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  • [Med Phys.] Feasibility study of patient-specific energy verification using a multilayer acrylic-disk radiation sensor 멀티 아크릴 디스크 방사선 센서를 이용한 환자 치료 검증 연구

    한양의대 / 손재만, 신동호, 라정은*

  • 출처
    Med Phys.
  • 등재일
    2020 Jun 14. doi: 10.1002/mp.14326. Online ahea
  • 저널이슈번호
  • 내용

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    Abstract
    Purpose: Obtaining an integral depth-dose (IDD) curve using a recently developed acrylic-disk radiation sensor (ADRS) is time-consuming because its single structure requires point-by-point measurements in a water phantom. The goal of this study was to verify the ability of a newly designed multilayer ADRS, composed of 20 layers, to measure the energy of proton pencil beam scanning (PBS) in patient-specific quality assurance (QA).

    Materials and methods: The multilayer ADRS consisted of a disk-type transmitter, with a diameter of 15 cm and with a thickness of 1 mm, surrounded by a thin optical fiber; this ADRS provided a higher spatial resolution than the single ADRS, which was 2 mm. The dosimetric characteristics of the multilayer ADRS were determined to accurately measure the energy delivered layer-by-layer. We selected five patients to verify the energy measured using the multilayer ADRS from the actual clinical proton therapy plans. The accuracy of the results measured using the multilayer ADRS was compared with that of measurements by a Bragg peak ionization chamber (IC) and that calculated by a Monte Carlo TOPAS simulation.

    Results: The difference between the multilayer ADRS measurements and those of the TOPAS simulation was within 1% for all patients. The ranges, corresponding to the beam energies for each patient, measured using the multilayer ADRS were closer to those calculated using the TOPAS simulation than those measured using the Bragg peak IC.

    Conclusions: The multilayer ADRS is well suited to verifying the energy of a pencil beam. The acrylic materials used in its configuration make this device easier to use and more cost-effective than conventional detectors. This device, with its high extensibility and stability, may be applicable as a new dosimetry tool for PBS.

     

     

    Affiliations

    Jaeman Son  1 , Dongho Shin  2 , Taeho Kim  2 , Sukwon Park  3 , Jeong-Eun Rah  3
    1 SNUH Heavy Ion Medical Accelerator of Gijang, Department of Radiation Oncology, Seoul National University Hospital, Seoul, 03080, Korea.
    2 Proton Therapy Center, National Cancer Center, Goyang, 10408, Korea.
    3 Department of Radiation Oncology, Myongji Hospital, Hanyang University College of Medicine, Goyang, 10475, Korea.

  • 키워드
    acrylic-disk radiation sensor; energy measurement; pencil beam scanning.
  • 편집위원

    본 연구는 양성자 또는 중입자용으로 정밀한 에너지 분해능을 가지는 검출기 개발 연구로서 임상적인 수용에 대한 정확한 대응하는 연구 결과입니다.

    2020-12-02 11:23:57

  • 편집위원2

    본 논문은 양성자 펜슬빔의 integral depth-dose (IDD)를 효과적으로 측정하기 위하여 20개 층으로 구성된 다층형 ADRS(acrylic-disk radiation sensor, 아크릴-디스크 방사선 센서) 시스템을 개발하였으며, 이 시스템은 얇은 광섬유로 둘러싸인 직경 15 cm, 두께 1 mm의 디스크형 송신기로 구성되어 있고 기존 단일 ADRS 측정시스템에 비해 두께를 2 mm에서 1 mm로 개선하여 보다 높은 해상도를 제공하고 있다. 실제 양성자치료 환자 5명에 대하여 측정된 에너지를 검증하기 위하여 다층 ADRS를 사용하여 측정된 값과 Bragg peak 이온전리함(IC)의 측정값, 그리고 Monte Carlo TOPAS 시뮬레이션으로 계산된 값을 비교한 결과는 다층 ADRS 측정과 TOPAS 시뮬레이션의 차이는 모든 환자에서 1% 이내로 일치하였다. 다층 ADRS를 사용하여 측정한 각 환자의 빔 에너지에 해당하는 에너지는 브래그 피크 이온전리함(IC)을 사용하여 측정한 에너지보다 TOPAS 시뮬레이션을 사용하여 계산한 에너지에 더 근접한 값을 나타났다. 그러므로 본 연구에서 개발된 다층 ADRS 시스템은 양성자치료 펜슬빔의 에너지를 검증하는데 적합하고 기존의 검출기보다 사용하기 용이하고 비용 대비 효율성도 좋고 높은 확장성과 안정성을 갖추고 있어 환자 맞춤형 품질관리 향상에 유익할 것으로 기대되는 연구라고 사료된다.

    2020-12-02 11:24:26

  • 편집위원3

    광섬유나 섬광섬유를 이용하여 양성자빔의 비정을 측정하는 기술이 국내에서 오랜 동안 연구되어져 온 것으로 기억한다. 과거 산란방식의 양성자빔 치료시에는 작은 광섬유로도 측정이 가능하였으나 주사빔 방식에서는 펜슬빔의 양성자빔이 주사되므로 얇은 디스크형태의 광섬유물질이 필요한데, 이 논문에서는 이를 훌륭히 구현해 낸 것으로 보인다. 이제 국내의 기술의 수준도 많이 향상된 것으로 보인다.

    2020-12-02 11:24:46

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