KR20200015208A - Method for evaluating radiation internal dose and simulated phantom - Google Patents
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Abstract
Description
본 실시예들은 장기별 내부피폭선량을 평가하는 피폭선량 평가 방법 및 그 모의피폭체에 관한 것이다. The present embodiments relate to an exposure dose evaluation method for evaluating internal exposure doses for each organ and a simulated exposure thereof.
양전자 방출 단층촬영 장치는 양전자를 방출하는 방사성 동위원소를 의약품에 결합시키고 이를 환자 체내에 주입한 뒤 주입된 방사성 물질의 양전자와 이웃하는 전자와의 출동을 통해 발생되는 한 쌍의 감마선을 검출하고 감마선의 검출 위치를 추적함으로서 신체 내부에 대한 3차원 단층 영상을 획득하는 영상촬영 장치이다.Positron emission tomography combines radioactive isotopes that emit positrons to drugs, injects them into the patient's body, detects a pair of gamma rays generated by mobilizing the injected positrons with neighboring electrons, An imaging apparatus for obtaining a three-dimensional tomography image of the inside of the body by tracking the detection position of the.
양전자 방출 단층촬영은 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography, CT), 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)과는 달리 해부학적인 영상보다 인체 장기들의 기능적인 영상(종양의 유무)을 제공할 수 있지만, 외부에서 방사선 피폭을 야기하는 CT와는 달리 체내로 주입되는 방사성 의약품으로 인해 PET 진단을 받은 환자들에게 있어 내부피폭을 야기할 수 있다. Positron emission tomography, unlike Computed Tomography (CT) and Magnetic Resonance Imaging (MRI), can provide functional images of the human organs (with or without tumors), rather than anatomical images. In contrast to CT, which causes radiation exposure in humans, radiopharmaceuticals injected into the body can cause internal exposure in patients diagnosed with PET.
따라서 PET 촬영 시 환자가 받게 되는 내부피폭량을 정확하게 평가하는 것은 PET 진단 환자의 불필요한 방사선 피폭을 줄일 수 있으며 방사선에 의한 2차 부작용을 줄일 수 있기 때문에 매우 중요하다. Therefore, it is very important to accurately evaluate the internal exposure to patients during PET imaging because it can reduce unnecessary radiation exposure of PET diagnosis patients and reduce secondary side effects caused by radiation.
이러한 이유로 국내외 많은 연구팀들은 PET 검사 시 환자가 받게 되는 내부피폭을 평가하기 위해 다양한 연구를 수행 중에 있다. For this reason, many research teams at home and abroad are conducting various studies to evaluate the internal exposure to patients during PET testing.
현재까지 개발된 내부피폭 평가는 섭취 핵종의 종류, 섭취 후 경과 시간, 체내 신진대사 및 수학적 알고리즘을 기반으로 핵종의 체내 잔류량과 이로 인한 내부 피폭량을 계산하고 있지만, 수학적 알고리즘 기반의 내부피폭 선량평가 방법은 인체 내부에 주입된 방사선 동위원소의 이동을 확인하기 위해 3~4회 정도의 PET 촬영이 추가로 요구되며 해부학적 영상을 보여주지 못하는 PET 영상의 한계로 인해 CT 촬영도 동시에 수행되고 있어 환자에게 불필요한 방사선 피폭을 야기하고 있다. The internal exposure assessment developed to date calculates the residual amount of radionuclide in the body and its internal exposure based on the type of intake nuclide, elapsed time after ingestion, metabolism in the body and a mathematical algorithm, but it is based on mathematical algorithm. In order to confirm the movement of the radioisotope injected into the human body, additional 3 ~ 4 PET images are required, and CT imaging is simultaneously performed due to the limitation of PET images that cannot show anatomical images. It causes unnecessary radiation exposure.
본 실시예들은 환자에게 추가적인 방사선 피폭을 야기시키지 않으면서 내부피폭 선량평가를 위한 시간을 단축시킬 수 있는 피폭선량 평가방법 및 그 모의피폭체를 제공한다. The present embodiments provide a method for evaluating exposure doses and mock exposures that can shorten the time for internal exposure dose assessment without causing additional radiation exposure to the patient.
