KR101249267B1 - Method and fiber-optic sensor system to measure relative dose of therapeutic proton beam by measuring Cerenkov radiation - Google Patents

Method and fiber-optic sensor system to measure relative dose of therapeutic proton beam by measuring Cerenkov radiation Download PDF

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Abstract

본 발명은 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 광섬유 센서 시스템 및 이를 이용한 측정 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 광섬유 센서에서 발생되는 체렌코프 방사선 측정을 통하여 보다 정확하고 경제적으로 양성자선을 측정할 수 있는 광섬유 센서 시스템 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 양성자 선원과, 양성자 선원의 브래그 피크와 SOBP 측정을 위한 광섬유 센서와, 체렌코프 방사선 계측을 위한 광 검출장치와 상기 광섬유 센서와 광 검출장치를 연결하는 한 쌍의 광섬유로 구성되되, 상기 광섬유 센서에 양성자가 조사되면 상기 광섬유 자체에서 발생된 체렌코프 방사선은 상기 광 검출장치를 통해 증폭기 시스템으로 전달되고 최종신호는 컴퓨터로 전송되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a fiber optic sensor system and a method for measuring the relative dose of therapeutic proton beams through Cherenkov radiation measurement, and more specifically, to proton beams more accurately and economically through Cherenkov radiation measurements generated from optical fiber sensors. The present invention relates to an optical fiber sensor system capable of measuring and a measuring method using the same.
The present invention comprises a proton source, an optical fiber sensor for measuring Bragg peak and SOBP of the proton source, an optical detection device for Cherenkov radiation measurement, and a pair of optical fibers connecting the optical fiber sensor and the optical detection device, When protons are irradiated to the optical fiber sensor, the Cherenkov radiation generated from the optical fiber itself is transmitted to the amplifier system through the optical detection device, and the final signal is transmitted to the computer.

Description

체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 광섬유 센서 시스템 및 이를 이용한 측정 방법{Method and fiber-optic sensor system to measure relative dose of therapeutic proton beam by measuring Cerenkov radiation}Relative dose measurement of therapeutic proton beams by Cherenkov radiation measurementMethod and fiber-optic sensor system to measure relative dose of therapeutic proton beam by measuring Cerenkov radiation

본 발명은 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 광섬유 센서 시스템 및 이를 이용한 측정 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 광섬유 센서에서 발생되는 체렌코프 방사선 측정을 통하여 보다 정확하고 경제적으로 양성자선을 측정할 수 있는 광섬유 센서 시스템 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber optic sensor system and a method for measuring the relative dose of therapeutic proton beams through Cherenkov radiation measurement, and more specifically, to proton beams more accurately and economically through Cherenkov radiation measurements generated from optical fiber sensors. The present invention relates to an optical fiber sensor system capable of measuring and a measuring method using the same.

치료 방사선 계측용 광섬유 센서 (fiber-optic radiation sensor, FORS)는 보통 유기섬광체 (organic scintillator)와 플라스틱 광섬유로 구성되어 있으며, 이러한 구성으로 인해 치료 방사선 계측 시, 물 혹은 조직과 등가인 (water or tissue equivalence) 직경 1 mm 이하의 유기섬광체를 사용하므로 시험체(phantom)와의 재질의 상이성으로 인한 보정작업을 줄일 수 있으며, 공간분해능이 높고, 다차원 센서로 제작이 가능하다. 또한, 광섬유를 사용하므로 전자기파로부터 간섭 없이 실시간으로 원거리 계측이 가능하다.Fiber-optic radiation sensors (FOS) are usually composed of organic scintillators and plastic optical fibers, which are equivalent to water or tissue when measuring therapeutic radiation. equivalence) The use of organic scintillator with diameter of 1 mm or less can reduce the correction work due to the difference of material with phantom, and it can be manufactured with multi-dimensional sensor with high spatial resolution. In addition, the use of optical fiber enables remote measurement in real time without interference from electromagnetic waves.

