Change of Proton Bragg Peak by Variation of Material Thickness in Head Phantom using Geant4

• 영문명: Geant4 전산모사를 이용한 두개골 팬텀의 물질 두께 변동에 따른 양성자 브래그 피크의 위치 변화
• 발행기관: 한국방사선학회
• 저자명: 김유미(You Me Kim) 천권수(Kwon Su Chon)
• 간행물 정보: 『한국방사선학회 논문지』 제15권 제4호, 401~408쪽, 전체 8쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2021.08.30

국문 초록

양성자 치료는 방사선치료 중 하나로 브래그 피크로 알려진 물리적 특성을 활용한 방법이다. 양성자 치료계획 수립 시 주로 전산화단층촬영(CT)의 인체 횡단면 영상이 사용되고 있다. CT는 사용되는 관전압에 따라 HU가 변하게 되며 이는 구조물의 경계, 두께 변화로 이어진다. 본 연구는 Geant4를 이용하여 복합 물질로 구성된 두개골 팬텀에서 두께 변화에 따른 뇌 영역의 브래그 곡선의 변화를 살펴보았다. 먼저, 단일 물질로 구성된 팬텀에서 매질의 종류와 양성자의 입사에너지에 따른 브래그 곡선을 측정하여 Geant4 계산결과의 신뢰성을 확보하였다. 두개골 팬텀의 각 두께를 변동하였을 때 뇌 영역에서 발생하는 피크의 위치 변화를 측정하였다. 연부조직의 두께를 변화하였을 때 피크의 위치 변화는 나타나지 않았으며, 피부의 두께를 변화하였을 때 피크의 변화는 적었으며, 주로 뼈의 두께를 변화할 때 피크의 위치 변화가 나타났다. 또한 뼈를 단독으로 변화하였을 때와 뼈를 다른 조직과 함께 변화하였을 때 피크의 위치 변화량은 동일하였다. 뼈의 정확한 두께 측정이 방사선치료계획의 선량-깊이 분포 예측에 주요 인자 중 하나임을 확인하였다.

영문 초록

Proton therapy using the Bragg peak is one of the radiation therapies and can deliver its maximum energy to the tumor with giving least energy for normal tissue. A cross-sectional image of the human body taken with the computed tomography (CT) has been used for radiation therapy planning. The HU values change according to the tube voltage, which lead to the change in the boundary and thickness of the anatomical structure on the CT image. This study examined the changes in the Bragg peak of the brain region according to the thickness variation in the head phantom composed of several materials using the Geant4. In the phantom composed of a single material, the Bragg peak according to the type of media and the incident energy of the proton beams were calculated, and the reliability of Geant4 code was verified by the Bragg peak. The variation of the peak in the brain region was examined when each thickness of the head phantom was changed. When the thickness of the soft tissue was changed, there was no change in the peak position, and for the skin the change in the peak was small. The change of the peak position was mainly changed when the bone thickness. In particular, when the bone was changed only or the bone was changed together with other tissues, the amount of change in the peak position was the same. It is considered that measurement of the accurate bone thickness in CT images is one of the key factors in depth-dose distribution of the radiation therapy planning.

목차

Ⅰ. INTRODUCTION

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

Ⅲ. RESULTS

Ⅳ. DISCUSSIONS

Ⅴ. CONCLUSIONS

키워드

양성자 치료 브래그 피크 몬테카를로 전산모사 Geant4 Proton Therapy Bragg Peak Monte Carlo Simulation Geant4