몬테칼로 전산모사를 이용한 근접치료시 금 나노입자에 의한 선량 향상의 정량화 연구(Monte Carlo simulation study for quantification of dose enhancement by gold nanoparticles in brachytherapy)

Abstract

목적 최근 Hainfeld는 쥐의 종양에 금 나노입자를 주입하고 방사선을 조사하여 금 나노입자에 의해 종양의 선량이 향상됨을 확인하였다. 이 후 많은 연구자들은 금 나노입자에 의한 선량 향상을 정량적으로 평가하는 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 몬테칼로 전산코드를 이용하여 근접치료용 방사선원들에 의해 금 나노입자를 포함하고 있는 종양의 선량 향상 정도를 정량적으로 평가하였다.

재료 및 방법 금 나노입자에 의한 선량 향상은 MCNPX 전산코드를 이용하여 계산하였다. 본 연구에서 사용된 선원은 근접치료에 주로 사용되는 방사성핵종 192Ir, 125I, 103Pd와 137Cs을 이용하였으며 각 선원은 평행 광자빔으로 모사하였다. 각 선원에 대한 전산모사에서 금 나노입자는 종양에 균일하게 분포하는 것을 가정하였으며 주변 정상조직에는 금 나노입자가 존재하지 않는다고 가정하였다. 각 선원은 ICRU의 4-component 연조직으로 이루어진 반지름 4 cm의 구형 팬텀의 중심에 위치하였으며 종양은 팬텀의 중심에서 1 cm 위에 1 cm x 1 cm x 1 cm의 정육면체로 정의하였다. 종양 지역의 금 나노입자 농도는 Hainfeld의 연구를 기반으로 7, 18, 30 mg Au/g을 각각 사용하였다. 모든 계산에서 통계적 오차는 5% 미만이었다.

결 과 사용된 모든 방사선원에서 금 나노입자의 농도에 따른 선량 향상은 금 나노입자의 농도가 높을수록 선량이 높게 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 이 때, 사용된 방사선원 125I와 103Pd에 의한 선량 향상은 192Ir과 137Cs의 결과와 비교하여 더 높게 나타났는데 이는 금 나노입자에 입사하는 광자의 에너지가 작을수록 금의 광전효과 반응 확률이 높아지기 때문이다.

결 론 본 연구에서는 근접치료용 선원에 따라 금 나노입자에 의한 선량 향상 정도를 몬테칼로 전산모사를 이용하여 정량적으로 평가하였다. 금 나노입자에 의한 선량 향상은 금 나노입자의 농도가 높을수록 높게 나타났으며 저에너지 광자에 의해 더 높은 선량 향상을 보였다. 향후에는 다양한 방사선 치료에 의한 선량 향상 정량화 연구를 수행할 예정이다.