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서환 화
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1 Original Article PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, Development of Two-dimensional Prompt-gamma Measurement System for Verification of Proton Dose Distribution Jong Hoon Park*, Han Rim Lee*, Chan Hyeong Kim*, Sung Hun Kim*, Seonghoon Kim, Se Byeong Lee *Department of Nuclear Engineering, Hanyang University, Department of Radiation Oncology, Hanyang University Hospital, Seoul, Proton Therapy Center, National Cancer Center, Goyang, Korea In proton therapy, verification of proton dose distribution is important to treat cancer precisely and to enhance patients safety. To verify proton dose distribution, in a previous study, our team incorporated a vertically-aligned one-dimensional array detection system. We measured 2D prompt-gamma distribution moving the developed detection system in the longitudinal direction and verified similarity between 2D prompt-gamma distribution and 2D proton dose distribution. In the present, we have developed two-dimension prompt-gamma measurement system consisted of a 2D parallel-hole collimator, 2D array-type NaI(Tl) scintillators, and multi-anode PMT (MA-PMT) to measure 2D prompt-gamma distribution in real time. The developed measurement system was tested with 22 Na (0.511 and MeV) and 137 Cs (0.662 MeV) gamma sources, and the energy resolutions of 0.511, and MeV were 10.9%±0.23p%, 9.8%±0.18p% and 6.4%±0.24p%, respectively. Further, the energy resolution of the high gamma energy (3.416 MeV) of double escape peak from Am-Be source was 11.4%±3.6p%. To estimate the performance of the developed measurement system, we measured 2D prompt-gamma distribution generated by PMMA phantom irradiated with 45 MeV proton beam of 0.5 na. As a result of comparing a EBT film result, 2D prompt-gamma distribution measured for protons is similar to 2D proton dose distribution. In addition, the 45 MeV estimated beam range by profile distribution of 2D prompt gamma distribution was 17.0±0.4 mm and was intimately related with the proton beam range of 17.4 mm. Key Words: Proton therapy, 2D proton dose distribution, Two-dimension prompt-gamma measurement system 서 양성자치료는기존방사선치료와비교하였을때같은처방선량을치료부위에전달하면서정상조직의불필요한방사선량을유의하게줄일수있다는장점이있다. 1,2) 하지만치료계획시 CT영상의 Hounsfield unit을양성자저지능 (proton stopping power) 으로변환할때발생하는오차, 환자 This research was supported by National Nuclear R&D program through the National Reasearch Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education Science and Technology (No. 2014M2B2A , 2012-K001146) and also by ETRI R&D Program (Development of particle beam range verification technology based on prompt gamma-ray measurements, 15ZC1810). Received 2 March 2015, Revised 12 March 2015, Accepted 18 March 2015 Correspondence: Chan Hyeong Kim (chkim@hanyang.ac.kr) Tel: , Fax: cc This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 론 치료위치의불확실성에서발생하는오차, 치료중호흡에의한내부장기의위치변화와장기적인치료로인한환자신체일부의변화로발생하는오차등으로인하여환자체내의양성자빔의선량분포또는비정의불확실성이발생하게된다. 이렇게체내양성자빔의선량분포를정확하게알지못할경우치료계획시스템에서계획한선량을정확하게전달할수없기때문에현재양성자치료시설에서는환자의안전을고려하여치료부위주변에추가적인 PTV ( 치료계획목표체적 ) 마진을두어치료를진행하고있다. 3) 따라서양성자빔의장점을최대한활용하기위해서는치료중인체내양성자빔의선량분포를실시간으로측정하는기술개발이필수적이다. 4) 양성자빔은인체내에서완전히에너지를전달하고흡수되기때문에양성자빔의분포를출구선량측정으로내부선량을예측하는것은불가능하다. 이에인체내매질과양성자빔과의핵반응으로생성된양전자방출체에서발생한양전자가쌍소멸하는위치를측정하는방식인 Positron emission tomography (PET) 영상법이제안되었다. 5) PET 영

PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 상법은양전자방출체에서생성된양전자가전자와반응하여발생한소멸감마선 (annihilation radiation) 을체외에서검출하여단층촬영영상을만들며, 이영상을통해양성자빔의선량분포를확인한다.

