Deconvolution of Detector Size Effect Using Monte Carlo Simulation

몬데카를로 시뮬레이션을 이용한 검출기의 크기효과 제거

The detector size effect due to the spatial response of detectors is a critical source of inaccuracy in clinical dosimetry that has been the subject of numerous studies. Conventionally, the detector response kernel contains all the information about the influence that the detector size has on the measured beam profile. Various analytical models for this kernel have been proposed and studied in theoretical and experimental works. Herein, a method to simply determine the detector response kernel using the Monte Carlo simulation and convolution theory has been proposed. Based on this numerical method, the detector response kernel for a Farmer type ion chamber embedded in a water phantom has been obtained. The obtained kernel shows characteristics of both the pre-existing parabolic model proposed by Sibata et al. and the Gaussian model used by Garcia-Vicente et al. From this kernel and deconvolution technique, the detector size effect can be removed from measurements for 6MV, 10${\times}$10 $\textrm{cm}^2$ and 0.5${\times}$10 $\textrm{cm}^2$photon beams. The deconvolved beam profiles are in good agreements with the measurements performed by the film and pin-point ion chamber, with the exception of in the tail legion.

선량 측정기의 공간적인 반응특성 때문에 나타나는 detector의 크기효과는 임상적인 선량측정을 부정확하게 만드는 중요한 원인이기에 많은 연구의 대상이 되어왔다. 관례적으로 detector response kernel은 detector 자체의 크기가 측정한 방사선의 선량분포에 대해 미친 영향에 대한 정보를 포함하고 있다. 이 kernel에 대해 다양한 수학적 모델들이 제안되었고 실험적으로 이론적으로 연구되어왔다. 이 논문은 convolution이론과 Monte Carlo simulation만을 이용하여 detector의 kernel을 결정하는 방법을 제시한다. 이 수치해석적인 방법을 사용하여 물 phantom에 잠긴 Farmer형 ion chamber의 detector response kernel을 계산하였다. 계산된 kernel은 기존의 parabolic 모델의 특성과 Gaussian 모델의 특성을 동시에 나타내고 있다. 이 kernel과 deconvolution 방법을 사용하여 측정된 6MV, 10${\times}$10 $\textrm{cm}^2$, 0.5${\times}$10 $\textrm{cm}^2$ 광자선으로부터 크기효과를 제거하였다. 크기효과가 제거된 방사선의 선량분포는 꼬리부분을 제외하고는 film이나 pin-point ion chamber에 의해 측정된 결과와 유사한 선량분포를 나타냈다.