그러나 섬광체를 사용하는 계측기들의 공통적인 단점인 소광효과 (quenching effect)는 광섬유 센서에도 적용된다. However, the quenching effect, a common disadvantage of instruments using scintillators, also applies to optical fiber sensors.

일반적으로 하전입자 (charged particle)가 섬광체를 통과할 때, 저지능 (stopping power)이 작을 경우, 섬광체에서 발생되는 섬광량은 하전입자에서 손실되는 에너지에 비례하지만, 저지능이 클 경우는 섬광량이 포화상태에 가까워지게 된다. In general, when the charged particles pass through the scintillator, if the stopping power is small, the amount of flash light generated by the scintillator is proportional to the energy lost from the charged particles. To get closer.

즉, 저지능이 클 경우, 섬광체의 섬광량이 손실되는 하전입자의 에너지에 비례하지 않게 되는 현상을 소광효과 (quenching effect)라고 한다. That is, when the blocking ability is large, the phenomenon that the amount of flashing of the scintillator is not proportional to the energy of the charged particles is called the quenching effect.

이러한 현상은 섬광체를 이용한 고 에너지 양성자선 계측 시 뚜렷하게 부각된다. This phenomenon is prominent when measuring high energy proton beams using scintillators.

양성자선의 브래그 피크 (Bragg peak)에서의 저지능은 매우 크므로, 섬광체를 이용한 계측 시, 양성자선의 피크 구간에서 상대선량은 실제 값보다 낮게 측정된다. Since the blocking ability at the Bragg peak of the proton beam is very large, the relative dose in the peak section of the proton beam is measured to be lower than the actual value when measured using the scintillator.

그러므로 섬광체를 이용한 고 에너지 양성자선 계측은 벌크 수식 (Birk’s formula) 등을 통한 보정작업을 필요로 한다.Therefore, the measurement of high energy proton beams using scintillators requires calibration by bulk's formula.

또한, 유리 또는 플라스틱 광섬유와 하전입자와의 직접적인 작용으로 인해 섬광체가 아닌 광섬유 자체에서 발생되는 체렌코프 방사선 (Cerenkov radiation)은 기존 발명들에서 광섬유 센서의 문제점으로 보고되고 있다. In addition, the Cerenkov radiation generated from the optical fiber itself rather than the scintillator due to the direct action of the glass or plastic optical fiber and the charged particles has been reported as a problem of the optical fiber sensor in the existing inventions.

체렌코프 방사선은 하전입자가 매질 내의 빛의 속도보다 빠른 속도로 매질을 투과할 때, 입사선을 중심으로 일정한 각도를 갖는 원추형으로 발생되는 빛으로서 일정 에너지 (플라스틱 광섬유의 경우, 전자: 170 keV, 양성자: 400 MeV) 이상의 하전입자에 의해 발생된다. Cherenkov radiation is light generated as a cone with a constant angle around the incident line when charged particles penetrate the medium at a rate faster than the speed of light in the medium. Proton: generated by charged particles of 400 MeV or more.

그러므로 광섬유 센서를 사용한 선량 측정 시, 체렌코프 방출각도와 방사선이 조사되는 광섬유의 길이에 의해서 하전입자의 진행방향 및 조사야 크기에 대해 의존성을 갖는다.Therefore, in dose measurement using a fiber optic sensor, the dependence of the Cherenkov emission angle and the length of the optical fiber to which the radiation is irradiated depends on the direction of charge of the charged particles and the field size of the irradiation field.

그러나 이러한 체렌코프 방사선 역시 방사선과 매질과의 상호작용으로 발생되는 신호이므로 조사각도와 조사되는 광섬유의 길이를 고정한다면 상대선량 측정 시 유의한 신호가 될 수 있다. However, since the Cherenkov radiation is also a signal generated by the interaction between the radiation and the medium, if the irradiation angle and the length of the irradiated optical fiber are fixed, it may be a significant signal when measuring the relative dose.