2 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 상법은양전자방출체에서생성된양전자가전자와반응하여발생한소멸감마선 (annihilation radiation) 을체외에서검출하여단층촬영영상을만들며, 이영상을통해양성자빔의선량분포를확인한다. 하지만핵반응으로생성되는양전자방출체의반감기가길기때문에 PET 영상법을이용하여생성분포를실시간으로확인하는것이적합하지않으며, 양성자빔의선량분포와양전자방출체의생성위치의연관성이떨어진다는문제가있다. 6) 다른방법으로는양성자빔과인체내매질과핵반응하여발생한즉발감마선을측정하여양성자빔의선량분포를간접적으로확인하는방법이있다. 7) 즉발감마선은양전자방출체보다양성자빔에의한선량분포와연관성이크며, 실시간으로측정이가능하다는장점이있다. 7) 현재즉발감마선분포를측정하기위해집속장치기법, 8,9) 컴프턴산란기법, 10,11) Gamma Electron Vertex Imaging (GEVI) 기법 12) 등을기반으로한측정장치가개발되고있지만현재까지임상에적용되지못하고있다. 본연구팀은즉발감마선이차원분포를측정하기위해지난연구에서일차원종형으 로배열된집속장치와 CsI(Tl) 섬광체검출기로구성된시스템을개발하였으며, 개발된장치를이용하여스캔방식으로즉발감마선의이차원분포를측정하여, 양성자빔의선량분포를모니터링할수있음을확인하였다. 13) 본연구에서는지난연구를바탕으로즉발감마선의이차원분포를실시간으로측정하기위하여이차원배열의섬광검출기와최적화된평행다공형집속장치 14) 로이루어진측정시스템을개발하였다. 개발한즉발감마선이차원분포측정장치의성능을테스트하기위해 22 Na와 137 Cs 감마선원의에너지스펙트럼을측정하였으며이를바탕으로에너지분해능을평가하였다. 또한, Am-Be 선원을사용하여고에너지감마선 (4.448 MeV) 에대한측정장치성능을평가하였다. 최종적으로개발한측정장치를사용하여 45 MeV 양성자빔이 PMMA 팬텀에서반응하여발생한즉발감마선의이차원분포를측정하는연구를수행하였으며, 측정된이차원분포를바탕으로양성자빔의비정도결정하였다. Fig. 1. Development of two-dimension prompt-gamma measurement system consisted of multichannel signal processing device, 2D array-type NaI(Tl) scintillators, 2D photo sensors, pallel-holes collimator and data acquisition system

