Radiation therapy using proton is researching actively these days based on the merit superior than other radiation therapy. In Korea, first proton therapy facility will be opened in 2007 and start to treat solid cancers including no curable cancer until now. In spite of many merits, proton therapy facility has an additional radiation problem. At the aspect of radiation protection, analyzing and understanding of additional neutron dose is major motivation of this study. In order to achieve this, computer simulation with MCNPX(ver. 2.5) and radiation measurement are conducted. Object site is National Cancer Center and concerning area is confined to fixed beam treatment room. Simulated nozzle was tested by NIST proton range data for ensuring simulation result. Neutron measurement is executed with Bubble and He-3 wide energy neutron detectors under same condition to the simulation. Simulation results are showing 0.01 to 1.3 % of additional neutron dose by distance. Contribution of structural materials led to 1.33 to 2.13 times to result of nozzle alone and dominant neutron generating sources were First scatterer, Range modulator, Second scatterer, Snout and Aperture. In the comparison to the other researchers, our results showed a good similarity. Even though additional dose originated from medical purpose is inevitable, study for radiation exposure optimization about this topic should be accomplished continuously in the future.
최근 치료 성과의 우수성이 확인되면서 양성자를 포함한 중하전입자 치료기술이 상용화 단계에 이르고 있다. 하지만, 치료목적과는 별개로 고 에너지의 하전입자에 의하여 부가적으로 발생되는 방사선, 특히 중성자에 의한 환자의 피폭은 방사선방호의 관점에서 관심의 대상이 되고 있다.
본 연구에서는 국내에 처음으로 도입되는 국립암센터의 양성자 치료설비를 대상으로 하여 치료실내에서 발생하는 중성자 선량의 분포와 이에 영향을 주는 주요 인자에 대하여 분석하기 위하여 통계적 입자 수송에 적합하게 개발된 전산프로그램인MCNPX(ver 2.5)를 이용한 빔 노즐의 모사 및 환자위치를 중심으로 한 중성자 선량분포를 예측하였으며 이에 대한 검증을 목적으로 Bubble계측기 및 광역에너지측정용 선량 측정장비(He-3)를 이용하였다.
빔 노즐의 모사는 치료용 빔이 입사되는 지점을 기준으로 하여 진행되었으며 사용된 자료들은 실제 노즐의 설계에 사용된 것들이다. 효율적인 모사를 위하여 복잡한 구조는 단순화 하였으나 중성자의 생성과 직접적인 관련이 있는 부분들은 되도록 기술적인 설계자료에 근거하여 실제와 근접하게 모사하였고, 치료실 구조 또한 암센터 측의 시설 설계자료를 근거로 하여 실제에 근사하도록 구성하였으며, 모사된 빔 노즐은 데이터의 신뢰성을 보증하기 위하여 알려진 데이터를 이용하여 검증 계산되었다.
선량의 계산은 크게 세가지로 구분하여, 모든 구조물이 갖추어 진 경우, 구조물이 없이 노즐만 모사한 경우 및 노즐을 중심으로 한 선속 밀도 분포를 산정하였다. 모사결과 환자가 피폭 받을 수 있는 선량은 한 회 치료시(1Gy 양성자 선량 조사시) 0.09에서 1.89mSv까지 거리에 따른 차이를 보였으며 이는 노즐만 모사한 경우보다 1.33 에서 2.13배 많은 것으로 분석되었다. 노즐 내의 중성자 발생원은 양성자 빔의 경로상에 위치한 구성품 들로서 First scatterer, Range modulator, Second scatterer, Snout and Aperture가 가장 주요한 것으로 파악되었다.
측정은 모사와 유사한 조건을 선정하여 실시되었다. 6개 지점을 설정하였고 해당지점에 Bubble 계측기와 He-3계측기를 같은 조사시간 동안 놓고 반복적으로 측정하였다. 측정결과 Iso center로부터 50cm 거리에서 0.5mSv(Bubble) 및 0.48mSv(He-3)가 측정되어 해당지점의 모사결과인 0.53mSv와 매우 근접한 결과를 얻을 수 있었다.
얻은 결과들을 다른 선행연구자들과 비교하여 본 결과 유사한 결과를 얻었음을 확인할 수 있었다.
연구결과에 따르면, 환자가 전체 치료계획 동안에 받을 수 있는 중성자 선량은 24mSv에 이를 것으로 예상되었다. 이는 효율적인 치료계획의 개발이나, 직접적인 중성자 발생원인 빔 노즐을 차폐 또는 주요구성품의 중성자 저 발생 물질로 대체함으로써 저감화 시킬 수 있을 것으로 예상된다.
의료상의 부가적인 피폭은 규제의 대상이 되고 있지는 않으나, 고 에너지 입자를 이용한 암 치료 방법이 계속적으로 개발되고 상용화 되는 시점에서 이에 대한 연구와 피폭저감화 방법에 대한 논의는 지속되어야 하겠다.
