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  • [Phys Med Biol] Incorporation of micro-CT-based detailed bone models into ICRP adult mesh-type reference computational phantoms

    [Phys Med Biol] Incorporation of micro-CT-based detailed bone models into ICRP adult mesh-type reference computational phantomsICRP 메쉬형 성인 표준 팬텀과 마이크로 CT 기반 세부 뼈 모델 통합 연구

    한양대 / 신방호, 김찬형*

  • 출처
    Phys Med Biol
  • 등재일
    2022 Sep 12
  • 저널이슈번호
    67(18). doi: 10.1088/1361-6560/ac8af4.
  • 내용

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    Abstract
    Objective.The red bone marrow (RBM) and bone endosteum (BE), which are required for effective dose calculation, are macroscopically modeled in the reference phantoms of the international commission on radiological protection (ICRP) due to their microscopic and complex histology. In the present study, the detailed bone models were developed to simplify the dose calculation process for skeletal dosimetry.Approach.The detailed bone models were developed based on the bone models developed at the University of Florida. A new method was used to update the definition of BE region by storing the BE location indices using virtual sub-voxels. The detailed bone models were then installed in the spongiosa regions of the ICRP mesh-type reference computational phantoms (MRCPs) via the parallel geometry feature of the Geant4 code.Main results.Comparing the results between the detailed-bone-installed MRCPs and the original MRCPs with the absorbed dose to spongiosa and fluence-to-dose response function (DRF)-based methods, the DRF-based method showed much smaller but still significant differences. Compared with the values given in ICRPPublications116 and 133, the differences were very large (i.e. several orders of magnitudes), due mainly to the anatomical improvement of the skeletal system in the MRCPs; that is, spongiosa and medullary cavity are fully enclosed by cortical bone in the MRCPs but not in the ICRP-110 phantoms.Significance.The detailed bone models enable the direct calculation of the absorbed doses to the RBM and BE, simplifying the dose calculation process and potentially improving the consistency and accuracy of skeletal dosimetry.

     

    Geant4 코드의 parallel world 기능을 이용하여 복셀 기반의 상세 뼈 모델을 ICRP 메시형 표준 인체전산팬텀의 경추에 설치한 모습

     

     

    Affiliations

    Bangho Shin 1, Yeon Soo Yeom 2, Chansoo Choi 1 3, Wesley E Bolch 3, Haegin Han 1, Thang Tat Nguyen 4, Sungho Moon 1, Gahee Son 1, Suhyeon Kim 1, Hyeonil Kim 1, Chan Hyeong Kim 1
    1Department of Nuclear Engineering, Hanyang University, Seoul, Republic of Korea.
    2Department of Radiation Convergence Engineering, Yonsei University, Wonju, Republic of Korea.
    3J Crayton Pruitt Family Department of Biomedical Engineering, University of Florida, Gainesville, FL, United States of America.
    4Department of Nuclear Engineering and Environmental Physics, Hanoi University of Science and Technology, Hanoi, Vietnam.

  • 키워드
    ICRP reference computational phantom; Monte Carlo dose calculation; bone endosteum; micro-CT-based detailed bone model; red bone marrow.
  • 연구소개
    적색골수(red bone marrow)와 뼈속막(bone endosteum)은 방사선 감수성이 높은 조직 중 하나로 방사선에 피폭될 경우 백혈병과 뼈암을 유발할 수 있기 때문에, 이들에 대한 피폭선량을 정확하게 평가할 필요가 있습니다. 하지만 적색골수와 뼈속막의 복잡하고 미세한 구조로 인해 국제방사선방호위원회(ICRP) 표준팬텀(ICRP-110 및 ICRP-145 보고서)은 이들을 직접적으로 정의하지 않고 적색골수, 황색골수, 뼈속막, 해면골이 균질하게 섞인 해면질 모델으로 단순하게 정의하고 있습니다. 따라서 표준팬텀을 이용하여 적색골수 및 뼈속막에 대한 선량을 직접적으로 산출할 수 없기 때문에 ICRP에서는 표준선량계수 산출 시 선량반응함수, 기타 모델 등을 이용하고 있습니다. 본 연구에서는 ICRP 메시형 표준팬텀 내 적색골수 및 뼈속막이 정의되어 있는 micro CT 기반의 복셀형 상세 뼈 모델을 설치하였습니다. 상세 뼈 모델이 설치된 ICRP 메시형 표준팬텀은 기존에 사용하던 선량반응함수 및 기타 모델을 사용하지 않고 표준팬텀만을 사용한 일관적이고 정확한 적색골수 및 뼈속막 선량을 산출할 수 있을 것으로 생각합니다.
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