특히 광섬유에서 발생되는 체렌코프 방사선을 이용하여 고 에너지 양성자선의 상대선량을 측정할 경우, 섬광체의 사용에 따른 소광효과를 제거할 수 있으므로 특별한 보정작업 없이 상대선량을 측정할 수 있는 장점을 가진다. In particular, when measuring the relative dose of high-energy proton beam by using the Cherenkov radiation generated from the optical fiber, it is possible to eliminate the quenching effect due to the use of scintillator has the advantage that the relative dose can be measured without special correction work.

치료용 양성자선에 의해서 광섬유에서 발생되는 체렌코프 방사선은 양성자선의 에너지로 인해 직접적으로 생성되지 않고, 2, 3차적으로 생성되는 전자에 의해 발생된다.The Cherenkov radiation generated in the optical fiber by the therapeutic proton beam is not directly generated by the energy of the proton beam, but is generated by electrons generated second and third.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 양성자선이 조사되는 광섬유의 길이를 고정하기 위해서 기준 광섬유를 사용하여 감법 (subtraction method)을 적용하고, 길이가 고정된 광섬유에서 발생되는 체렌코프 방사선을 물 팬텀 (water phantom)의 깊이에 따라 측정하여 양성자선의 브래그 피크 (Bragg peak)와 SOBP (spread out Bragg peak)를 측정하는 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 광섬유 센서 시스템 및 이를 이용한 측정 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention applies a subtraction method using a reference optical fiber to fix the length of the optical fiber to which the proton beam is irradiated, and uses water phantom Relative Dose Measurement of Proton Beams for Treatment by Cherenkov Radiation Measurement by Measuring Bragg Peak and SOBP (Sprag Out Peak) of Proton Beams by Depth of Water Phantom The purpose is to provide.

본 발명은 양성자 선원과, 양성자 선원의 브래그 피크와 SOBP 측정을 위한 광섬유 센서와, 체렌코프 방사선 계측을 위한 광 검출장치와 상기 광섬유 센서와 광 검출장치를 연결하는 한 쌍의 광섬유로 구성되되, 상기 광섬유 센서에 양성자가 조사되면 상기 광섬유 자체에서 발생된 체렌코프 방사선은 상기 광 검출장치를 통해 증폭기 시스템으로 전달되고 최종신호는 컴퓨터로 전송된다.The present invention comprises a proton source, an optical fiber sensor for measuring Bragg peak and SOBP of the proton source, an optical detection device for Cherenkov radiation measurement, and a pair of optical fibers connecting the optical fiber sensor and the optical detection device, When protons are irradiated to the optical fiber sensor, the Cherenkov radiation generated from the optical fiber itself is transmitted to the amplifier system through the optical detection device and the final signal is transmitted to the computer.

상기 광섬유는 유리 또는 플라스틱 광섬유로 고 에너지 하전입자를 조사할 때 체렌코프 방사선을 발생한다.The optical fiber generates Cherenkov radiation when irradiating high energy charged particles with glass or plastic optical fiber.

상기 광 검출장치는 전하결합소자 (charge-coupled device, CCD), 포토다이오드 (photodiode), 광증배관 (photomultiplier tube, PMT)등을 이용한다.The photodetector uses a charge-coupled device (CCD), a photodiode, a photomultiplier tube (PMT), or the like.

상기 양성자 선원은 사이클로트론에서 발생되는 고 에너지의 치료용 양성자선이다.The proton source is a high energy therapeutic proton beam generated from cyclotron.

