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Contents

국문초록 11

ABSTRACT 13

Ⅰ. Introduction 15

A. Research content 15

B. Theoretical background 16

1. Radiation therapy 16

2. Quality assurance in radiation therapy 17

3. Measurement of radiation dose 20

4. Photoconductor 22

Ⅱ. Objectives 27

Ⅲ. Materials and Methods 28

A. Materials 28

1. Mercury(II) iodide 28

2. Lead(II) iodide 29

B. Methods 29

1. Fabrication of photoconductor dosimeter 29

2. Experimental setup 34

3. Performance evaluation of unit-cell sensor 40

4. Clinical applicability of orthogonal dosimeter 42

Ⅳ. Results 45

A. Performance evaluation n of the unit-cell sensor 45

1. Reproducibility 45

2. Linearity 47

3. Dose rate independence 49

4. PDD 52

B. Clinical applicability of the orthogonal dosimeter 54

1. Relative dose 54

2. Horizontal dose distribution 57

3. Vertical dose distribution 59

Ⅴ. Discussion 61

Ⅵ. Conclusion 64

References 65

List of Tables

Table 1. The QA Program for LINAC System 19

Table 2. Physical characteristics of each photoconductor 26

Table 3. LINAC irradiation condition 35

Table 4. Reproducibility of each pixel of the sensor at 6 MV 55

Table 5. Linearity of each pixel of the sensor at 6 MV 56

List of Figures

Figure 1. A schematic diagram of an electron hole pair produced when a photodiode is irradiated. 24

Figure 2. The relative importance of the photoelectric effect, Compton scattering, and pair production with different Z numbers... 25

Figure 3. Photoconductor unit-cell sensor fabrication schematic. 31

Figure 4. PCB Schematic for the Array Sensor Manufacturing. 33

Figure 5. Schematic of the experimental setup. 36

Figure 6. Schematic of the connections between cDAQ-9178, NI-9201, and the PCB sensor 38

Figure 7. Labview system block diagram for signal acquisition. 39

Figure 8. Reproducibility graph of the unit-cell dosimeters made of HgI₂ and PbI₂ at 6 MV. 46

Figure 9. Reproducibility graph of the unit-cell dosimeters made of HgI₂ and PbI₂ at 10 MV. 46

Figure 10. Linearity graph of the dosimeters made of HgI₂ and PbI₂ at 6 MV. 48

Figure 11. Linearity graph of the dosimeters made of HgI₂ and PbI₂ at 10 MV. 48

Figure 12. Linearity graph by dose rate of the HgI₂ dosimeter at 6 MV. 50

Figure 13. Linearity graph by dose rate of the PbI₂ dosimeter at 6 MV. 50

Figure 14. Linearity graph by dose rate of the HgI₂ dosimeter at 10 MV. 51

Figure 15. Linearity graph by dose rate of the PbI₂ dosimeter at 10 MV. 51

Figure 16. PDD graph of the HgI₂ and PbI₂ dosimeters at 6 MV. 53

Figure 17. PDD graph of the HgI₂ and PbI₂ dosimeters at 10 MV. 53

Figure 18. Reproducibility graph for each pixel of the array dosimeter at 6 MV. 55

Figure 19. Graph of linearity at each pixel of the array dosimeter at 6 MV. 56

Figure 20. Comparison of the beam profile at 6 MV with symmetry measured by the orthogonal dosimeter. 58

Figure 21. Orthogonal dosimeter PDD graph at 6 MV. 60

초록보기

목적: 임상 방사선 치료 분야는 조사선량의 정확도를 검증하기 위해, 국제적으로 권고되는 표준에 맞춰 기계적 평가와 선량 측정 평가 항목에 따른 정도 관리를 주기적으로 수행하고 있다. 이때 선량 측정 평가는 물 팬텀 내에 전리함을 고정시켜 연속적으로 조사되는 빔에 대한 점 선량을 측정하기 때문에 측정시간이 길며, 시간 단축을 위한 기능성 장치를 사용할 경우에는 심부선량백분율의 측정을 따로 진행해야 한다는 불편함이 있다. 이에 본 연구에서는 시간소모가 큰 정도관리 절차를 간소화하고, 심부선량백분율을 포함하여 상대 선량, 대칭도 등의 다양한 항목을 동시에 측정할 수 있는 멀티형 직교 선량측정시스템 개발하고 임상적용가능성을 평가하였다.

방법: 멀티형 직교 선량계를 개발하기 위하여 HgI₂ 기반의 반도체 선량계를 제작 및 평가하였다. HgI₂는 광도전체 물질로서 높은 공간분해능, 우수한 방사선흡수효율을 가지고 있어 복잡한 정도관리 프로토콜에 맞는 선량계 제작에 적합하다. 이러한 HgI₂를 가지고 수평 및 수직 선량계로 이루어진 직교선량계를 제작하여 선형가속기에서의 전기적 반응 특성을 평가하였다. 이 때, 선원 표면간 거리는 100 cm를 유지시키면서도 물 등가물질을 Build-up material로 사용하여 Dmax 지점에서의 반응 특성을 측정하였다. 광도전체를 적용한 검출기의 특성을 파악하기 위하여 unit cell 형태의 센서로 재현성, 선형성, 선량룰 비의존성 평가가 이루어졌으며, 심부선량백분율을 포함하여 상대 선량과 대칭도의 동시 측정이 가능한 멀티형 직교 선량계의 임상 적용가능성을 검증하고자 수평 및 선량분포 및 수직방향 선량분포를 평가하였다.

결과: 재현성 평가결과, 상대표준편차가 1.5% 이하로 매우 높은 정밀도를 보여준다. 선형성 평가에서 모든 결정계수가 0.9990 이상으로 높은 정확도와 선형성을 확인하였다. 선량률 비의존성 평가에서는 100, 200, 400 MU/min의 선량률에서 100MU를 기준으로 정규화된 값은 1% 이하의 변동계수 값을 보여주었다. 수평방향 선량분포는 6 MV의 빔 프로파일과 일치하는 경향성을 보여주었으며, 수직방향 선량분포는 6 MV에서 thimble chamber의 심부선량백분율 그래프와 유사한 경항성을 보였다.

결론: 본 연구에서는 복잡한 선량측정 정도관리 절차를 간소화할 수 있는 광도전체 기반의 멀티형 직교 선량계를 개발하였고 임상적용가능성을 평가하여 고속화 선량측정시스템을 검증하고자 하였다. 평가 결과 제작된 멀티형 직교 선량계는 심부선량백분율, 상대 선량, 대칭도를 측정하기에 적합한 성능을 보여주어 임삼적용가능성이 있는 것으로 확인되었다.

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