3 Jong Hoon Park, et al:development of Two-dimensional Prompt-gamma Measurement System for Verification of Proton Dose Distribution 재료및방법 1. 즉발감마선이차원분포측정장치개발양성자빔과매질과의핵반응으로발생하는즉발감마선의이차원분포를측정하기위해평행다공형집속장치, 이차원배열의 NaI(Tl) 섬광체, 이차원광센서, 다채널신호처리장치와데이터획득시스템으로이루어진즉발감마선이차원분포측정장치를개발하였다 (Fig. 1). 평행다공형집속장치는텅스텐블록 3개를연결하여 mm 3 ( 높이 폭 길이 ) 크기로제작하였다. 하나의텅스텐블록에는면적이 4 4 mm 2 인구멍이 8 8 배열로뚫려있으며, 격벽의두께는 2 mm이다. 이차원배열의 NaI(Tl) 섬광체는 mm 3 크기를갖는 64개 NaI(Tl) 섬광체 (Saint- Gobain, France) 를평행다공형집속장치와동일하게배열하여제작하였다. 섬광체내에서발생하는빛을효과적으로수집하기위해광센서와연결되는부분을제외한섬광체의표면을반사페인트를이용하여처리하였다. 이차원광센서는 Hamamatsu 사의 H8500 모델인 multi-anode PMT (MA- PMT) 를사용하였으며, 이차원배열의 NaI(Tl) 섬광체와광결합하여즉발감마선이차원분포를측정하기위한검출장치를제작하였다. 검출장치에서발생하는다채널의신호를효과적으로처리하기위해 multi-anode PMT head-amp unit (80190, Clear- Pulse Co., Ltd., Japan) 을사용하였다. 본신호처리장치는 MA-PMT에서발생하는 64채널의검출기신호를독립적으로처리하며, 외관의크기가 MA-PMT의크기와같기때문에소형화된측정시스템구성이가능하며향후장치의확장이용이하다는장점이있다. 본장치는 MA-PMT 각채널에서발생한검출신호를처리하기위해전하민감형전치증폭기, 성형증폭기, 샘플홀드회로, 트리거회로, ADC (analog to digital converter, 12 bit) 로구성되어있으며, 64개의신호채널중어느하나의채널에서트리거레벨이상의유의한신호가발생하면 64개의검출기신호를출력한다. 신호처리장치에서발생한디지털신호를 PC를이용하여획득하기위해본연구에서는데이터처리장치 (80109, Clear-Pulse Co. Ltd, Japan), PCI (peripheral component interconnect) 기반의인터페이스장치 (PCI-DIO-32Hs, National Instruments, USA) 와 LabVIEW 프로그램기반의데이터획득시스템을구성하였다. 데이터처리장치는 PC에장착된인터페이스장치와다채널신호처리장치를연결해주며, 신호처리장치제어및검출기신호를획득하는역할을한 다. PCI 기반의인터페이스장치는데이터처리장치에서획득한신호를 PC로전송하기위한디지털 I/O 장치로써 32개의디지털입력 / 출력단자로구성되며, 최대샘플링속도는 20 MHz이고최대데이터전송속도는 76 MB/s이다. 획득된디지털신호로부터각검출기채널에서측정된에너지스펙트럼정보를확인하고이차원영상을획득하기위해 LabVIEW를사용하여데이터획득프로그램을구현하였다. 2. 즉발감마선이차원분포측정장치테스트개발한측정장치를테스트하기위해저에너지감마선원의에너지스펙트럼을측정하였으며, 이를바탕으로에너지분해능을평가하였다. MA-PMT에서신호가충분히증폭될수있도록 -750 V의바이어스전압을공급해주었다. 검출기의 64채널에서발생하는신호를처리하기위해아노드트리거를사용하였으며, fast shaper의트리거가발생하는시간과 slow shaper에서발생한신호의상승시간 (5 μs) 차이를고려하여트리거발생후 3.44 μs 이후에샘플홀드회로의홀드모드가활성화되도록설정하였다. 에너지스펙트럼과선원의위치를측정하기위해사용한감마선원은 22 Na (0.511, MeV) 와 137 Cs (0.662 MeV) 이었으며, 총 64개의검출기중하나의검출기에만감마선이반응할수있도록평행다공형집속장치를이용하였다. 선원의방사능은 22 Na 선원이 3.15 μci이였고, 137 Cs 선원이 9.05 μci이었다. 에너지스펙트럼은 10분간측정하였으며, 측정된선원의반응위치를확인하기위해측정한에너지스펙트럼에서하안과상한에너지를 22 Na의경우 0.5, 1.4 MeV로, 137 Cs의경우 0.6, 0.72 MeV로설정하여감마선원의이차원영상을가시화하였다. 그리고저에너지감마선원뿐만아니라고에너지감마선원에서측정장치를테스트하기위해 MeV의감마선을발생하는 Am-Be (4.7 Ci) 선원을사용하였으며, 집속장치가제거된측정장치를선원에서 30 cm 떨어진지점에위치시킨후 90분동안에너지스펙트럼을측정하였다. 측정된결과를바탕으로 MeV 의감마선에의해발생하는감마선피크의에너지분해능을평가하였다. 앞서측정한저에너지와고에너지선원에서얻은피크를사용하여에너지교정을수행하였고, 이를바탕으로양성자빔에서발생하는즉발감마선측정실험시중성자및배경감마선을줄이기위한검출기의측정하한에너지를설정하였다. 하나의검출기가아닌여러채널의검출기를이용하여선원의이차원분포를가시화하기위해서는추가로각각의

