정 지표는 $R_{50}$이며, 선량측정의 정확성을 향상시키기 위하여 전자선의 기준 에너지가 $R_{50}$>7 $g/cm^2$ (E${\gtrsim}$16 MeV)인 고에너지 전자선에서 표준기관에 소급성이 있는 원통형이온함의 물흡수선량교정계수을 이용한 평행평판형이온함의 교차교정을 권고하고 있다. 그러나 이러한 조건을 만족하는 고에너지 전자선은 모든 치료기관에서 보유하기가 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 평행평판형이온함의 교차교정 시 16 MeV 이상의 고 에너지 전자선뿐 아니라 12 MeV 이하의 전자선 에너지에서 얻은 평행평판형이온함의 교정계수를 이용하여 선량차이를 각각 비교하였다. 전자선 선량측정은 PTW 30013, Wellhofer FC65G의 Farmer형 원통형이온함과 PTW 34001, Wellhofer PPC40의 Roos형 평행평판형이온함을 이용하였으며 물팬텀내 기준깊이 $Z_{ret}=0.6R_{50}-0.1$(cm)에 원통형이온함과 평행평판형이온함을 같은 위치에 놓고 교차교정을 실시하였다. 교차교정 선질 20 MeV에서 결정된 교정계수를 적용한 물 흡수선량과 전자선에너지 12, 16 MeV에서의 물 흡수선량 차이는 0.2% 이내로 비교적 잘 일치하는 연구결과를 보였다. 그러므로 교차교정 선질 차이에 의한 흡수선량 값 상호 비교한 결과는 측정 불확도내에서 잘 일치하고 있어 각 기관에서 보유하고 있는 의료용가속기의 최고 전자선 선질에서의 교차교정도 유효하다고 사료된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제22권1호
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• pp.47-51
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• 2010

목 적: 고 에너지 양성자치료에 있어서 Air gap (환자와 Beam 사출구 사이의 거리)의 변화는 Lateral Penumbra의 증가로 불필요한 조사야를 형성할 수 있고, 치료부위에서 최대선량 증가와 최소선량 감소로 선량분포의 균질성을 저하시킬 수 있다. 이에 Air gap 변화에 따른 선량분포에 대해 비교, 연구해 보고자 한다. 대상 및 방법: 본원에서 양성자치료를 받은 Lung, Liver 환자 6명을 선정하여 크기가 다른 조사야 A와 조사야 B에서 Air gap을 2, 4, 6, 8, 10 cm로 설정하여 Proton external beam planning system을 통해 치료계획을 세웠다. Air gap에 따른 Lateral Penumbra 영역 및 DVH (Dose Volume Histogram)를 비교하고 PCTV영역의 최대선량 및 최소선량 값을 비교하였다. 또한 PCTV내에 선량의 균질성을 알기 위하여 Homogeneity index값을 비교, 분석하였다. 결 과: 각각의 조사야에서 Air gap의 변화(2, 4, 6, 8, 10 cm)에 따른 Lateral Penumbra영역을 분석한 결과 조사야 A에서 Air gap 2~10 cm변화에 따라 평균 1.36~1.75 cm까지 약 28.7%가 지속적으로 증가하였고 조사야 B에서 평균 1.36~1.79 cm까지 약 31.6%가 지속적으로 증가하였다. DVH를 분석한 결과 최대선량의 상대선량 백분율은 Air gap 2~10 cm일 때 평균 108.1%에서 평균 110.3%까지 약 2.03%가 지속적으로 증가하였고 최소선량의 상대선량 백분율은 평균 93.9%에서 평균 90.8%까지 약 3.31%가 지속적으로 감소하였다. Homogeneity index값은 평균 Air gap 2~10 cm까지 1.09~2.6으로 2배 이상 증가하였다. 결 론: 양성자 치료에 있어서 Air gap이 증가함에 따라 Lateral Penumbra 영역이 증가함을 알 수 있었고, 치료부위에서 최대선량 값의 증가와 최소선량 값의 감소로 인하여 Homogeneity index값이 증가함으로써 PCTV내에 Beam의 균질성이 떨어지는 것을 알 수 있었다. 이에 추후 양성자치료시 Air gap을 줄이기 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제27권4호
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• pp.267-271
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• 2016

In this study, we present the commissioning and validation results of a dedicated scanning nozzle. The dedicated scanning nozzle is installed in one of the two gantry treatment rooms at Samsung Proton Therapy Center. Following a successful completion of the acceptance test, the commissioning process including the beam data measurement for treatment planning system has been conducted. Extended measurements have been conducted as a validation of the clinical performance of the nozzle and various quality assurance protocols have been prepared.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제28권4호
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• pp.207-217
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• 2017

For effective patient treatment in proton therapy, it is therefore important to accurately measure the beam range. For measuring beam range, various researchers determine the beam range by measuring the prompt gammas generated during nuclear reactions of protons with materials. However, the accuracy of the beam range determination can be lowered in heterogeneous phantoms, because of the differences with respect to the prompt gamma production depending on the properties of the material. In this research, to improve the beam range determination in a heterogeneous phantom, we derived a formula to correct the prompt-gamma distribution using the ratio of the prompt gamma production, stopping power, and density obtained for each material. Then, the prompt-gamma distributions were acquired by a multi-slit prompt-gamma camera on various kinds of heterogeneous phantoms using a Geant4 Monte Carlo simulation, and the deduced formula was applied to the prompt-gamma distributions. For the case involving the phantom having bone-equivalent material in the soft tissue-equivalent material, it was confirmed that compared to the actual range, the determined ranges were relatively accurate both before and after correction. In the case of a phantom having the lung-equivalent material in the soft tissue-equivalent material, although the maximum error before correction was 18.7 mm, the difference was very large. However, when the correction method was applied, the accuracy was significantly improved by a maximum error of 4.1 mm. Moreover, for a phantom that was constructed based on CT data, after applying the calibration method, the beam range could be generally determined within an error of 2.5 mm. Simulation results confirmed the potential to determine the beam range with high accuracy in heterogeneous phantoms by applying the proposed correction method. In future, these methods will be verified by performing experiments using a therapeutic proton beam.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.154-156
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• 2002

