전자선의 특징과 에너지값, 등선량 분포의 특징과 작성 및 보정 인자

앞에서 설명한 광자선은 치료에 유용하지만 한계도 존재합니다. 이때 광자선을 통해 치료하기 힘든 부위를 전자선의 성질을 이용해 치료할 수 있습니다. 이번 시간에는 전자선의 특징과 에너지값, 등선량 분포의 특징과 작성 및 보정 인자에 대해 알아보겠습니다.

 

전자선의 특징과 에너지값, 등선량 분포의 특징과 작성 및 보정 인자

 

전자선의 특징

 

 

방사선 치료를 할 경우, 전자선의 가장 큰 특징은, 고에너지 광자선에 비하여 전자선이 입사표면에서 흡수 선량이 크고, 최대 흡수 선량 영역이 넓고, 유효 비정(심부선량 백분율 80~90%) 영역을 지나면 흡수 선량이 급격히 감소한다는 것입니다.

 

심부선량 백분율 곡선의 형태는 전자선 에너지에 따라서 변화하며, 그 에너지는 전자선 스펙트럼에 의존합니다.

 

 

전자선의 에너지 값

 

 

가속관 내 및 출구 에너지(accelerator energy: E)

 

가속관 내 및 출구의 전자선 에너지로, 이때 전자선 에너지는 균일하고, 좁은 에너지 스펙트럼 분포를 나타낸다.

 

 

최대 에너지

 

가속관에서 방출된 전자선은 산란 박이나 모니터 이온함 등, 여러 물질을 투과하여 팬텀에 도달합니다. 전자선은 흡수, 산란을 반복하여 저 에너지 방향으로 전자선 스펙트럼이 퍼집니다.

 

이때, 넓어진 전자선 스펙트럼에서 최대의 에너지 값을 최대 에너지라 합니다. 최대 에너지는 측정 지점에 따라 다르게 표기합니다.

 

 

최빈 에너지(most probable energy: En)

 

전자선 스펙트럼에서 전자가 가지고 있는 에너지 값 중에서 가장 많이 보이는 에너지 값을 말합니다.

 

 

평균 에너지(mean energy: E)

 

전자선의 스펙트럼에 있어서 평균이 되는 에너지 값으로, 측정 지점에 따라 다르게 표기합니다.

 

 

등선량 분포곡선

 

 

등선량 분포곡선은 환자 개개인의 치료 계획에 필요합니다.

 

표적 영역에 정확히 방사선이 들어갔는지, 그 외 조직에 방사선이 피폭됬는 지를 확인하기 위해 등선량 분포곡선을 이용합니다.

 

 

등선량 분포곡선의 특징

 

 

등선량 곡선은 중심 선속 상에서 최대 선량값의 위치를 100%로 하여 최대 선량값의 90%, 80%, 10%, 5%의 흡수 선량값을 연결하여 작성합니다.

 

90% 등선량 곡선은 치료에 주로 이용하며, 환자의 표적 영역과 일치시켜 사용합니다.

 

5% 등선량 곡선은 물질 내에서 발생한 제동 복사선량이나 콜리메이터에서 누설 선량을 나타내는 표시로 이용합니다.

 

등선량 곡선의 형태는 전자선 에너지, 콘의 모양, 산란 박 등에 의해 변화합니다.

 

 

등선량 분포곡선의 작성

 

 

등선량 분포곡선의 작성은 방사선 치료 및 방사선 안전 분야에서 중요한 과정입니다. 필름을 사용하여 등선량 곡선을 측정하는 방법은 다음과 같은 단계로 진행됩니다.

 

 

감도곡선 작성

 

필름의 흡수 선량과 농도 간의 관계를 나타내는 감도곡선을 작성해야 합니다. 이 곡선은 필름의 유제와 현상 처리 조건에 따라 달라지므로, 사용하는 필름의 유제번호마다 별도로 작성해야 합니다.

 

 

필름 선택

 

과거에는 현상이 필요한 radiograhic 필름이 사용되었으나, 최근에는 현상이 필요 없는 radiochromic 필름이 선호됩니다. 필름은 선속 방향에 대해 수평 또는 직각으로 설치하여 티렌코프 효과를 피해야 합니다.