4 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 검출기측정효율을고려하기위한효율맵을만들어야한다. 본연구에서는감마선카운트를바탕으로 64채널검출기를위한효율맵을만들어주었다. 먼저, 64개의검출기에동시에동일한방사선을조사하기위해집속장치를제거한후측정장치로부터충분히멀리떨어진 50 cm에서 137 Cs 선원의에너지스펙트럼을측정하였고, 각채널에서측정한 MeV 피크의면적을계산하여측정효율맵을만들었다. 3. 양성자빔에대한즉발감마선이차원분포측정장치성능평가 양성자빔에대한즉발감마선이차원분포측정장치성능을평가하기위해한국원자력의학원의 45 MeV 양성자빔을사용하여즉발감마선의이차원분포를측정하는실험을수행하였다. 빔노즐로부터 30 cm 떨어진지점에 PMMA 팬텀 ( cm 3 ) 을위치시켰으며, 팬텀표면에서부터 5 cm 떨어진지점에개발한측정장치를위치시켰다. 빔노즐쪽에서발생하는배경방사선을줄여주기위해빔노즐쪽에는 10 cm 두께의납벽돌을이용하여차폐를하였으며, 다른부분은 5 cm 두께의납벽돌을사용하여배경방사선에의한영향을줄여주었다 (Fig. 2). 즉발감마선이차원분포가실제양성자빔의선량분포와유사한지확인하기위하여 EBT 필름을사용하여 45 MeV 양성자빔의선량분포를측정하였다. 0.5 na 세기의 45 MeV 양성자빔을 PMMA에전달한후발생하는즉발감마선이차원분포를본연구에서개발한 Fig. 2. Experiment setting in 45 MeV proton beam utility facilities. 즉발감마선이차원분포측정장치를이용하여측정하였다. 먼저충분한양성자빔을조사하여측정장치로측정한즉발감마선분포를 EBT 필름에서측정한양성자빔의선량분포와유사한지비교하여두분포가유사한지확인하였다. 이차원분포를획득하기위해필요한최소양성자수를확인하기위해 의양성자수에서측정한즉발감마선이차원분포를기준으로양성자수를줄여가면서 , , , , 양성자수에대하여즉발감마선이차원분포를측정하는연구를수행하였다. 측정한이차원분포측정결과를바탕으로양성자빔의비정도결정할수있는지확인하는연구를수행하였다. 양성자빔의실제비정과즉발감마선이차원분포측정장치를통하여얻은비정을비교하기위해 개의양성자빔을조사하여발생하는즉발감마선분포를측정하는실험을 10회반복수행하였다. 측정된즉발감마선이차원분포를통하여정량적으로비정을결정하기위해매측정시얻어진즉발감마선이차원분포의프로파일분포에 sigmoidal curve fitting을적용하여양성자빔의비정을결정하였다. 결과및고찰 1. 즉발감마선이차원분포측정장치테스트 Fig. 3은선원의위치를변화시켜가면서 MA-PMT의특정한채널에서측정한 22 Na 감마선원의에너지스펙트럼과이차원영상을보여주고있다. 각위치에서 10분동안에너지스펙트럼을측정한결과, MeV 및 MeV 에너지피크의평균에너지분해능은각각 10.9%±0.23p%, 6.4%±0.24p% 임을확인하였다. 또한 137 Cs 선원도위의실험과같이위치를변화시키면서감마선에너지스펙트럼과이차원영상을측정하였다 (Fig. 4). 10분동안에너지스펙트럼을측정하여에너지분해능을계산한결과 MeV 피크의평균에너지분해능은 9.8%±0.18p% 로평가되었다. 두결과에서각선원의위치와이차원영상을보면이차원영상과선원의위치가거의일치하는것을확인할수있었으며, 22 Na 선원을측정한경우 137 Cs 선원보다주변검출기에서많은감마선이측정되는것은 MeV 감마선이산란되어주변검출기에에너지를전달하였기때문이다. 지난연구에서개발한일차원종형배열된집속장치와 CsI (Tl) 섬광체검출기로구성된시스템의에너지분해능과비교하면, 지난연구에서개발한측정장치의에너지분해능은 24.6% (0.511 MeV), 6.5% (1.275 MeV), 22.5% (

