Geant4 몬테칼로 코드를 이용한 복셀팬텀 내 3차원 선량분포 가시화 (Three-dimensional visualization of dose distribution in voxel phantom with Geant4)

Abstract

목적 현존하는 범용 몬테칼로 코드들을 이용하여 계산된 복셀팬텀 내의 선량분포를 타겟 및 주변 구조물과 함께 3차원적으로 확인하는 것은 쉽지 않다. 본 연구에서는 Geant4 코드를 통해 계산된 복셀팬텀의 3차원 선량분포와 함께 복셀팬텀으로부터 변환된 동일한 형태의 폴리곤팬텀을 보여줌으로써 몬테칼로 계산이 종료됨과 동시에 선량분포의 파악이 용이하도록 한다.

재료 및 방법 Geant4 코드가 제공하는 G4VNestedParameterisation 클래스를 통하여 정의되는 작은 박스 형태의 복셀들은 각각의 색이나 투명도를 특정한 값에 따라 정해줄 수 있다. 본 연구에서는 복셀 각각의 물질과는 상관없이 해당복셀이 받은 선량, 즉 축적된 에너지에 따라 색과 투명도를 변화시켜 선량 분포를 3차원적으로 가시화하였다. 하지만 이 방법만으로는 선량분포를 주변의 기하학적 인체 구조물과 함께 확인할 수 없다. 이를 위하여 본 연구에서 사용된 복셀팬텀으로부터 변환된 동일한 형태의 폴리곤팬텀을 동일 위치에서 `Readout geometry’로 입력하여 가시화하였다. G4VReadoutGeometry 클래스는 scoring만을 위한 클래스로써 입자수송에는 전혀 영향을 끼치지 않으므로 geometry끼리 겹치더라도 문제가 되지 않았고 본 연구에서는 오직 가시화 목적으로만 사용되었다. 먼저 정확한 선량분포 확인을 위하여 복셀팬텀의 장기 ID에 따라 복셀들을 가시화하여 폴리곤팬텀과의 일치 여부를 확인하였다. 다음으로 전립선을 타겟장기로 가정하여 골반 양쪽방향에서 입사하는 단일 에너지 양성자 빔을 모사하였고 3차원 선량분포와 폴리곤 형태로 가시화된 전립선의 일치 여부를 확인하였다.

결 과 본 연구에서 Geant4 코드에 입력된 복셀팬텀과 폴리곤팬텀은 Geant4 코드 내에서 위치, 크기, 모양이 정확하게 일치하였다. 전립선을 타겟장기로 가정했을 때 좌우측 각각 163 MeV, 157 MeV의 단일 에너지를 갖는 직경 2.6 cm의 양성자 빔에 의한 3차원 선량분포가 폴리곤 형태로 가시화된 전립선과 일치함을 대략적으로 확인할 수 있었다.

결 론 본 연구에서 사용된 방법은 DICOM 이미지로부터 복셀형태로 몬테칼로 코드에 입력되는 타겟팬텀의 3차원 선량분포 확인을 용이하게 해줄 수 있을 것으로 기대된다.