1.전리방사선
전리방사선이 물질을 통과할 때 그 물질을 구성하는 원자와 상호작용이 발생하고, 그 결과 방사선 에너지가 물질로 전달된다. 입사된 방사선은 물질에 전달되는 에너지에 따라 최초의 진행 방향이 바뀌어 산란하거나 소멸된다. 또한 방사선 에너지를 흡수한 물질의 원자로부터 전자가 방출되고, 고속전자들은 그들의 경로를 따라 다른 원자들과 상호작용하여
여기(excitation) 또는 전리(ionization)를 반복하면서 에너지를 전달한다. 이러한 상호작용이 물체 조직에서 발생하면 충분한 방사선 에너지가 세포 내에 축적될 수 있기 때문에 생물학적 효과를 유발하여 세포의 기능 장해 및 증식 억제, 세포사를 유발한다. 이때 인체에 미치는 영향은 선량에 의해 결정된다.
방사선의 측정은 세기, 에너지, 선량의 측정을 의미하며 여기서 선량은 세기와 에너지의 개념이 포함된 측정량으로서 방사선으로 인한 물질의 영향을 평가하는데 있어서 중요한 물리량이다. 방사선량은 크게 조사선량, 흡수선량, 등가선량으로 나눌 수 있다. 조사선량은 공기 중 방사선의 세기를 나타내는 기본적 양으로서 방사선으로 인한 공기 속 발생된 이온의 수와 관계가 있다. 등가선량의 경우에 흡수선량으로부터 환산되는데 인체의 방사선피폭을 다루는 분야에서 중요하다. 방사선치료에서 중요한 측정량은 흡수선량이다. 흡수선량 측정하기 위해서는 인체를 대신할 팬텀, 방사선검출기 및 적절한 측정절차가 필요하다.
2. 선량 측정용 팬텀
방사선치료에서 인체 내에서 선량을 측정할 수 있는 부위는 극히 한정되어 있기 때문에 방사선에 의한 흡수 및 산란 특성이 동일한 모형인 팬텀을 이용하여 선량을 측정하고 있다. 팬텀은 조직등가물질(tissue equivalent materials)로 구성되어야 하며, 방사선량을 측정하는 측정기의 모양 및 크기 등의 다양한 조건에 맞게 설계되어야 한다. 임상적으로 사용되고 있는 팬텀은 사용 목적과 재질에 따라 다르게 구분할 수 있다.
물은 인체의 약 70%를 구성하고 있다. 유효원자번호가 7.51, 밀도가 1g/cm^3으로 방사선의 흡수 및 산란 특성이 근육이나 연부조직과 유사하며, 그 원소의 구성이 일정하면서 방사선량으 ㅣ재현성이 우수하고 쉽게 이용할 수 있기 때문에 방사선치료에서 선량 측정용으로 많이 사용하고 있다. 방사선치료에서 대부분 빔 데이터는 물 팬텀에서 측정하고 있으며, 물 팬텀은 전리함 또는 반도체 검출기가 물속에서 자유롭게 이동 가능하기 때문에 절대선량 및 선량분포 측정하는데 용이하다. 일반적으로 물 팬텀의 크기는 50 * 50 * 50 cm^3 이상을 사용하고 있는데 선형가속기의 최대 조사야 40 * 40 cm^2와 어느 깊이에서 선속 확산을 고려하고, PMMA (Poly Methyl MethAcrylate) 또는 아크릴로 구성된 물 팬텀의 벽면에서 발생하는 산란선을 제거하기 위하여 측정 범위에서 5cm 이상의 여유를 두기 위합이다. 물은 주로 증류수를 이용하며, 선량 측정에 주로 사용되는 전리함과 반도체 검출기는 방수처리가 되어 있거나 물과 등가인 얇은 플라스틱 슬리브(sleeve)로 덮어 사용한다.
3. 고체와 인체 팬텀
고체팬텀의 크기는 면적이 약 30 * 30 cm^2 정도로서 판형이며, 두께는 1mm에서부터 수 cm까지 다양하다. 전리함용 고체팬텀은 특정한 전리함의 삽입을 위하여 가공된 팬텀으로서 일상적 출력선량의 측정에 사용된다. 고체팬텀은 물 팬텀에 비하여 사용이 편리하지만 물 흡수선량으로 환산하기 위해서는 엄격하게 평가된 보정인자를 적용해야 한다. 따라서 사용 시 팬텀의 밀도, 성분 등 물리적 특성을 사전에 파악하는 것이 중요하다.
고체 팬텀의 재질은 아크릴 수지 , 스티롤 수지, 파라핀, Mix D, Mix Dp등이 사용되고 있다.
인체팬텀은 여러 종류의 인체 조직으로 구성된 연부 조직, 뼈, 폐, 공기, 공동 등을 구현하여 일정 두께의 층을 쌓아 인체의 형태 및 장기 구성이 유사하게 제작된 팬텀(Anthropo-morphic phantom, Anderson Rando Phantom)으로 그 내부에 측정기를 삽입할 수 있도록 고안되어 있다. 인체는 여러 가지 복잡한 물질로 구성 되어 있고, 인체 내부 여러 장기에 따라 방사선의 흡수와 산란 특성이 변화하기 때문에 구분해서 적용해야 한다. 임상적으로 방사선치료계획의 정확한 선량 확인을 위하여 측정에 사용되고 있다.
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