토모치료기 Catcher^TM Couch의 유용성에 대한 고찰

엄기천,이충환,전수동,송흥권,백금문,Um, Ki Cheon,Lee, Chung Hwan,Jeon, Soo Dong,Song, Heung Kwon,Back, Geum Mun 대한방사선치료학회 2019 대한방사선치료학회지 Vol.31 No.2

목 적: 최근 Radixact^® X9에서는 치료테이블의 처짐을 방지하는 Catcher^TM가 추가되었다. 본 연구에서는 정확한 선량전달을 위한 토모테라피의 메가볼트 전산화단층촬영(MVCT) 영상유도방사선치료 시 Tomo-HDA^®의 General Couch와 Radixact^® X9의 Catcer^TM Couch의 치료테이블 처짐 정도를 팬텀을 이용하여 정량적으로 비교하고 그 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 팬텀연구를 위해 란도팬텀을 이용하였으며, 치료부위에 따른 변화를 위해 두경부와 골반부에 중심점을 설정하였다. 또한, 무게에 따른 변화를 위해 자체 제작한 저용융점납합금을 이용하였다. 납합금의 무게를 점차 증가시켜(A: 15kg, A+B: 30kg, A+B+C: 45kg) MVCT 영상을 획득하였으며, 수직오차 및 회전(Pitch)오차를 측정하였다. 환자연구를 위해 본원에서 토모테라피를 이용하여 방사선치료를 받은 120명의 환자를 선정하였다. Tomo-HDA^®과 Radixact^® X9에서 각각 60명씩 치료를 받았으며, 치료부위는 두경부와 골반부로 30명씩 분류하여 선정하였다. 환자연구 방법으로는 치료 첫 날 획득한 MVCT 영상의 척추를 기준으로 수직오차 및 회전(Pitch) 오차를 측정하여 평균값을 산출하였다. 결 과: 팬텀연구 결과 Tomo-HDA^®의 General Couch에서는 무게가 증가함에 따라 두경부와 골반부 모두 수직 및 회전(Pitch)오차가 비례하여 증가하였고, 두경부에서 최대 7.52mm, 0.38°, 골반부에서 최대 11.94mm, 0.92° 발생하였다. Radixact^® X9의 Catcher^TM Couch에서는 0.02~0.1mm, 0~0.04°의 오차범위가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 환자연구 결과 Radixact^® X9의 Catcher^TM Couch에서 두경부 4.79mm, 0.33°, 골반부 7.66mm, 0.22° 더 낮게 측정되었다. 결 론: 팬텀연구 결과 Tomo-HDA^®의 General Couch에서는 무게가 증가함에 따라 수직오차 및 회전(Pitch) 오차가 비례하여 증가하였으며, 특히 두경부보다는 골반부에서 더 많이 증가하였다. 하지만, 본 연구의 목적인 Radixact^® X9의 Catcher^TM Couch에서는 무게와 부위라는 변수상관 없이 일정한 오차가 발생하였다. 결론적으로 Catcher^TM Couch는 Couch 처짐이라는 Mechanical error를 최소화 할 수 있으며, 두경부보다는 골반부에서 더 유용하게 작용한다는 사실을 알 수 있었다. 토모테라피를 이용한 방사선치료 시 Radixact^® X9의 Catcher^TM Couch를 사용한다면 토모테라피의 특성상 보정할 수 없는 회전(Pitch)오차를 최소화하는데 기여할 수 있을 것이라고 사료된다. Purpose: Recently, A Catcher was added to prevent sagging in Radixact^® X9. In this study, We quantitatively compared general couch of Tomo-HDA^® with catcher couch of Radixact^® X9 using the human phantom and evaluated usefulness of catcher. Materials and methods: We used rando phantom for phantom study and set the each iso-center of head and neck region and Pelvis region for region parameter. Furthermore, We used hand made low melting point alloys for weight parameter. MVCT(Mega Voltage Computed Tomography) images were acquired for vertical error and rotation(pitch) error measurement increasing weight(A: 15kg, A+B: 30kg, A+B+C: 45kg). We selected 120 patients who has been treated using Tomotherpy machine for patient study. 60 patients has been treated in Tomo-HDA^® and the other 60 patients treated in Radixact^® X9. In the patient study methods, vertical error and rotation(pitch) error was measured for mean value calculation using MVCT images acquired on first day of radiation therapy. Result: Result of phantom study, Vertical error and rotation(pitch) error was increased proportionally increased as the weight increases in general couch of Tomo-HDA^®. each maximum value was 7.52mm, 0.38° in head and neck region and 11.94mm, 0.92° in pelvis region. However, We could confirm that there was stable error range(0.02~0.1mm, 0~0.04°) in Catcher couch of Radixact^®. Result of patient study, The head and neck region was measured 4.79mm 0.33° lower, and the pelvis region was measured 7.66mm, 0.22° lower in Catcher couch of Radixact^® X9. Conclusion: In this study, Vertical error and rotation(pitch) error was proportionally increased as the weight increases in general couch of Tomo-HDA^®. Especially, The pelvis region error was more increased than the head and neck region error. However, Vertical error and rotation(pitch) error was regularly generated regardless of weight or regions in Catcher^TM couch of Radixact^® X9 that this study's purpose. In conclusion, Catcher^TM couch of Radixact^® X9 can minimize mechanical error that couch sagging. Furthermore, The pelvis region is more efficiency than head and neck region. In radiation therapy using Tomotherapy machine, it is regarded that may contribute to minimizing unadjusted pitch error due to characters of Tomotherapy.