일 측면에서, 본 실시예들은, 장기가 격실화되고 일정 크기로 복셀화되는 모의피폭체를 준비하는 단계, 모의피폭체의 선원장기로 지정되는 제1장기 내부의 복셀에 위치한 점 선원을 발생시키는 단계 및 모의피폭체의 표적장기로 지정되는 제2장기에 전달된 선량을 이용하여 제1장기에서 발생된 선원으로 인한 제2장기의 방사선 피폭선량 결정하는 단계를 포함하는 방사선에 의한 내부피폭 선량평가 방법을 제공한다. In one aspect, the present embodiments provide a method of preparing a mock exposure body in which an organ is compartmentalized and voxelated to a predetermined size, and generating a point source located in a voxel inside a first organ designated as a source organ of the mock exposure body. Internal radiation dose assessment by radiation, comprising determining the radiation dose of the second organ due to the source generated in the first organ using the dose delivered to the second organ designated as the target organ of the simulated exposure Provide a method.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 장기가 격실화되고 일정 크기로 복셀화된 모의피폭체로, 모의피폭체의 선원장기로 지정되는 제1장기 내부의 복셀에 위치한 점 선원을 발생시키고 모의피폭체의 표적장기로 지정되는 제2장기에 전달된 선량을 이용하여 제1장기에서 발생된 선원으로 인한 제2장기의 방사선 피폭선량 결정하는데 사용되는 모의피폭체를 제공한다. In another aspect, the present embodiments provide a simulated exposure system in which organs are compartmentalized and voxelized to a certain size, generating a point source located in a voxel inside a first organ which is designated as a source organ of the simulated exposure target. The dose delivered to the second organ designated as the target organ is used to provide a simulated exposure object used to determine the radiation dose of the second organ due to the source generated in the first organ.
본 실시예들은 전산모사용 모의피폭체를 사용하여 환자에게 추가적인 방사선 피폭을 야기시키지 않을 수 있다. The present embodiments may use computer simulated mock exposures to not cause additional radiation exposure to the patient.
또한 본 실시예들은 수학적 알고리즘을 사용하지 않음으로서 선량평가를 위한 시간을 단축시킬 수 있다. In addition, the present embodiments can shorten the time for dose evaluation by not using a mathematical algorithm.
도 1은 일 실시예에 따른 방사선 피폭선량 평가 방법의 흐름도이다.
도 2는 몬테칼로 방법을 사용한 방법으로 원주율을 계산하는 과정을 도시하고 있다.
도 3은 복셀 기반 3차원의 물체를 도시하고 있다.
도 4는 복셀 기반의 모의피폭체를 도시한 도면이다.
도 5는 복셀기반의 모의피폭체와 사면체면 기반 모의피폭체의 차이점을 도시하고 있다.
도 6은 폴리곤면 기반의 남성(a) 및 여성(b) 모의피폭체들의 신체를 나타내고 있다.
도 7은 폴리곤면 기반의 모의피폭체(a) 및 사면체면 기반의 모의피폭체(b)를 도시하고 있다.
도 8은 사면체 기반의 모의피폭체의 내부 장기들 및 장기 구획들을 도시하고 있다.
도 9는 모의 피폭체의 장기를 격실화 한 뒤 1 cm 크기로 복셀화한 것을 도시하고 있다.
도 10은 본 실시예를 통해 구현된 선원장기(예를 들어 간)를 도시한다.
도 11은 선원장기(예를 들어 간)에서 발생된 60Co으로 인해 피폭된 표적장기(예를 들어 폐, 생식선, 가슴, 및 소장)의 흡수선량 결과를 보여준다. 1 is a flowchart of a method for evaluating a radiation exposure dose according to an embodiment.
Figure 2 shows the process of calculating the circumference by the method using the Monte Carlo method.
3 illustrates a voxel-based three-dimensional object.
4 is a diagram illustrating a voxel-based simulation target.
5 illustrates the difference between a voxel-based simulation and a tetrahedral plane-based simulation.
6 shows the body of male (a) and female (b) mock subjects based on polygonal plane.
7 illustrates a polygonal plane-based mock exposure (a) and a tetrahedral plane-based mock exposure (b).
8 shows the internal organs and organ compartments of a tetrahedral based mock exposure.
FIG. 9 illustrates the voxelization to a size of 1 cm after compartmentalizing the organs of the simulated object.
10 shows a sailor organ (for example liver) implemented through this embodiment.
FIG. 11 shows the absorbed dose results of target organs (eg lung, gonad, chest, and small intestine) exposed due to 60 Co generated in source organs (eg liver).