 

 

설치 방법

 

필름을 선속에 평행하게 설치할 경우, 필름의 끝이 팬텀 표면과 일치하도록 해야 합니다. 필름 끝이 팬텀 표면보다 안으로 들어가면 선량이 적게 측정되고, 밖으로 나와 있으면 선량이 많게 측정됩니다. 또한, 필름과 팬텀 간의 밀착이 좋지 않으면 실제 흡수된 선량보다 더 많은 선량이 측정될 수 있습니다.

 

 

측정 및 분석

 

필름을 설치한 후 방사선을 조사하고, 현상 처리 후 필름의 농도를 측정하여 감도곡선과 비교함으로써 등선량 분포곡선을 작성합니다. 이 과정에서 동시 현상이 필요하여 현상 조건에 의한 오차를 최소화해야 합니다.

 

 

이러한 과정을 통해 얻은 등선량 분포곡선은 방사선 치료의 효과를 평가하고, 환자에게 전달되는 선량을 정확하게 측정하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 

등선량 곡선의 보정

 

 

일반적인 등선량 곡선은 표면이 평평한 조직 등가 물질에 선속을 수직으로 입사하여 측정합니다. 하지만 실제 방사선 치료를 할 경우, 환자의 체 표면은 평평하지 않고, 밀도가 다른 여러 조직이 존재하기에 흡수, 산란 등으로 등선량 곡선이 왜곡됩니다.

 

따라서 치료에 이용하기 위해선 이를 보정해야 합니다. 보정하기 위해 CT를 이용하여 불균질 물질의 위치, 크기, 밀도, 원자번호를 파악합니다.

 

보정 인자로는 air-gap, 작은 불균질 물질, 불균질 물질의 edge 효과, 큰 불균질 물질에 의한 왜곡이 있습니다.

 

 

Air-gap

 

환자의 체표가 평평하지 않아서 조사 부위에서 air-gap이 발생할 수 있습니다.

 

등선량 곡선은 최대 깊이에서 측방 산란성이 증가합니다.

 

최대선량 깊이가 표면으로 이동하고 투과 선량이 증가합니다.

 

전자선의 입사각이 클수록 최대 깊이는 얕은 곳으로 이동하며, air-gap이 존재할 때도 등선량 곡선은 표면 방향으로 이동합니다.

 

 

작은 불균질 물질

 

고밀도 물질이 존재할 경우:

 

1차 전자 선속은 물질을 통과한 후 선량이 감소합니다.

 

고밀도 물질에서의 측방 선량은 측방 산란에 의해 증가합니다.

 

결과적으로 고선량 영역과 저 선량 영역이 깊이에 따라 형성됩니다.

 

 

저밀도 물질이 존재할 경우:

 

저밀도 물질 통과 후 고선량 영역이 나타납니다.

 

공동이 있을 때의 등선량 분포가 깊은 방향으로 이동하고, 뼈가 있을 때는 얕은 방향으로 이동합니다.

 

불균질 물질의 단(edge) 효과

 

전자선 조사 면의 한 변을 납으로 차폐할 경우

 

납 판 아래는 1차 선속에 흡수되어 저 선량 분포가 형성됩니다.

 

납 판 끝부분에선 최대와 최소의 선량 영역이 생깁니다.

 

전자선의 단(edge) 효과는 최대선량 영역과 최소선량 영역의 변화율이 깊이에 따라 작아집니다.

 

전자선 에너지가 증가하면 산란각이 예각이 됩니다.

 

큰 불균질 물질

 

불균질 물질의 크기에 따라 전자선의 흡수와 산란이 달라집니다.

 

저밀도 조직에서는 1차 전자선의 흡수가 적어 등선량 곡선이 심부 방향으로 이동합니다.

 

폐와 균질조직의 경계에서는 후방산란량이 적어 선량이 감소하는 현상(build down 효과)이 발생합니다.

 

 

고밀도 조직이 존재할 경우, 1차 전자선의 흡수가 크기 때문에 등선량 곡선이 피부 표면 방향으로 이동합니다.

 

뼈와 균질조직의 경계에서는 골조직 내에서 후방산란량이 많아 선량이 증가합니다.

 

이러한 요소들은 전자선 치료의 효과와 안전성을 평가하는 데 중요한 역할을 합니다.