5 Jong Hoon Park, et al:development of Two-dimensional Prompt-gamma Measurement System for Verification of Proton Dose Distribution Fig. 3. Energy spectra and position of 22 Na gamma source measured by two-dimension prompt-gamma measurement system

448 MeV의감마선의전에너지피크는확인되지않았으며, double escape 피크에해당하는 3.416 MeV 피크만을확인할수있었다. 개발한측 Fig. 4.

6 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 MeV) 13) 로본연구에서개발한측정장치의에너지분해능이더우수한것을확인하였다. Fig. 5는양성자선량장치를이용하여측정한 Am-Be 선원의에너지스펙트럼결과이다. 본연구에서사용한섬광 체는 mm 3 크기로고에너지감마선을완전히흡수하기에는다소작기때문에 MeV의감마선의전에너지피크는확인되지않았으며, double escape 피크에해당하는 MeV 피크만을확인할수있었다. 개발한측 Fig. 4. Energy spectra and position of 137 Cs gamma source measured by two-dimension prompt-gamma measurement system

7 Jong Hoon Park, et al:development of Two-dimensional Prompt-gamma Measurement System for Verification of Proton Dose Distribution Fig. 5. Energy spectra of Am-Be source measured by two-dimension prompt-gamma measurement system. Fig. 6. Efficiency map of two-dimension prompt-gamma measurement system with 137 Cs gamma source. 정장치를이용하여측정한 MeV 피크에대한전검출채널의평균에너지분해능은 11.4%±0.45p% 이었다. 이를바탕으로, 본연구에서는양성자선량분포와유사한연관성을갖으면서발생효율이높은 4.44 MeV의즉발감마선을측정하면서, 중성자에의한저에너지감마선의영향을최소화하기위한측정하한에너지를 3 MeV로설정하였다. Fig. 6은각채널에서측정한 137 Cs 선원의 MeV 피크의면적을계산하여얻어진측정장치의효율맵을보여준다. 측정효율이가장높은채널의값을 100으로정하고다른채널의값은측정효율이가장높은채널에대한상대적인값을적용하였다. 주로외각에위치한채널에서높은값을가졌으며, 중앙의값이상대적으로외각보다낮은 측정효율을보이는것을확인하였다. 그이유는중앙에있을수록섬광체에서발생한빛이퍼지면서주변검출기에영향을주어상대적으로낮은검출효율을갖는것을확인하였다. 이렇게얻어진검출기의효율맵을바탕으로각채널의효율보정을위한보정맵을계산하였고, 보정맵은효율맵의역수값으로서각채널에서계측된감마선수에서이를나누어주어각채널의효율을보정하였다. 2. 양성자빔에대한즉발감마선이차원분포측정장치성능평가 Fig. 7은 EBT 필름으로측정한 45 MeV 양성자빔의선량분포와 개의양성자빔이조사되는동안측정한즉발감마선이차원분포영상과 EBT 필름으로측정한 per

PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No.

Proton dose distribution with EBT film (left)

and prompt gamma 2D distribution (right). Fig. 8.

8 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, 2015 Fig. 7. Proton dose distribution with EBT film (left) and image registration between EBT film result and prompt gamma 2D distribution (right). Fig. 8. Two-dimension images of prompt gamma rays measured by two-dimension prompt-gamma measurement system with 45 MeV proton beam of 0.5 na. cent depth dose (PDD) 를정합한결과이다. 이때 PDD의값은안쪽에서부터 90%, 80%, 70%, 60% 이다. 영상정합의결과를보면 EBT로측정한양성자선량분포와 개의양성자수가조사되는동안측정한즉발감마선이차원분포 가유사한관계가있는것을확인하였다. 즉발감마선의분포가양성자빔의선량분포보다앞쪽에서많이발생하는것을확인할수있었는데이는즉발감마선을발생시키는핵반응이일어나기위해서는문턱에너지가필요하기때문