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same components may have the same reference numerals as much as possible even though they are shown in different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only to distinguish the components from other components, and the terms are not limited in nature, order, order or number of the components. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to that other component, but between components It will be understood that the elements may be "interposed" or each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 한국인의 표준 체형, 내부 장기의 위치 및 크기에 부합하는 PET 진단 환자의 내부피폭 방사선량 평가를 위한 새로운 내부피폭 선량평가 방법을 제안한다. In order to solve the above problems, the present invention proposes a new internal exposure dose evaluation method for evaluating the internal radiation dose of the PET diagnosis patients in accordance with the standard body shape, location and size of the internal organs of the Korean people.
도 1은 일 실시예에 따른 방사선 피폭선량 평가 방법의 흐름도이다. 1 is a flowchart of a method for evaluating a radiation exposure dose according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 방사선 피폭선량 평가 방법(100)은 장기가 격실화되고 장기가 일정 크기로 복셀화되는 모의피폭체를 준비하는 단계(S110), 모의피폭체의 선원장기로 지정되는 제1장기의 복셀 내부 점서원에서 선원을 발생시키는 단계(S120) 및 모의피폭체의 표적장기로 지정되는 제2장기에 전달된 선량을 이용하여 제1장기에서 발생된 선원으로 인한 제2장기의 방사선 피폭선량 결정하는 단계(S130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
모의피폭체는 방사선에 피폭하는 인체를 모의하여 선량계측 실험이나 계산에 사용하는 물체, 즉 전산모사용 인형 모의피폭체를 의미할 수 있다. 방사선 피폭선량은 방사선장의 강도를 나타내는 물리량으로 렌트겐(R)로 표시할 수 있다. 1 렌트겐(R)은 공기 1 kg 당 2.58x10-4 C의 전하를 생성하는 노출량을 말한다.The simulated subject may refer to an object that is used for a dosimetry experiment or calculation by simulating a human body exposed to radiation. The radiation exposure dose is a physical quantity representing the intensity of the radiation field and may be expressed as renten (R). One lengen (R) is the dosage that produces a charge of 2.58 × 10 −4 C per kg of air.
방사선 피폭선량은 양전자 방출 단층 촬영에 의한 방사선 피폭선량일 수 있다. 이하에서 본 명세서는 양전자 방출 단층 촬영에 의한 방사선 피폭선량을 평가하는 것으로 설명하나 모의피폭체의 제1장기에 선원을 발생하고 제2장기의 방사선 피폭선량을 측정할 수 있는 다양한 방식에 의한 방사선 피폭선량을 평가할 수 있다.The radiation exposure dose may be a radiation exposure dose by positron emission tomography. In the following description, the radiation exposure dose by positron emission tomography is evaluated. However, radiation exposure by various methods capable of generating a source in the first organ of the simulated object and measuring the radiation exposure dose in the second organ Dose can be assessed.
장기는 육면체 형상, 삼각기둥 형상, 원뿔 형상, 구형상 등 다양한 형상으로 복셀화할 수 있다. 예를 들어 장기는 둘 이상의 육면체 형상으로 복셀화 될 수 있다. 장기는 정육면체 형상으로 복셀화하여 복셀이 전체에서 고르게 선원을 발생할 수 있다. Organs can be voxelized into various shapes such as hexahedral, triangular prism, conical and spherical. For example, organs may be voxelized into two or more hexahedral shapes. The organs are voxelized into a cube shape so that the voxels evenly generate the source throughout.
한편, 선원을 발생시키는 단계(S130)에서, 선원장기로 지정되는 제1장기의 복셀 중심점에서 선원을 발생시킬 수 있다. Meanwhile, in step S130 of generating a source, a source may be generated at a voxel center point of a first organ designated as a source organ.
예를 들어, 일실시예에 따른 방사선 피폭 선량 평가 방법(100)은 추가적인 수학적 알고리즘 없이 몬테칼로 전산모사와 표준 한국인의 체형을 고려한 전산모사용 인형 모의피폭체를 사용한 새로운 내부피폭 선량평가 방법이다. For example, the
몬테칼로 방법은 확률적으로 일어나는 자연현상 등을 난수의 발생을 통하여 재현하는 것으로 1940년 미국 Los Alamos에서 "맨하탄 프로젝트"의 일환으로 개발되었다. 몬테칼로 방법을 사용한 방법으로는 원주율의 계산을 예로 들 수 있다. The Monte Carlo method reproduces probabilistic natural phenomena through random number generation, and was developed as part of the Manhattan Project in 1940 in Los Alamos, USA. The Monte Carlo method uses circumferential calculations as an example. Can be.