본 발명은 치료용 양성자 선원에 의해 광섬유에서 발생되는 체렌코프 방사선을 측정하는 방법에 있어서, 사이클로트론에서 발생되는 양성자 선원을 준비하는 제1단계와, 광섬유 센서에서 발생되는 체렌코프 방사선 측정을 통하여 상기 양성자 선원의 브래그 피크와 SOBP를 센싱하는 제2단계와, 광 검출장비를 통해 체렌코프 방사선 계측을 위한 광 검출과 증배하는 제3단계와, 상기 체렌코프 방사선이 상기 광 검출장비를 통해 증폭기 시스템으로 전달되어 증폭되고, 최종신호는 전기신호 측정장비를 통하여 컴퓨터로 전송되는 제4단계로 이루어진다.The present invention provides a method for measuring the Cherenkov radiation generated in an optical fiber by a therapeutic proton source, the first step of preparing a proton source generated in a cyclotron, and the proton through the measurement of the Cherenkov radiation generated from an optical fiber sensor A second step of sensing the Bragg peak of the source and the SOBP, a third step of detecting and multiplying the light for the Cherenkov radiation measurement through the optical detection equipment, and the Cherenkov radiation is transmitted to the amplifier system through the optical detection equipment After the amplification, and the final signal is transmitted to the computer through the electrical signal measuring equipment.

상기 제2단계에서 상기 광섬유는 유리 또는 플라스틱 광섬유로 고 에너지 하전입자를 조사할 때 체렌코프 방사선을 발생한다.In the second step, the optical fiber generates Cherenkov radiation when irradiating high energy charged particles with glass or plastic optical fiber.

상기 제3단계에서 상기 광 검출장치는 전하결합소자 (charge-coupled device, CCD), 포토다이오드 (photodiode), 광증배관 (photomultiplier tube, PMT)등을 이용한다.In the third step, the photodetector uses a charge-coupled device (CCD), a photodiode, a photomultiplier tube (PMT), or the like.

상기 양성자 선원은 사이클로트론에서 발생되는 고 에너지의 치료용 양성자선이다.The proton source is a high energy therapeutic proton beam generated from cyclotron.

본 발명에 따르면 유의미한 체렌코프 방사선을 통해 보다 정확하고 경제적으로 치료용 양성자선의 상대선량 측정이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to measure the relative dose of proton beam for treatment more accurately and economically through significant Cherenkov radiation.

도1은 본 발명에 따른 물 팬텀의 깊이에 따라 광섬유에서 발생되는 체렌코프 방사선 측정을 위한 실험구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 고정된 길이의 광섬유에서 발생되는 체렌코프 방사선 측정을 위한 감법의 원리를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 광증배관에서 발생되는 전기신호를 증폭하기 위해서 별도로 제작한 증폭기(amplifier)시스템의 회로도.
도 4a,b는 본 발명에 따른 섬광체를 포함하는 일반적인 광섬유 센서(fiber-optic radiation sensor, FORS)를 이용한 180 MeV 양성자선의 브래그 피크 및 SOBP 측정 결과를 보여주는 도면.
도 5a,b는 본 발명에 따른 체렌코프 방사선 측정을 통하여 물 팬텀의 깊이에 따른 양성자선의 브래그 피크 및 SOBP를 측정한 결과를 보여주는 도면.1 is a view showing an experimental configuration for measuring the Cherenkov radiation generated in the optical fiber according to the depth of the water phantom according to the present invention.
Figure 2 shows the principle of subtraction for the measurement of Cherenkov radiation generated in a fixed length optical fiber according to the present invention.
3 is a circuit diagram of an amplifier system separately prepared to amplify the electrical signal generated in the optical multiplier according to the present invention.
4A and 4B show Bragg peak and SOBP measurement results of 180 MeV proton beams using a general fiber-optic radiation sensor (FOS) including a scintillator according to the present invention.
Figure 5a, b is a view showing the results of measuring the Bragg peak and SOBP of the proton beam according to the depth of the water phantom through the Cherenkov radiation measurement according to the present invention.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면을 참조하여 자세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명에서는 치료용 양성자선에 의해 광섬유 (optical fiber)에서 발생되는 체렌코프 방사선을 측정하였다. In the present invention, the Crenkov radiation generated in the optical fiber by the therapeutic proton beam was measured.