폐암의 호흡동조방사선치료 시 변형영상정합을 이용한 4차원 선량평가

엄기천,유순미,윤인하,백금문,Um, Ki Cheon,Yoo, Soon Mi,Yoon, In Ha,Back, Geum Mun 대한방사선치료학회 2018 대한방사선치료학회지 Vol.30 No.1

목 적 : 폐암의 호흡동조방사선치료(Respiratory Gated Radiotherapy, RGRT)계획수립 후 표적 주변에 위치하고 있는 정상장기의 경우에는 움직임과 용적변화가 고려되지 않은 상태에서 선량평가가 이루어지는 경우가 많다. 본 연구에서는 적응형방사선치료(Adaptive Radiotherapy, ART)에서 많이 사용되는 변형영상정합(Deformable Image Registration, DIR)을 이용하여 호흡동조방사선치료 시 특정 위상에서의 정상장기의 움직임을 반영한 4차원-선량평가를 진행하였으며, 3차원 선량평가와의 차이를 연구하였다. 또한, 폐암의 치료계획평가 시 환자 호흡에 따른 정상장기의 움직임과 용적변화에 대한 분석 및 고려가 필요한 지 알아보고자 한다. 대상 및 방법 : 호흡동조방사선치료를 받은 폐암 환자 10명을 대상으로 하였다. Eclipse(Ver 13.6 Varian, USA)로 최고 위상 CT영상에 그려진 구조물을 모든 위상영상에 Propagation($Eclipse^{TM}$)이나 Segmentation Wizard($Eclipse^{TM}$)의 메뉴로 동일하게 설정하였으며, Center-to-Center 방식으로 구조물의 움직임 및 용적을 분석하였다. 또한, 4차원 선량평가를 위해 VELOCITY 프로그램(VELOCITY Ver 4.0, Varian, USA)을 이용하여 각 위상의 영상과 선량분포를 최고 위상 CT영상에 변형하였으며, 선량을 합산하여 정상장기의 4차원 선량평가를 실시하고, 3차원 선량평가와 비교분석을 하였다. 또한, 4차원 선량분포의 검증을 위해 $QUASAR^{TM}$ Phantom(Modus Medical Devices)과 $GAFCHROMIC^{TM}$ EBT3 Film(Ashland, USA)을 사용하여 4차원 감마분석을 시행하였다. 결 과 : 들숨과 날숨 구간의 움직임은 우측 폐가 축 방향 $0.989{\pm}0.34cm$로 가장 컸으며, 척수가 측 방향 -0.001 cm로 가장 작았다. 30~70 % 구간의 움직임은 식도가 축 방향 $0.52{\pm}0.21cm$로 가장 컸으며, 척수가 전후방향 $0.013{\pm}0.01cm$로 가장 작았다. 용적은 우측 폐가 33.5 %로 가장 큰 변화율을 보였다. 3차원 선량평가와 4차원 선량평가에서의 PTV 선량균질지수(Conformity Index, CI) 값과 처방선량지수(Homogeneity Index, HI) 값의 차이는 각각 최대 0.076, 0.021, 최소 0.011, 0.0으로 평가되었다. 정상장기의 경우 4차원 선량평가에서 0.0045~2.76 % 차이를 보였다. 모든 환자의 4차원 감마통과율은 평균 $98.1{\pm}0.42%$로 확인되었고, 모두 기준 95 %를 통과하였다. 결 론 : 모든 환자의 PTV 선량균질지수 값은 4차원 선량평가 시 더 유의한 값임을 확인할 수 있었으며, 처방 선량지수는 두 선량평가에서 차이를 보이지 않았다. 호흡에 의한 움직임이 고려된 4차원 선량분포에서 PTV 경계부분이 채워져 3차원 선량분포에서보다 선량이 더욱 균질한 것을 확인할 수 있었다. 정상장기의 4차원 선량평가에서 0.004~2.76 % 차이가 있었으며, 척수를 제외한 모든 정상장기에서 두 평가방법의 차이유의를 확인할 수 있었다. 정상장기의 3차원 선량평가 시 과소평가가 이루어 질 수 있다는 사실을 본 연구를 통해 알 수 있었으며, 호흡에 의한 정상장기의 선량변화가 예상되는 경우 변형영상정합을 이용한 4차원 선량평가를 고려할 수 있을 것이다. 변형영상정합을 이용한 4차원 선량평가는 환자의 호흡에 의한 정상장기의 움직임과 용적 변화를 반영하는 조금 더 현실적인 선량평가방법이 될 것이라고 사료된다. Purpose : After planning the Respiratory Gated Radiotherapy for Lung cancer, the movement and volume change of sparing normal structures nearby target are not often considered during dose evaluation. This study carried out 4-D dose evaluation which reflects the movement of normal structures at certain phase of Respiratory Gated Radiotherapy, by using Deformable Image Registration that is well used for Adaptive Radiotherapy. Moreover, the study discussed the need of analysis and established some recommendations, regarding the normal structures's movement and volume change due to Patient's breathing pattern during evaluation of treatment plans. Materials and methods : The subjects were taken from 10 lung cancer patients who received Respiratory Gated Radiotherapy. Using Eclipse(Ver 13.6 Varian, USA), the structures seen in the top phase of CT image was equally set via Propagation or Segmentation Wizard menu, and the structure's movement and volume were analyzed by Center-to Center method. Also, image from each phase and the dose distribution were deformed into top phase CT image, for 4-dimensional dose evaluation, via VELOCITY Program. Also, Using $QUASAR^{TM}$ Phantom(Modus Medical Devices) and $GAFCHROMIC^{TM}$ EBT3 Film(Ashland, USA), verification carried out 4-D dose distribution for 4-D gamma pass rate. Result : The movement of the Inspiration and expiration phase was the most significant in axial direction of right lung, as $0.989{\pm}0.34cm$, and was the least significant in lateral direction of spinal cord, as -0.001 cm. The volume of right lung showed the greatest rate of change as 33.5 %. The maximal and minimal difference in PTV Conformity Index and Homogeneity Index between 3-dimensional dose evaluation and 4-dimensional dose evaluation, was 0.076, 0.021 and 0.011, 0.0 respectfully. The difference of 0.0045~2.76 % was determined in normal structures, using 4-D dose evaluation. 4-D gamma pass rate of every patients passed reference of 95 % gamma pass rate. Conclusion : PTV Conformity Index was more significant in all patients using 4-D dose evaluation, but no significant difference was observed between two dose evaluations for Homogeneity Index. 4-D dose distribution was shown more homogeneous dose compared to 3D dose distribution, by considering the movement from breathing which helps to fill out the PTV margin area. There was difference of 0.004~2.76 % in 4D evaluation of normal structure, and there was significant difference between two evaluation methods in all normal structures, except spinal cord. This study shows that normal structures could be underestimated by 3-D dose evaluation. Therefore, 4-D dose evaluation with Deformable Image Registration will be considered when the dose change is expected in normal structures due to patient's breathing pattern. 4-D dose evaluation with Deformable Image Registration is considered to be a more realistic dose evaluation method by reflecting the movement of normal structures from patient's breathing pattern.