도 2에 도시한 바와 같이 1x1 영역에 점 (x, y)를 표집할 때 표집한 점에서 중심 (0, 0)까지의 거리가 원의 반지름 1보다 작은지 계산할 수 있다. 시행의 횟수를 늘려 원에 속한 점의 개수와 원 밖의 점 개수의 비율은 4/π가 될 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이 시행 횟수가 적을 때는 오차가 크지만 시행 횟수가 커질 수록 원주율 3.14에 수렴하는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 2, when sampling a point (x, y) in a 1 × 1 region, it is possible to calculate whether the distance from the collected point to the center (0, 0) is smaller than the
몬테칼로 전산모사는 방사선과 매질간의 상호작용을 실제 방사선과 매질과의 반응과 같이 입자 별로 계산하여 결과에 반영하기 때문에 가장 정확한 방사선 수송해석방법으로 보고되고 있다. 몬테칼로 전산모사는 MCNPX (Monte Carlo N Particle eXtended), Geant4 (Geometry And Tracking), EGSnrc (NRC`s Electron Gamma Shower) 등과 같이 다양한 툴이 존재한다. 예를 들어 몬테칼로 전산모사 툴은 Geant4 툴킷이 사용될 수 있다. Monte Carlo simulations are reported to be the most accurate method for the analysis of radiation transport because the interaction between radiation and medium is calculated by particle and reflected in the result as the reaction between radiation and medium. Monte Carlo simulations include a variety of tools, including MCNPX (Monte Carlo N Particle eXtended), Geant4 (Geometry And Tracking), and EGSnrc (NRC`s Electron Gamma Shower). For example, the Monte Carlo simulation tool can use the Geant4 toolkit.
전술한, 전산모사용 인형 모의피폭체(팬텀)란 컴퓨터에서 사용하는 가상의 사람 모델을 의미하여 선량계산 및 시뮬레이션 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 전산모사용 인형 모의피폭체는 1950년대 원통 및 구와 같이 단순한 모형에서부터 인체의 움직임을 고려한 4D 팬텀까지 지속적인 발전이 거듭되어 왔다. 이러한 지속적인 발전은 방사선에 의한 인체 피폭선량을 평가하는데 있어 전산모사용 팬텀이 중추적인 역할을 하고 있음을 의미할 수 있다. The computer-aided doll simulation phantom (phantom) described above refers to a virtual human model used in a computer, and is used in various fields such as dose calculation and simulation. Computer simulation doll mock bombs have been continuously developed in the 1950s from simple models such as cylinders and spheres to 4D phantoms that take into account the movement of the human body. This continuous development may mean that the maternal phantom plays a pivotal role in assessing human exposure to radiation.
일실시예에 따른 방사선 피폭 선량 평가 방법(100)에서 전산모사용 인형 모의피폭체는 장기가 격실화되고 일정 크기로 복셀화 된다. 전술한 바와 같이, 일예로 도 3에 도시한 바와 같이 복셀은 가로, 세로와 높이를 가지는 육면체로 육면체들의 집합을 통해 3차원의 물체가 정의될 수 있다. 도 4는 복셀 기반의 모의피폭체를 도시한 도면이다. 도 4에서 (a)는 대상체를 도시하고 (b)와 (c)는 복셀 기반의 모의피폭체의 정면과 측면의 단면 촬영도이고, (d)는 복셀 기반의 모의피폭체의 평면 촬영도이다. In the method for evaluating the dose of
하지만 복셀을 기반으로 제작된 복셀 기반의 모의피폭체는 인체 장기에 대한 묘사가 최대로 가능한 복셀 해상도가 고정되어 있다. 도 5는 복셀기반의 모의피폭체와 사면체면 기반 모의피폭체의 차이점을 도시하고 있다. 이러한 복셀 해상도는 도 5에 도시한 바와 같이 장기의 폐곡면을 계단 형식으로 표현해야 하거나, 큰 구멍이 뚫려 있고 실제 수 마이크로 미터 두께의 매우 얇은 장기는 정밀하게 표현하지 못할 수 있다. However, the voxel-based mock bombs based on voxels have a fixed voxel resolution that allows maximum description of human organs. 5 illustrates the difference between a voxel-based simulation and a tetrahedral plane-based simulation. Such voxel resolution may represent the closed curved surface of the organ as shown in FIG. 5, or may not accurately represent an extremely thin organ having a large hole and a thickness of several micrometers.
