| 초록 |
□ 연구개요 - 방사선 치료 장비의 정도 관리(QA)에 신틸레이터+이미지센서에 머신러닝기술을 결합하여 2차원 선량분포를 구현하고, 이를 바탕으로 정확한 빔선질 평가 방법을 개발하였음. - 개발된 빔선질계측 장치를 이용하여 양성자빔 특성 뿐만 아니라 광자빔에서 빔 선질을 평가할 수 있도록 구현하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 - 몬테칼로 (MC) 시뮬레이션으로 신틸레이터와 카메라 스펙의 최적화: MC에서 밀도 및 발광 세기를 고려하여 플라스틱 신틸레이터 선택하였으며, 연구 및 산업분야에 특화된 10비트 CCD센서의 카메라 사용 - 신틸레이터와 카메라 수납 가능한 하우징 팬텀 설계 및 제작: 기본적으로 빛 차단에 되도록 설계하고 내부 반사를 최소화 시키며, 카메라 수납하는 소형 착탈식 모듈 개념 도입하여 사용 및 구조 변경이 편리하게 설계 및 제작 - MC 시뮬레이션과 이에 대한 선량 이미지 분석 기법 연구 및 머신러닝 코드 개발: MC 시뮬레이션에서 X-ray에 의한 발광 분포 (가시광선의 역전파 논리 이용)를 구현하였으며, 이를 기반으로 계측 장비를 설계함. MC 이벤트 효율 개선을 위해 관련 파리미터 최적화. 시뮬레이션 데이터를 기반으로 양성자 빔의 선질 (beam range) 뿐만 아니라 Spread-out beagg peak (SOBP)도 측정하는 기법 개발. 또한 머신러닝 (딥러닝)의 예측 성능 평가를 위해 추가적인 정량적 분석 방법 (gamma-index passing rate로써의 loss 함수) 개발. 양성자 빔에 대한 신틸레이터의 광 분포가 주어졌을 때, beam range와 SOBP range를 각각 0.1 mm와 0.8 mm 이내의 예측 정확도를 보여줌. - 케이스 제작 및 차폐 검증: 무광 아크릴 사용하여 제작했으며, 시뮬레이션에서 카메라에 도달하는 선량 평가 - 선형가속기 및 양성자치료기에서 실험 진행 및 시뮬레이션 데이터와 비교 검증: 빔 스팟 크기와 퍼짐 정도 등을 조율하여, 신틸레이터 팬텀 중심 부위 (10-20 cm)에서 깊이 방향 선량 분포가 0.5% 이내로 잘 받는 것을 확인함. - 제작된 계측 장비 응용성을 위한 가능성 타진 및 추가 연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 연구에서 신틸레이터+이미지센서에 머신러닝기술을 결합하여 2차원 선량 분포를 구현해내는 방법을 처음으로 고안하고 개발해냈으며, 이와 같은 가능성을 알아보는 연구를 발판으로 실제 임상 현장에서 사용하기 위해 실용화를 위한 제품 개발을 계획함. - 2차원 선량 예측으로부터 빔선질 및 빔 프로파일을 동시에 측정하기 때문에 정도관리 절차의 간소화가 가능하며, 높은 화소의 이미지센서에 기반한 데이터를 이용한 딥러닝 방법으로부터 불필요한 광학적 현상을 제거하여 정확성 향상을 이루어냈음. - X-ray의 빔 대칭성 및 절대선량 측정 등에 확대 응용하여 한 번의 측정으로 월간 QA 진행이 가능하도록 데이터 추가 분석 계획. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
