3D 프린팅 재료의 방사선량 특성 예비 연구

초록

본 연구는 5 cm 정육면체 형태의 3D‑프린팅 부품(인필 50 %, 75 %, 100 %)을 CT로 스캔하고, 6 MV 광자빔을 통과시켰을 때의 선량 분포를 TPS와 EBT3 필름·2D 어레이로 측정하였다. 공기 대비 50 %·75 % 부품은 9699 %의 투과율을 보였으며, 100 % 부품은 물과 유사하게 8284 %의 감쇠를 나타냈다. HU 값은 각각 –910, –860, –10으로, 인필 비율에 따라 선량 감쇠와 CT 숫자가 일관되게 변함을 확인했다.

상세 요약

이 논문은 3D‑프린팅 기술을 방사선 치료 보조재(보상기, 고정기)로 활용하기 위한 물리적 타당성을 검증하려는 시도로, 실험 설계와 결과 해석에서 몇 가지 강점과 한계를 동시에 보여준다. 첫째, 인필 비율을 50 %, 75 %, 100 %로 체계적으로 변환함으로써 재료 밀도와 선량 감쇠 사이의 정량적 관계를 직접 측정했다는 점은 매우 의미 있다. 특히, CT 시뮬레이터를 이용해 각 부품의 Hounsfield Unit(HU)을 측정하고, 이를 TPS 입력값으로 활용한 것은 실제 임상 환경에서의 적용 가능성을 높인다. 두 번째로, 6 MV 광자빔이라는 표준 치료 에너지를 사용하고, EBT3 필름과 2D 어레이(detector)라는 두 종류의 독립적인 측정 장치를 병행함으로써 측정 오차를 최소화하고 결과의 신뢰성을 확보했다.

하지만 몇 가지 제한점도 눈에 띈다. 첫째, 실험에 사용된 부품은 정육면체(5 cm)라는 단순 형상에 국한되어 있어, 실제 환자 맞춤형 복잡한 형태의 보상기나 고정기에 적용될 때 발생할 수 있는 경계 효과나 비균일성에 대한 검증이 부족하다. 둘째, 6 MV 외의 고에너지(10 MV 이상) 혹은 저에너지(1 MV) 빔에 대한 선량 특성을 조사하지 않아, 다양한 치료 프로토콜에 대한 일반화가 제한된다. 셋째, 인필 비율 외에 프린팅 재료 자체(예: PLA, ABS, TPU)의 물리적·화학적 차이가 선량 감� attenuation에 미치는 영향을 별도로 분석하지 않았다. 이는 재료 선택 시 고려해야 할 중요한 변수이다. 넷째, TPS에서 사용된 계산 알고리즘(예: AAA, Acuros 등)과 그 파라미터 설정이 명시되지 않아, 계산값과 측정값 사이의 차이가 알고리즘 특성에 기인한 것인지, 실제 물리적 차이에 기인한 것인지 구분하기 어렵다.

이러한 제한에도 불구하고, HU와 선량 감쇠가 인필 비율에 따라 일관되게 변한다는 결과는 3D‑프린팅 부품을 CT 기반 계획에 그대로 통합할 수 있음을 시사한다. 특히, 100 % 인필 부품이 물과 거의 동일한 HU(–10)와 선량 감쇠(82~84 %)를 보인 점은, 물 대체 물질이나 보상기로 활용할 경우 별도의 교정 없이도 정확한 선량 전달이 가능함을 의미한다. 향후 연구에서는 다양한 형상, 고에너지 빔, 다른 프린팅 재료 및 복합 인필 패턴을 포함시켜, 임상 적용 범위를 확대하고 QA 프로토콜을 정립할 필요가 있다.