따라서 이러한 복셀 기반의 모의피폭체의 한계점을 극복하기 위해 폴리곤과 너브스 면으로 변환하여 매우 얇은 장기와 조직을 정확하게 표현할 수 있는 폴리곤면 기반의 모의피폭체가 개발되었다. Therefore, in order to overcome the limitations of the voxel-based mock-up, a polygon-based mock-up that can accurately represent very thin organs and tissues by converting them to polygons and nubs faces has been developed.
도 6은 폴리곤 면 기반의 남성(a) 및 여성(b) 모의피폭체들의 신체를 나타내고 있다. 6 shows the body of male (a) and female (b) mock subjects based on polygonal plane.
도 6 및 표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 남성 및 여성 모의피폭체의 신체 지수는 특정 국가의 표준, 예를 들어 표준한국인 신체지수 데이터를 기반으로 제작될 수 있다. 다른 국가의 표준 신체지수 데이터를 기반으로 모의피폭체를 제작할 수도 있다. As can be seen from FIG. 6 and Table 1, the body index of male and female mock subjects can be produced based on the body index data of a specific national standard, for example, the standard Korean. Mock bombs can also be constructed based on standard body index data from other countries.
폴리곤면 기반 모의피폭체의 단점은 몬테칼로 전산모사를 통한 계산시간이 오래 걸린다는 점이다. 폴리곤면 기반 모의피폭체의 단점을 극복하기 위해, 일실시예에 따른 방사선 피폭 선량 평가 방법(100)은 폴리곤면 기반 모의피폭체의 외형은 그대로 유지하면서 내부가 가득 채워진 모의피폭체로서 폴리곤면 기반 모의피폭체의 계산시간의 한계점을 극복한 사면체면 기반의 모의피폭체를 통해 피폭선량을 평가하는데 사용할 수 있다. The disadvantage of the polygon plane-based simulation is that it takes a long time to calculate through Monte Carlo simulation. In order to overcome the shortcomings of the polygonal plane-based mock exposure, the radiation exposure
도 7에서 (a)는 폴리곤면 기반의 모의피폭체를 도시하고 있고, (b)는 사면체면 기반의 모의피폭체를 도시하고 있다. 도 8은 사면체면 기반의 모의피폭체 내부 장기들 및 장기 구획들을 도시하고 있다. In FIG. 7, (a) illustrates a polygonal plane-based mock exposure, and (b) illustrates a tetrahedral plane-based mock exposure. FIG. 8 illustrates tetrahedral surface based simulated internal organs and organ compartments.
일실시예에 따른 방사선 피폭 선량 평가 방법(100)를 위해서는 도 8에 도시한 내부 장기들 중에서 방사성 의약품 섭취 후 방사성 의약품이 집적되는 선원장기(source organ)와 선원장기로 인해 피폭받는 표적장기(target organ)가 설정되어야 한다. For the
따라서 일실시예에 따른 방사선 피폭 선량 평가 방법(100)은 사전에 장기별 방사성 의약품이 집적된 선원장기 설정을 위해 모의피폭체의 장기를 격실화한 뒤 일정한 크기로 복셀화하고, 복셀의 중심점에서 선원을 발생시킨 뒤 장기 내부에 존재하는 점선원에 의한 선량 평가 결과만 취합하여 선원장기로 인한 표적장기의 피폭선량을 평가함으로서 내부피폭선량을 평가할 수 있다. Therefore, the method for evaluating the
일실시예에 따른 방사선 피폭 선량 평가 방법(100)은 추가적인 양전자 방출 단층 촬영이 없어 환자에게 불필요한 방사선 피폭을 야기하지 않으며 추가적인 수학적 알고리즘 계산이 필요하지 않기 때문에 선량평가를 위한 시간을 단축시킬 수 있다.The
이하에서 전술한 모의피폭체를 이용한 일실시예에 따른 방사선 피폭 선량 평가 방법(100)에 대한 구체적인 실시예를 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, a specific embodiment of the method for evaluating the
실시예Example
양전자 단층촬영(positron emission tomograpy, PET)은 양전자를 방출하는 방사성 의약품 섭취를 통해 인체의 생리 화학적 및 기능적 영상을 3차원적으로 획득 가능하지만 섭취된 방사성 의약품으로 인해 내부피폭이 동반된다. 이후 섭취된 방사성 의약품은 인체 내부 장기에 집적되며, 집적된 방사성의약품은 주변 조직의 기능을 저하시키고 암 등의 병변을 유발하므로 해당 환자의 내부피폭에 대한 계산이 필요하다. Positron emission tomograpy (PET) can acquire physiological and functional images of the human body in three dimensions by ingesting radiopharmaceuticals that emit positrons, but are accompanied by internal exposure due to ingested radiopharmaceuticals. Since ingested radiopharmaceuticals are accumulated in the internal organs of the human body, the integrated radiopharmaceuticals deteriorate the function of surrounding tissues and cause lesions such as cancer, so calculation of the internal exposure of the patient is necessary.