조사되는 광섬유의 길이를 고정하기 위해서 기준 광섬유 (reference optical fiber)를 사용하여 감법 (subtraction method)을 적용하였으며, 길이가 고정된 광섬유(30)에서 발생되는 체렌코프 방사선을 물 시험체 (water phantom)의 깊이에 따라 측정하여 양성자선의 브래그 피크 (Bragg peak)와 SOBP (spread out Bragg peak)를 측정하였고, 이온전리함 (ionization chamber)의 측정결과와 비교하였다. In order to fix the length of the irradiated optical fiber, a subtraction method was applied using a reference optical fiber, and Cherenkov radiation generated from the fixed optical fiber 30 was applied to the water phantom. The Bragg peak of the proton beam and the spread out Bragg peak (SOBP) were measured according to the depth, and compared with the measurement results of the ionization chamber.

또한 체렌코프 방사선 측정결과와 섬광체를 포함하는 일반적인 광섬유 센서(fiber-optic radiation sensor, FORS)의 결과를 비교하기 위하여 광섬유 센서를 이용하여 양성자선의 브래그 피크와 SOBP 측정실험을 수행하였다.In addition, the Bragg peak of the proton beam and the SOBP measurement experiment were performed using the optical fiber sensor to compare the results of the Cherenkov radiation measurement and the results of the general fiber-optic radiation sensor (FOS) including the scintillator.

도1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 광섬유 센서 시스템은 양성자 선원(10)과, 상기 양성자 선원(10)의 브래그 피크와 SOBP 측정을 위한 광섬유 센서(20)와, 체렌코프 방사선 계측을 위한 광 검출장치(40)와, 상기 광섬유 센서(20)와 광 검출장치(40)를 연결하는 광섬유(30)로 크게 구성된다.As shown in Figure 1, the relative dose measurement optical fiber sensor system of the therapeutic proton beam through the Cherenkov radiation measurement according to the present invention is a proton source 10, and the optical fiber for Bragg peak and SOBP measurement of the proton source (10) It is largely comprised of the sensor 20, the optical detection device 40 for measuring Cherenkov radiation, and the optical fiber 30 connecting the optical fiber sensor 20 and the optical detection device 40.

따라서 상기 광섬유 센서에 양성자가 조사되면 상기 광섬유 센서(20)에서 발생된 체렌코프 방사선은 광 검출장치(40)를 통해 증폭기 시스템으로 전달되고 최종신호는 전기신호 측정장비 (60)에 의해 컴퓨터(70)로 전송된다.Therefore, when a proton is irradiated to the optical fiber sensor, the Cherenkov radiation generated from the optical fiber sensor 20 is transmitted to the amplifier system through the optical detection device 40 and the final signal is transmitted to the computer 70 by the electric signal measuring device 60. Is sent).

상기 광섬유 센서(20)와 상기 광섬유(30)는 유리 또는 플라스틱 광섬유로 고 에너지 하전입자를 조사할 때 체렌코프 방사선을 발생한다.The optical fiber sensor 20 and the optical fiber 30 generate Cherenkov radiation when irradiating high energy charged particles with glass or plastic optical fiber.

비교실험을 위하여 광섬유 센서의 제작에 사용한 섬광체는 플라스틱으로 구성된 유기섬광체이다.The scintillator used in the fabrication of the optical fiber sensor for the comparative experiment is an organic scintillator composed of plastic.

상기 광 검출장치(40)는 전하결합소자 (charge-coupled device, CCD), 포토다이오드 (photodiode), 광증배관 (photomultiplier tube, PMT)등을 이용한다.The photodetector 40 uses a charge-coupled device (CCD), a photodiode, a photomultiplier tube (PMT), or the like.

상기 광 검출장치(40)에서 발생되는 전기신호를 증폭하기 위해서 별도로 제작한 증폭기 (amplifier) 시스템을 사용하였으며 증폭기의 회로도는 도 3과 같다.In order to amplify the electrical signal generated by the optical detection device 40, an amplifier system manufactured separately is used, and the circuit diagram of the amplifier is shown in FIG.

상기 양성자 선원(10)으로는 사이클로트론에서 발생되는 고 에너지의 치료용 양성자선이다.The proton source 10 is a high energy therapeutic proton beam generated from cyclotron.