9 Jong Hoon Park, et al:development of Two-dimensional Prompt-gamma Measurement System for Verification of Proton Dose Distribution 결 론 Fig. 9. Prompt-gamma profile distribution with 45 MeV proton beam measured for protons and sigmoidal curve fitting. 에문턱에너지에해당하는만큼비정의앞부분에서즉발감마선이많이발생하기때문이다. 3) 즉발감마선이빔의폭보다넓게퍼진이유는즉발감마선의에너지가높아집속장치를뚫고다른검출기에반응했거나물팬텀과콜리메이터에의해산란되어발생한위치의검출기가아닌다른검출기에반응을했기때문이다. 또한, 즉발감마선의에너지가높아섬광체에완전히흡수되지못하고산란되어주변검출기에영향을준것도그이유중하나이다. Fig. 8은시간을변경해가면서양성자빔과 PMMA 팬텀과반응하여발생한즉발감마선의이차원분포를측정한결과이다. 양성자수를줄여가면서측정한결과 개의양성자빔이조사되어얻어진분포는 개의양성자빔이조사되는동안측정한결과와유사한분포를갖는것을확인하였다 개의양성자빔이조사되어측정한경우에는측정된즉발감마선수가부족하여제대로된양성자빔의선량분포를확인할수없었다. Fig. 9는개발한즉발감마선이차원분포측정장치를사용하여 개의양성자빔이조사되었을때측정한즉발감마선프로파일분포이다. 이프로파일분포에 sigmoidal curve fitting을적용하여 10회측정한데이터의비정을평가한결과양성자빔의평균비정은 17.0 mm이었으며, 표준편차는 0.4 mm로평가되었다. PMMA 팬텀에삽입한 EBT 필름에의해평가된양성자빔의실제비정은 17.4 mm이었다. 이를통해본연구에서개발한양성자선량장치가재현성을가지고양성자빔의비정도정확하게결정할수있음을확인하였다. 본연구에서는즉발감마선이차원분포측정을통해양성자선량분포를간접적으로확인하여양성자치료시환자의안전을제고하고자즉발감마선이차원분포측정장치를개발하였으며, 장치의성능을평가하기위해 45 MeV 양성자빔에서개발한측정장치를이용하여즉발감마선의이차원분포를측정하는실험을수행하였다. 본연구에서측정한즉발감마선이차원분포와양성자빔의선량분포가연관성이있음을확인하였으며, 빔의분포를실시간으로모니터링하는것이가능할것으로기대한다. 또한측정된이차원분포측정결과를바탕으로양성자빔의비정을평가해보았으며, 그결과 45 MeV 양성자빔의비정을정확하게결정할수있음을확인하였다. 본연구결과를바탕으로추후에치료용양성자빔에대해서도개발한측정장치를이용하여빔의선량분포를모니터링하는동시에빔의비정을결정하는연구를수행할것이다. References 1. Schardt D, Elsässer T, Schulz-Ertner D: Heavy-ion tumor therapy: Physical and radiobiological benefits. Rev. Mod. Phys. 82: (2010) 2. Wilson R: Radiological use of fast protons. Radiology. 47: (1946) 3. Paganetti H: Range uncertainties in proton therapy and the role of Monte Carlo simulations. Phys. Med. Biol. 57:R99-R117 (2012) 4. Knopf AC, Lomax A: In vivo proton range verification: a review. Phys. Med. Biol. 58:R131-R160 (2012) 5. Oelfke U, Lam G K Y, Atkins M S: Proton dose monitoring with PET: quantitative studies in Lucite. Phys. Med. Biol. 41: (1996) 6. Moteabbed M, Espana S, Paganetti H: Monte Carlo patient study on the comparison of prompt gamma and PET imaging for range verification in proton therapy. Phys. Med. Biol. 56: (2011) 7. Min CH, Kim CH, Youn MY, Kim JW: Prompt gamma measurements for locating the dose fall-off region in the proton therapy. Appl. Phys. Lett. 89: (2006) 8. Bom V, Joulaeizadeh L, Beekman F: Real-time prompt gamma monitoring in spot-scanning proton therapy using imaging through a knife-edge-shaped slit. Phys. Med. Biol. 57: (2012) 9. Smeets J, Roellinghoff F, Prieels D, Stichelbaut F, Benilov A, Busca P, Fiorini C, Peloso R, Basilavecchia M, Frizzi T, Dehaes JC, Dubus A: Prompt gamma imaging with a slit camera for real-time range control in proton therapy. Phys. Med. Biol. 57: (2012)