이에 따라 섭취 핵종의 종류와 섭취 후 경과 시간, 체내 신진대사 및 수학적 알고리즘을 기반으로 핵종의 체내 잔류량과 내부 피폭량 등의 계산이 가능한 프로그램들이 다양한 연구팀들에 의해 개발되어 왔다. Therefore, various research teams have been developing programs that can calculate the residual amount and internal exposure of nuclides based on the type of intake nucleus, elapsed time after ingestion, metabolism in the body, and mathematical algorithms.
하지만, 현재 상용화된 프로그램은 격실 모델과 수학적 알고리즘을 기반으로 계산된 선원장기 및 표적장기의 결과와 3~4회 정도 촬영된 PET영상을 기반으로 장기별로 방사성 의약품이 붕괴되어 피폭되는 경향성을 확인하고 선원 장기와 표적장기 간의 선량 평가를 통해 내부피폭 계산이 수행되어 피폭선량 계산에 많은 시간이 소요되고 있다. However, the current commercialized program confirms the tendency of radiopharmaceuticals to be decomposed and exposed to organs based on the results of source and target organs calculated on the basis of compartment models and mathematical algorithms and PET images taken 3-4 times. Internal dose calculations are performed through dose assessments between source organs and target organs, which takes much time to calculate doses.
따라서 본 실시예의 목적은 추가적인 수학적 알고리즘 없이 몬테칼로 전산모사와 전산모사용 인형 모의피폭체를 사용하여 사전에 계산된 내부피폭 선량값을 기반으로 PET 진단 환자의 피폭선량을 손쉽게 계산할 수 있는 내부피폭 선량평가 기반기술을 제공하는 것이다. Therefore, the purpose of this embodiment is to use the internal exposure dose that can easily calculate the exposure dose of the PET diagnosis patient based on the pre-calculated internal exposure dose value using Monte Carlo simulation and the doll simulation using computer simulation without additional mathematical algorithm. It is to provide evaluation-based technology.
내부피폭 선량평가를 위해서는 방사성 의약품 섭취 후 방사성 의약품이 집적되는 장기의 선원장기(source organ)와 선원장기로 인해 피폭 받는 표적장기(target organ)가 설정되어야 한다. 본 실시예에서는 선원장기의 설정을 위해 한양대학교 원자력공학과 첨단방사선공학 연구실에서 개발된 사면체면 기반의 표준한국인 모의피폭체가 사용되었다. For internal exposure dose assessment, the source organs of organs where radiopharmaceuticals accumulate after ingestion of radiopharmaceuticals and the target organs that are exposed due to the source organs should be established. In this example, a tetrahedral surface-based standard Korean mock bomb developed at Hanyang University's Advanced Radiation Engineering Laboratory was used to establish the long-term source.
본 실시예에서는 균일한 방사성 의약품이 집적된 선원장기를 설정하기 위해 도 9와 같이 모의피폭체의 장기를 격실화한 뒤 1 cm 크기로 복셀화하였다. 이후 각 복셀의 중심점에서 선원이 발생한다고 가정하고 장기 내부에만 존재하는 점 선원의 집합을 통해 선원장기가 정의 되었다.In this embodiment, in order to set the source organs in which the uniform radiopharmaceuticals are integrated, the organs of the mock subject are compartmentalized and voxelized to 1 cm in size as shown in FIG. 9. After that, assuming that a source occurs at the center of each voxel, the source organ is defined through a set of point sources that exist only inside the organ.