두경부 IMRT 및 VMAT 시 체적 감소가 전산화치료계획에 미치는 영향

엄기천(Ki-Cheon Um),김가중(Gha-Jung Kim),백금문(Geum-Mun Back) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2023 방사선기술과학 Vol.46 No.3

Dosimetry Check™를 이용한 MVCT 선량계산 모델 구축에 관한 연구

엄기천(Ki-Cheon Um),김창환(Chang-Hwan Kim),전수동(Soo-Dong Jeon),백금문(Geum-Mun Back) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2020 방사선기술과학 Vol.43 No.6

The purpose of this study was to construct a model of MVCT(Megavoltage Computed Tomography) dose calculation by using Dosimetry Check™, a program that radiation treatment dose verification, and establish a protocol that can be accumulated to the radiation treatment dose distribution. We acquired sinogram of MVCT after air scan in Fine, Normal, Coarse mode. Dosimetry Check™(DC) program can analyze only DICOM(Digital Imaging Communications in Medicine) format, however acquired sinogram is dat format. Thus, we made MVCT RC-DICOM format by using acquired sinogram. In addition, we made MVCT RP-DICOM by using principle of generating MLC(Multi-leaf Collimator) control points at half location of pitch in treatment RP-DICOM. The MVCT imaging dose in fine mode was measured by using ionization chamber, and normalized to the MVCT dose calculation model, the MVCT imaging dose of Normal, Coarse mode was calculated by using DC program. As a results, 2.08 cGy was measured by using ionization chamber in Fine mode and normalized based on the measured dose in DC program. After normalization, the result of MVCT dose calculation in Normal, Coarse mode, each mode was calculated 0.957, 0.621 cGy. Finally, the dose resulting from the process for acquisition of MVCT can be accumulated to the treatment dose distribution for dose evaluation. It is believed that this could be contribute clinically to a more realistic dose evaluation. From now on, it is considered that it will be able to provide more accurate and realistic dose information in radiation therapy planning evaluation by using Tomotherapy.