Brachytherapy has a long history in the treatment of cancer. However, the treatment planning technique for brachytherapy has lagged somewhat behind the corresponding developments for external beam therapy as far as the imaging technique is concerned. Currently, the orthogonal-film-based treatment planning is performed at most institutions even though the CT-based planning is available. The aim of this study is to evaluate the CT-based vs. the orthogonal-film-based treatment planning in cervix cancer. The doses to point A, point B, rectum and bladder points according to ICRU 38 were calculated for the two methods above. In addition, the volumetric studies such as 3D dose computation and DVH were obtained for the CT-based planning. For the bulky tumor, the isodose lines of point A prescription were not fairly covered for the CTV. The CT -based dose planning can overestimate the maximum dose delivered to bladder and rectum by 30%. The CT-based planning has several advantages over the orthogonal-film-based such as 3D dose display, DVH, and more accurate target delineation. It is suggested that the prescription point in cervix cancer be revised especially for the bulky tumor.

• 대한방사선방어학회:학술대회논문집
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• 대한방사선방어학회 2011년도 추계 학술발표회 및 심포지엄
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• pp.368-369
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• 2011

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권2호
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• pp.149-155
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• 2012

목 적: 폐, 복부의 양성자 치료 시 사용되는 Long Extension (LE)은 Supporting bar에 의한 치료 면적의 제한이 있고, 후사방향의 빔에서 Collision으로 인해 치료 계획 시 다양한 갠트리 각도의 제한을 발생시키며 에어갭(Air gap, 환자와 Beam 사출구 사이의 거리)을 증가시킨다. 이에 본 연구는 본원에서 자체 제작한 Rounded Extension (RE)을 LE과 비교 평가하여 양성자 치료시 최적의 Extension을 적용하는데 그 목적이 있다. 대상 및 방법: LE과 RE의 구조적 특징을 비교하고, Snout size (${\varnothing}100$, ${\varnothing}180$, ${\varnothing}250$)별 이용 가능한 갠트리 각도를 알아보았다. 그리고 Humanoid phantom을 놓고 CT모의촬영을 하였다. CT영상을 통해 후사방향에서 에어갭의 차이를 알아보았다. 결 과: 두 Extension의 구조적 특징을 비교해 본 결과, Supporting bar의 유무로 인하여 LE은 유효한 가로축 길이가 40 cm이며, RE은 50 cm임을 알 수 있었다. 각 Extension의 Snout size (${\varnothing}100$, ${\varnothing}180$,${\varnothing}250$)별 이용 가능한 갠트리 각도, 에어갭의 차이를 분석한 결과는 다음과 같다. LE은 180도 기준에서 평균 ${\pm}36$도이며, RE은 평균 ${\pm}70$도로 나타났다. 그리고 RE은 동일 갠트리 각도에서 LE에 비해 에어갭이 평균 11.30 cm 감소하는 것을 알 수 있었다. 결 론: 자체 제작한 양성자 치료용 RE은 LE에 비해 치료 면적 및 이용 가능한 갠트리 각도 범위가 더 넓고 후사방향의 빔에서 에어갭을 줄임으로서 폐, 복부의 양성자 치료 시 더 유용하게 사용될 것이다. 그러나 조사범위가 큰 치료영역에서 측방향의 빔을 사용할 때는 오히려 에어갭이 커질 수 있으므로 차후 보완이 필요할 것으로 사료된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제25권2호
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• pp.153-158
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• 2013

목 적: 전립선암 양성자치료 시 Double Scattering mode (DS)와 Pencil Beam Scanning mode (PBS)에서의 Dose-volume histograms (DVHs)를 분석하여, Conformity Number (CN), Homogeneity indexes (HI)와 선량 별 정상장기의 %Volume을 구하여 선량적합성과 정상장기 보호효과를 비교 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 양성자치료를 받은 9명의 전립선암 환자를 대상으로 Eclipse proton external beam planning system을 사용해 일일선량 2.5 Gy씩 28회, 총 70 Gy가 PTV에 95%가 들어가도록 치료계획을 세웠다. 치료 계획된 DS와 PBS 각각의 DVHs로 PTV의 CN과 HI을 구하여 비교하고 정상장기에 들어가는 선량별 %Volume을 비교하였다. 결 과: PTV의 평균 CN은 DS $0.68{\pm}0.07$에서, PBS $0.79{\pm}0.01$로 16.63% 증가하였다. 평균 HI는 DS $0.12{\pm}0.03$에서, PBS $0.09{\pm}0.01$로 -22.66% 감소하였다. 직장을 제외한 전 관찰자의 모든 정상장기에서 DS보다 PBS에서 들어가는 %Volume이 감소하였고, PBS에서 평균 왼쪽 대퇴골 두에 30 Gy 이상 들어가는 %Volume이 -79.93%로 가장 많이 감소하였으며, 평균 직장에 70 Gy 이상 들어가는 %Volume이 -3.03%로 가장 적게 감소하였다. 결 론: 따라서 전립선암 환자 양성자 치료 시 PBS가 DS보다 선량 적합성에 도달하는데 효과적이며, 정상장기에 들어가는 불필요한 선량을 낮추는데 좋고 특히 대퇴골 두에 들어가는 불필요한 저 선량을 감소시키는데 탁월한 것으로 사료된다.