도 2는 고정된 길이의 광섬유(30)에서 발생되는 체렌코프 방사선 측정을 위한 감법의 원리를 보여주고 있다. 2 shows the principle of subtraction for the measurement of Cherenkov radiation generated in a fixed length optical fiber 30.

따라서 기준광섬유와 기준광섬유보다 5 cm 더 긴 광섬유(30)를 사용하여 양성자가 조사되었을 때 두 광섬유(30)에서 발생되는 체렌코프 방사선의 차로 5 cm 길이에서 발생되는 체렌코프 방사선을 측정할 수 있다. Therefore, when the protons are irradiated using the reference fiber and the optical fiber 30 which is 5 cm longer than the reference fiber, the Cherenkov radiation generated at a length of 5 cm can be measured by the difference between the Cherenkov radiations generated by the two optical fibers 30. .

도 1에서 보는 바와 같이, 광섬유(30)에 양성자가 조사되면 광섬유(30) 자체에서 발생된 체렌코프 방사선은 15 m 길이의 광섬유(30)를 통해 광 검출장치-증폭기 시스템(40, 50)으로 전달되고 최종신호는 전기신호 측정장비에 의해 컴퓨터로 전송된다.
As shown in FIG. 1, when protons are irradiated to the optical fiber 30, the Cherenkov radiation generated from the optical fiber 30 itself is transferred to the photodetector-amplifier systems 40 and 50 through the 15 m long optical fiber 30. The final signal is transmitted to the computer by electrical signal measuring equipment.

이하 본 발명의 실시를 위한 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 방법에 대하여 자세히 설명하고, 측정 결과에 대하여 분석한다.Hereinafter will be described in detail with respect to the method of measuring the relative dose of the proton beam for treatment through the Cherenkov radiographic measurement for the practice of the present invention, the analysis of the measurement results.

본 발명에 따른 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 방법은 치료용 양성자 선원에 의해 광섬유에서 발생되는 체렌코프 방사선을 측정하는 방법에 있어서, 사이클로트론에서 발생되는 양성자 선원을 준비하는 제1단계와, 광섬유 센서에서 발생되는 체렌코프 방사선 측정을 통하여 상기 양성자 선원의 브래그 피크와 SOBP 센싱하는 제2단계와, 광 검출장비를 통해 체렌코프 방사선 계측을 위한 광 검출과 증배하는 제3단계와, 상기 체렌코프 방사선이 상기 광 겅츨장비를 통해 증폭기 시스템으로 전달되어 증폭되고, 최종신호는 전기신호 측정장비를 통하여 컴퓨터로 전송되는 제4단계로 이루어진다.According to the present invention, a method of measuring relative dose of a therapeutic proton beam through measurement of a Cherenkov radiation is a method of measuring a Cherenkov radiation generated in an optical fiber by a therapeutic proton source, and preparing a proton source generated in a cyclotron. And a second step of sensing the BP peak of the proton source and SOBP through the Cherenkov radiation measurement generated by the optical fiber sensor, and a third step of multiplying and detecting the light for the Cherenkov radiation measurement through an optical detection device; The Cherenkov radiation is transmitted to the amplifier system through the optical device and amplified, and the final signal is transmitted to a computer through an electrical signal measuring device.

상술한 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 방법에 의한 도 4a,b는 섬광체를 포함하는 일반적인 광섬유 센서를 이용한 180 MeV 양성자선의 브래그 피크 및 SOBP 측정 결과를 보여주고 있다. 4A and 4B show the results of Bragg peak and SOBP measurement of 180 MeV proton beams using a general optical fiber sensor including a scintillator.

결과를 살펴보면 섬광체의 소광효과로 인해 피크 구간에서 상대선량이 낮게 측정되는 것을 확인할 수 있다.Looking at the results, it can be seen that due to the quenching effect of the scintillator, the relative dose in the peak period is measured low.