본 실시예에서는 정의된 선원장기(예를 들어 간)로부터 피폭 받는 표적장기(예를 들어 폐, 생식선, 가슴 및 소장)의 흡수선량이 평가되었고 이를 위해 Geant4 몬테칼로 시뮬레이션이 사용되었다. 계산된 선원장기 및 표적장기의 선량평가 결과는 기존 내부피폭 선량평가에서 사용되는 복셀 팬텀 기반의 선량평가 결과와 비교 평가 되었으며, 본 실시예에서 사용된 복셀 기반의 모의피폭체(팬텀)은 한양대학교 원자력공학과 첨단방사선공학 연구실에서 개발된 High Definition Reference Korean voxel phantom (HDRK-Man)이 사용되었다. In this example, the absorbed dose of target organs (eg lung, gonad, chest and small intestine) exposed from defined source organs (eg liver) was evaluated and Geant4 Monte Carlo simulation was used for this. The calculated dose evaluation results of the source organs and target organs were compared and evaluated with the voxel phantom-based dose evaluation results used in the existing internal exposure dose assessment. The voxel-based simulation targets (phantoms) used in the present embodiment were Hanyang University. High Definition Reference Korean voxel phantom (HDRK-Man) developed in the Nuclear Engineering and Advanced Radiation Engineering Laboratory was used.
도 10은 본 실시예를 통해 구현된 선원장기(예를 들어 간)를 도시한다. 10 illustrates a sailor organ (for example liver) implemented through this embodiment.
도 10에 도시한 바와 같이 선원장기(예를 들어 간)는 총 4,500개의 점 선원으로 구성되었다. 선원장기의 내부 점 선원은 각각 1x107개의 60Co 선원이 발생되었고, 점 선원 하나당 약 20분의 전산모사 시간이 소요되었다. 도 11은 선원장기(예를 들어 간)에서 발생된 60Co으로 인해 피폭된 표적장기(예를 들어 폐, 생식선, 가슴, 및 소장)의 흡수선량 또는 피폭선량 결과를 보여준다. As shown in Fig. 10, the sailor organ (for example, liver) was composed of a total of 4,500 point sources. The internal point sources of the sailor organs generated 1x10 7 60 Co crews each, and it took about 20 minutes of computer simulation time for each point crew. FIG. 11 shows the absorbed or exposed dose results of target organs (eg lung, gonad, breast, and small intestine) exposed due to 60 Co generated in source organs (eg liver).
선량평가 결과 선원장기 내부에서 균일하게 발생된 60Co으로 인해 선원장기인 간에 가장 높은 선량이 전달되었고 간과 가까운 장기인 폐, 가슴 그리고 소장에 까지 상대적으로 높은 선량이 전달되었다. 이와는 반대로 상대적으로 멀리 떨어져 있으며 크기가 작은 생식선에는 낮은 선량이 전달되었다. 전체적으로 복셀 기반의 모의피폭체(팬텀)에 비해 사면체 팬텀에서의 선원장기 및 표적장기의 선량이 최대 54% 정도 낮게 평가 되었는데, 복셀 기반의 모의피폭체(팬텀)의 경우 장기 외부 곡면의 모사가 정밀하지 못해 실제 장기보다 크게 모사되어 있어 상대적으로 높은 선량이 전달되었고, 또한 복셀 팬텀과 사면체 팬텀의 서로 다른 전산모사 툴로 인해 선량차이가 발생한 것으로 판단된다. As a result of dose assessment, the uniform dose of 60 Co inside the organ organs delivered the highest doses to the organ organs and relatively high doses to the lungs, chest and small intestine close to the liver. In contrast, low doses were delivered to relatively distant and small gonads. Overall, the doses of source organs and target organs in tetrahedral phantoms were estimated to be up to 54% lower than those of phantom-based phantoms. Due to the fact that it is larger than the actual organs, it has delivered relatively high doses. Also, the difference in dose is caused by different computer simulation tools of voxel phantom and tetrahedral phantom.
본 실시예는 추가적인 수학적 알고리즘 없이 PET 진단 환자의 내부피폭을 계산할 수 있는 선량평가 기반기술을 개발함에 목적을 두고 있다. 본 실시예에서 제안된 선량평가 결과 기존 복셀 팬텀을 통한 선량평가와 유사한 선원장기 및 표적장기의 흡수선량이 획득되었다. 추후 본 복셀 기반의 모의피폭체(팬텀)에서 제안된 선량평가 방법을 인체 전신에 적용한 뒤 다양한 방사성 의약품에 의한 선량 평가 결과를 데이터베이스화한다면, PET 진단 후 방사성 의약품이 집적된 위치의 선원에 의한 선량평가 결과값을 데이터베이스에서 선별하여 쉽고 빠른 내부피폭 선량평가가 가능할 것이다. This embodiment aims to develop a dose assessment based technique that can calculate the internal exposure of PET diagnosis patients without additional mathematical algorithms. As a result of the dose evaluation proposed in this example, absorbed doses of source organs and target organs similar to those of conventional dose assessments using voxel phantoms were obtained. If the dose evaluation method proposed in the phantom based phantom is applied to the whole human body and then the dose evaluation results by various radiopharmaceuticals are databased, the dose by the source where radiopharmaceuticals are accumulated after PET diagnosis Evaluation results can be selected from a database to facilitate easy and rapid internal exposure dose assessment.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the scope of the technical spirit of the present invention by the embodiments.