10 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 1, March, Mackin D, Peterson S, Beddar S, Polf J: Evaluation of a stochastic reconstruction algorithm for use in Compton camera imaging and beam range verification from secondary gamma emission during proton therapy. Phys. Med. Biol. 57: (2012) 11. Kurosawa S, Kubo H, Ueno K, Kabuki S, Iwaki S, Takahashi M, Taniue K, Higashi N, Miuchi K, Tanimori T, Kim D, Kim J: Prompt gamma detection for range verification in proton therapy. Curr. Appl. Phys. 12: (2012) 12. Kim CH, Park JH, Seo H, Lee HR: Gamma electron vertex imaing and application to beam range verification in proton therapy. Med. Phys. 39: (2012) 13. Lee HR, Park JH, Kim HS, Kim CH, Kim SH: Two-dimensional measurement of the prompt-gamma distribution for proton dose distribution monitoring. J. Korean Phys. Soc. 63(7): (2013) 14. Lee HR, Min CH, Park JH, Kim SH, Kim CH: Study on optimization of detection system of prompt gamma distribution for proton dose verification. Prog. Med. Phys. 23(3): (2012) 이차원양성자선량분포확인을위한즉발감마선이차원분포측정장치개발 * 한양대학교원자력공학과, 한양대학교병원방사선종양학과, 국립암센터양성자치료센터 박종훈 * ㆍ이한림 * ㆍ김찬형 * ㆍ김성훈 * ㆍ김성훈 ㆍ이세병 양성자치료시양성자빔을사용하여정밀한치료를수행하고환자의안전을제고하기위해서는인체내양성자빔의선량분포를확인하는것이중요하다. 이를위해본연구팀은이전연구에서 1차원배열형검출기를종형으로배치하여빔진행방향으로이동시켜가면서 2차원적인즉발감마선분포를측정하여양성자선량분포와유사한분포를갖는것을확인하였다. 본연구에서는이를바탕으로즉발감마선이차원분포를실시간으로측정하기위해이차원평행다공형집속장치, 이차원배열의 NaI(Tl) 섬광체와 MA-PMT로이루어진즉발감마선이차원분포측정장치를개발하였다. 개발한즉발감마선이차원분포측정장치의성능을평가한결과 22 Na 감마선원의에너지분해능은 10.9%±0.23p% (0.511 MeV) 와 6.4%±0.24p% (1.275 MeV) 로평가되었으며, 137 Cs은 9.8%±0.18p% (0.662 MeV) 로평가되었다. 고에너지 Am-Be 선원의 double escape 피크인 MeV의에너지분해능은 11.4%±3.6p% 로평가되었다. 본측정장치를이용하여 45 MeV 양성자빔을 PMMA에조사하여발생한즉발감마선이차원분포를측정한결과 0.5 na의세기의양성자빔에서 양성자조사시양성자선량분포와유사한즉발감마선이차원분포를측정할수있음을확인하였다. 추가로측정한즉발감마선이차원분포의프로파일분포를이용하여양성자빔의비정을평가해본결과 17.0±0.4 mm로평가되었고, 실제비정인 17.4 mm과굉장히밀접한관련이있음을확인하였다. 중심단어 : 양성자치료, 이차원양성자선량분포, 즉발감마선이차원분포측정장치

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<3032C0CCC7D1B8B24F4B2E687770> 논문 양성자빔선량분포검증을위한감마꼭지점영상장치의양면실리콘스트립검출기신호처리모듈개발 이한림 *, 박종훈 *, 김재현 *, 정원균, 김찬형 * * 한양대학교원자력공학과, 한국원자력의학원중입자임상연구부 2014 년 3 월 12 일접수 / 2014 년 4 월 22 일 1 차수정 / 2014 년 6 월 2 일 2 차수정 / 2014 년 6 월 4 일채택 최근, 인체내양성자빔의선량분포를검증하기위해새로운개념의영상기법인감마꼭지점영상