Development of Phantom and Comparison Analysis for Performance Characteristics of MOSFET Dosimeter

MOSFET 선량계 특성분석을 위한 팬톰 개발 및 특성 비교

This study is to develope a phantom for MOSFET (Metal Oxide Semiconductors Field Effect Transistors) dosimetry and compare the dosimetric properties of standard MOSFET and microMOSFET with the phantom. In this study, the developed phantom have two shape: one is the shape of semi-sphere with 10cm diameters and the other one is the flat slab of $30{\times}30cm$with 1 cm thickness. The slab phantom was used for calibration and characterization measurements of reproducibility, linearity and dose rate dependency. The semi-sphere phantom was used for angular and directional dependence on the types of MOSFETs. The measurements were conducted under $10{\times}10cm^2$ fields at 100cm SSD with 6MV photon of Clinac (21EX, Varian, USA). For calibration and reproducibility, five standard MOSFETS and microMOSFETs were repeatedly Irradiated by 200cGy five times. The average calibration factor was a range of $1.09{\pm}0.01{\sim}1.12{\pm}0.02mV/cGy$ for standard MOSFETS and $2.81{\pm}0.03{\sim}2.85{\pm}0.04 mV/cGy$ for microMOSFETs. The response of reproducibility in the two types of MOSFETS was found to be maximum 2% variation. Dose linearity was evaluated In the range of 5 to 600 cGy and showed good linear response with $R^2$ value of 0.997 and 0.999. The dose rate dependence of standard MOSFET and microMOSFET was within 1% for 200 cGy from 100 to 500MU/min. For linearity, reproducibility and calibration factor, two types of MOSFETS showed similar results. On the other hand, the standard MOSFET and microMOSFET were found to be remarkable difference in angular and directional dependence. The measured angular dependence of standard MOSFET and microMOSFET was also found to be the variation of 13%, 10% and standard deviation of ${\pm}4.4%,\;{\pm}2.1%$. The directional dependence was found to be the variation of 5%, 2% and standard deviation of ${\pm}2.1%,\;{\pm}1.5%$. Therefore, dose verification of radiation therapy used multidirectional X-ray beam treatments allows for better the use of microMOSFET which has a reduced angular and directional dependence than that of standard MOSFET.

본 연구는 MOSFET (Metal Oxide Semiconductors Fleid Effect Transistors) 선량계의 교정과 특성분석을 위해서, 자체 팬톰을 개발하고 이 팬톰을 적용하여 표준감도와 고감도 두 종류의 MOSFET선량계의 특성을 비교 평가하는 것이다. 본 연구에서 개발한 팬톰은 직경 10cm의 반구형 모양인 팬톰과 1cm 두께 $30{\times}30cm^2$의 평판형의 팬톰으로 아크릴로 제작되었다. 평판형 팬톰은 MOSFET 선량계의 교정과 선량재현성, 선량직선성, 선량률 의존성을 측정하는데 사용하였으며 반구형 팬톰은 빔 입사각도 및 선량계 방향에 대한 MOSFET 선량계 특성을 분석하기 위해서 사용하였다. 모든 측정과정은 선형가속기(CL21EX, Varian, USA)의 6 MV 광자선, SSD 100cm, 조사면 $10{\times}10 cm^2$에서 수행하였다 선량계 교정과 선량재현성 평가에 사용된 5개의 표준감도와 고감도 MOSFET 선량계에 각각 200 cGy로 5번 반복 조사하여 $1.09{\pm}0.01{\sim}1.12{\pm}0.02,\;2.81{\pm}0.03{\sim}2.85{\pm}0.04mV/cGy$. 범위의 평균 교정계수가 결정되었고 선론쌔현성은 두 선량계 모두 2%이내로 거의 동일하였다. $5{\sim}600\;cGy$ 범위에서의 선량직선성은 두 MOSFET 선량계 모두 결정계수 $R^2=0.997$, 0.999인 좋은 선량직선성을 나타내었다. 200 cGy로 $100{\sim}600\;MU/min$ 범위의 선량률 의존성도 1%이내로 두 선량계가 동일하게 나타났다. 그러나 빔 입사각도와 선량계 방향의 의존성 평가에서, 표준감도와 고감도 MOSFET선량계는 평균적으로 빔 입사각도에 대해 13%, 10%의 변동폭과 ${\pm}4.4%$와 ${\pm}2.1%$의 표준편차가 있었으며, 선량계 방향에 대해 5%, 2%의 변동폭, ${\pm}2.1%$와 ${\pm}1.5%$의 표준편차로 두 선량계 간 현저한 차이를 나타났다 그러므로 여러 방향의 치료빔을 사용하는 방사선 치료의 선량검증을 위해서는 빔 입사각도와 선량계 방향의 의존성이 적은 고감도 MOSFET 선량계를 사용하는 것이 표준감도 WOSFET 선량계를 사용하는 것보다는 더 정확한 선량검증을 수행할 수 있을 것으로 사료된다.