S110: 모의피폭체 준비 단계
S120: 제1장기에 선원 발생 단계
S130: 제1장기에서 발생된 선원으로 인한 제2장기의 방사선 피폭선량 결정S110: mock bomb preparation
S120: Generation of Sailors in
S130: Determination of the radiation exposure dose of the second long-term due to the source generated in the first long-term
Claims (12)
상기 모의피폭체의 선원장기로 지정되는 제1장기의 복셀에서 선원을 발생시키는 단계; 및
상기 모의피폭체의 표적장기로 지정되는 제2장기에 전달된 선량을 이용하여 상기 제1장기에서 발생된 선원으로 인한 상기 제2장기의 방사선 피폭선량 결정하는 단계를 포함하는 방사선 피폭선량 평가 방법.Preparing a mock subject in which an organ is compartmentalized and voxelized to a predetermined size;
Generating a source in a voxel of a first organ designated as a source organ of the mock exposure object; And
And determining the radiation exposure dose of the second organ due to the source generated in the first organ using the dose delivered to the second organ designated as the target organ of the simulated exposure target.
상기 방사선 피폭선량은 양전자 방출 단층 촬영에 의한 방사선 피폭선량인 방사선 피폭선량 평가 방법.The method of claim 1,
And the radiation exposure dose is a radiation exposure dose by positron emission tomography.
상기 장기는 둘 이상의 육면체 형상으로 복셀화된 방사선 피폭선량 평가 방법.The method of claim 1,
Wherein said organ is voxelized into two or more hexahedral shapes.
상기 육면체 형상은 정육면체인 방사선 피폭선량 평가 방법.The method of claim 3,
The method of evaluating the radiation exposure dose of the cube is a cube.
상기 선원을 발생시키는 단계에서,
상기 선원장기로 지정되는 상기 제1장기의 복셀 중심점에서 선원을 발생시키는 방사선 피폭선량 평가 방법.The method of claim 1,
In generating the source,
And a radiation exposure dose evaluation method for generating a source at a voxel center point of the first organ designated as the source organ.
상기 모의피폭체는 사면체 기반의 모의피폭체인 방사선 피폭선량 평가 방법.The method of claim 1,
The method of simulating radiation exposure dose of the simulated exposure is a tetrahedral simulation.
상기 모의피폭체의 선원장기로 지정되는 제1장기의 복셀에서 선원을 발생시키고 상기 모의피폭체의 표적장기로 지정되는 제2장기에 전달된 선량을 이용하여 상기 제1장기에서 발생된 선원으로 인한 상기 제2장기의 방사선 피폭선량 결정하는데 사용되는 모의피폭체.It is a simulated exposure system where organs are compartmentalized and voxel to a certain size.
The source is generated in the voxel of the first organ designated as the source organ of the mock exposure target, and the dose generated in the first organ using the dose delivered to the second organ designated as the target organ of the mock exposure target. A simulated exposure body used to determine the radiation dose of the second organ.
상기 방사선 피폭선량은 양전자 방출 단층 촬영에 의한 방사선 피폭선량인 모의피폭체.The method of claim 7, wherein
And the radiation exposure dose is a radiation exposure dose by positron emission tomography.
상기 장기는 둘 이상의 육면체 형상으로 복셀화된 모의피폭체.The method of claim 7, wherein
The organ is a mock exposure voxelized into two or more hexahedral shapes.
상기 육면체 형상은 정육면체인 모의피폭체.The method of claim 9,
The hexahedron shape is a cube mock exposure.
상기 선원장기로 지정되는 상기 제1장기의 복셀 중심점에서 선원을 발생시키는 모의피폭체.The method of claim 7, wherein
A simulated exposure target generating source at the voxel center point of the first organ designated as the source organ.
상기 모의피폭체는 사면체 기반인 것을 특징으로 하는 모의피폭체.The method of claim 7, wherein
The simulated subject is mock-substrate, characterized in that the tetrahedral base.
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