또한 도 4a는 양성자선의 브래그 피크 측정결과로서 피크 구간에서 이온전리함의 측정결과와의 차이는 약 20%이다. 4A is a Bragg peak measurement result of the proton beam, which is about 20% different from the measurement result of ion ionization in the peak section.

도 4b는 광섬유 센서를 이용하여 양성자선의 SOBP를 측정한 결과이다. 일반적으로 SOBP는 에너지가 다른 여러 양성자선의 브래그 피크를 중첩하여 한정된 구간에서 선량을 일정하게 유지한다. Figure 4b is the result of measuring the SOBP of the proton beam using an optical fiber sensor. In general, SOBP overlaps the Bragg peaks of several proton beams with different energies to maintain a constant dose in a defined section.

에너지가 다른 각각의 양성자선에 대하여 섬광체의 소광효과는 상이하므로, 섬광체를 포함하는 일반적인 광섬유 센서를 이용하여 양성자선의 SOBP를 측정할 경우, 피크 구간에서 일정한 기울기를 갖게 된다. SOBP의 피크 구간에서 광섬유 센서의 결과는 이온전리함의 결과와 약 10~20% 차이를 보였다.Since the extinction effect of the scintillator is different for each of the proton beams having different energies, when the SOBP of the proton beam is measured by using a general optical fiber sensor including the scintillator, there is a constant slope in the peak period. The results of the fiber optic sensor in the peak range of SOBP were about 10 ~ 20% different from those of ion ionization.

도 5a,b는 체렌코프 방사선 측정을 통하여 물 팬텀의 깊이에 따른 양성자선의 브래그 피크 및 SOBP를 측정한 결과이다.5A and 5B show Bragg peaks and SOBPs of proton beams according to depths of water phantoms through Cherenkov radiation measurements.

먼저, 도 5a는 광섬유 센서에서 발생되는 체렌코프 방사선을 이용하여 173 MeV 양성자선의 브래그 피크를 측정한 결과로서 최대 선량지점인 약 100 mm에서 최대값을 가지는 것을 확인할 수 있다. First, FIG. 5A is a result of measuring the Bragg peak of 173 MeV proton beam using Cherenkov radiation generated from the optical fiber sensor, and it can be seen that the maximum dose is about 100 mm.

또한 체렌코프 방사선을 이용하여 측정한 상대선량은 이온전리함의 측정결과와 거의 일치하는 추세를 보였으며 최대 선량지점에서의 차이는 약 1.9%이다.In addition, the relative doses measured using the Cherenkov radiation showed a close agreement with the measurement result of ion ionization, and the difference at the maximum dose point was about 1.9%.

도 5b는 체렌코프 방사선을 이용하여 양성자선의 SOBP를 측정한 것으로 약 75 ~ 95 mm까지 일정한 선량구간을 갖는 것을 확인할 수 있다. 5b is a measurement of the SOBP of the proton beam by using the Cherenkov radiation, it can be seen that it has a constant dose interval up to about 75 ~ 95 mm.

상기 광섬유 센서에서 발생되는 체렌코프 방사선을 이용한 양성자선의 SOBP측정결과, 역시 이온전리함의 결과와 거의 일치하는 것을 확인할 수 있으며 최대 선량구간에서는 약 0.7%의 차이를 보였다.As a result of SOBP measurement of the proton beam using the Cherenkov radiation generated from the optical fiber sensor, it was confirmed that the results were almost identical with the result of ion ionization and showed a difference of about 0.7% in the maximum dose range.

10 : 양성자 선원
20 : 광섬유 센서
30 : 광섬유
40 : 광 계측장치10: proton sailor
20: fiber optic sensor
30: optical fiber
40: optical measuring device

Claims (8)

양성자 선원과;
상기 양성자 선원의 브래그 피크와 SOBP 측정을 위한 광섬유 센서와;
체렌코프 방사선 계측을 위한 광 검출장치와;
상기 광섬유 센서와 광 검출장치를 연결하는 한 쌍의 광섬유;로 구성되되, 상기 광섬유 센서에 양성자가 조사되면 상기 광섬유 자체에서 발생된 체렌코프 방사선은 상기 광 검출장치를 통해 증폭기 시스템으로 전달되고 최종신호는 컴퓨터로 전송되고,
상기 광섬유는 유리 또는 플라스틱 광섬유로 일정 범위의 에너지를 갖는 하전입자를 조사할 때 체렌코프 방사선을 발생하며,
상기 광 검출장치는 전하결합소자 (charge-coupled device, CCD), 포토다이오드 (photodiode), 광증배관 (photomultiplier tube, PMT)이고,
상기 양성자 선원은 사이클로트론에서 발생되는 일정 범위의 에너지를 갖는 에너지의 치료용 양성자선인 것을 특징으로 하는 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 광섬유 센서 시스템.Proton source;
An optical fiber sensor for measuring Bragg peak and SOBP of the proton source;
An optical detection device for Cherenkov radiation measurement;
And a pair of optical fibers connecting the optical fiber sensor and the optical detection device. When protons are irradiated to the optical fiber sensor, the Cherenkov radiation generated from the optical fiber itself is transmitted to the amplifier system through the optical detection device, and the final signal. Is transferred to your computer,
The optical fiber generates a Cherenkov radiation when irradiating charged particles having a range of energy with a glass or plastic optical fiber,
The photodetector is a charge-coupled device (CCD), a photodiode, a photomultiplier tube (PMT),
The proton source is a relative proton beam measurement optical fiber sensor system of the therapeutic proton beam through the Cherenkov radiation measurement, characterized in that the therapeutic proton beam of energy having a range of energy generated in the cyclotron. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 치료용 양성자 선원에 의해 광섬유에서 발생되는 체렌코프 방사선을 측정하는 방법에 있어서,
사이클로트론에서 발생되는 양성자 선원을 준비하는 제1단계와;
광섬유 센서에서 발생되는 체렌코프 방사선 측정을 통하여 상기 양성자 선원의 브래그 피크와 SOBP를 센싱하는 제2단계와;
광 검출장비를 통해 체렌코프 방사선 계측을 위한 광 검출과 증배하는 제3단계와;
상기 체렌코프 방사선이 상기 광 검출장비를 통해 증폭기 시스템으로 전달되어 증폭되고, 최종신호는 전기신호 측정장비를 통하여 컴퓨터로 전송되는 제4단계;
로 이루어지지며,
상기 제2단계에서 상기 광섬유는 유리 또는 플라스틱 광섬유로 일정 범위의 에너지를 갖는 에너지 하전입자를 조사할 때 체렌코프 방사선을 발생하고,
상기 제3단계에서 상기 광 검출장치는 전하결합소자 (charge-coupled device, CCD), 포토다이오드 (photodiode), 광증배관 (photomultiplier tube, PMT)이며,
상기 양성자 선원은 사이클로트론에서 발생되는 일정 범위의 에너지를 갖는 에너지의 치료용 양성자선인 것을 특징으로 하는 체렌코프 방사선 측정을 통한 치료용 양성자선의 상대선량 측정 방법.In the method for measuring the Cherenkov radiation generated in an optical fiber by a therapeutic proton source,
Preparing a proton source generated in a cyclotron;
Sensing the Bragg peak and SOBP of the proton source through a Cherenkov radiation measurement generated by an optical fiber sensor;
A third step of multiplying and detecting the light for the Cherenkov radiation measurement through the light detection equipment;
A fourth step in which the Cherenkov radiation is transmitted to the amplifier system through the optical detection device and amplified, and the final signal is transmitted to a computer through an electrical signal measuring device;
It consists of
In the second step, the optical fiber generates a Cherenkov radiation when irradiating energy charged particles having a range of energy with a glass or plastic optical fiber,
In the third step, the photodetector is a charge-coupled device (CCD), a photodiode, a photomultiplier tube (PMT),
The proton source is a relative dose measurement method of the therapeutic proton beam through the Cherenkov radiation measurement, characterized in that the therapeutic proton beam of energy having a certain range of energy generated in the cyclotron. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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