Halcyon^TM 선형가속기 6MV-FFF 에너지의 표재 선량에 대한 고찰: Phantom Study

최성훈,엄기천,유순미,박제완,송흥권,윤인하,Choi, Seong Hoon,Um, Ki Cheon,Yoo, Soon Mi,Park, Je Wan,Song, Heung Kwon,Yoon, In Ha 대한방사선치료학회 2020 대한방사선치료학회지 Vol.32 No.-

목 적: 본 연구는 HalcyonTM과 TrueBeamTM에서 사용하는 6MV-FFF(Flattening Filter Free) 에너지를 이용하여 전산화치료계획시스템(Treatment Planning System, TPS)에서 계산된 선량과 광자극형광선량계(Optically Stimulated Luminescence Dosimeter, OSLD)로 측정된 표재 선량(Superficial dose)을 비교하고자 한다. 재료 및 방법: 팬텀연구를 위해 인체모형 팬텀(Human Phantom)의 CT 영상을 이용하여 치료계획시스템에서 성문암(Glottic cancer)과 유사한 치료계획용적(Planning Target Volume, PTV)과 두경부위의 등 중심점(Iso-center) 위치에 측정을 위한 Point(M), Point(R), Point(L)의 구조물을 설정하고 체표윤곽(Body contour)에 5mm Bolus를 적용하였다. 그 후 전산화치료계획은 HalcyonTM과 TrueBeamTM의 6MV-FFF 에너지를 이용하여 정적(Static) 세기변조방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)와 용적변조회전치료(Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)계획을 각각 수립하였다. 전산화치료계획과 동일하게 재현하기 위해 OSLD를 등 중심점에 위치시키고 5mm Bolus를 적용하여 선량 전달 후 오차율을 비교하였다. 결 과: 인체모형 팬텀을 사용한 실험 결과 HalcyonTM의 전산화치료계획시스템에서의 점 선량과 OSLD를 이용한 선량 측정의 오차율의 절댓값의 평균은 VMAT, IMRT 각각 1.7±1.2%, 4.0±2.8%로 확인되었으며, TrueBeamTM의 오차율의 절댓값의 평균은 VMAT, IMRT 각각 2.4±0.4%, 8.6±1.8%로 확인되었다. 결 론: 실험결과 HalcyonTM을 기준으로 TrueBeamTM에서 VMAT과 IMRT 각각 2.4배, 3.6배 더 큰 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구의 결과를 토대로 표재 선량에 대한 정확한 선량평가가 이루어져야 하는 경우, TrueBeamTM보다 HalcyonTM에서 정확한 선량 평가가 이루어질 수 있을 것으로 사료된다. Purpose: The aims of this study were to compare the superficial dose with Optically Stimulated Luminescence Dosimeter(OSLD) measurement and Treatment Planning System(TPS) calculation for 6MV-Flattening Filter Free(FFF) energy using HalcyonTM and TrueBeamTM. Materials and methods: Phantom study was performed using the CT images of human phantom. In the treatment planning system, the Planning Target Volume(PTV) was contoured which is similar to Glottic cancer. Furthermore, Point(M), Point(R), and Point(L) were contoured at the iso-center of head and neck region and 5mm bolus was applied to the body contour. Each treatment plans using 6MV-FFF energy from HalcyonTM and TrueBeamTM with static Intensity Modulated Radiation Therapy(IMRT) and Volumetric Modulated Arc Therapy(VMAT) were established with eclipse. To reproduce the same position as the TPS, OSLDs were placed at the iso-center point and 5mm bolus was applied to compare the error rate after the dose delivery. Result: The results of the study using human phantom are as follows. In case of HalcyonTM, the mean absolute error rates of the point dose using the treatment planning system and the dose measured by OSLD were 1.7%±1.2% for VMAT and 4.0±2.8% for IMRT. Also TrueBeamTM was identified as 2.4±0.4% and 8.6±1.8% respectively for VMAT and IMRT. Conclusion: Through the results of this study, TrueBeamTM confirmed that the average error rate was 2.4 times higher for VMAT and 3.6 times higher for IMRT than HalcyonTM. Therefore, based on the results of this study, If we need a more accurate dose assessment for the superficial dose, It is expected that using HalcyonTM would be better than TrueBeamTM.

호흡동조방사선치료를 위한 Trigger mode 투시영상 획득 시 호흡 속도에 따른 정확성 평가 - Phantom Study

박제완,김민수,엄기천,최성훈,송흥권,윤인하,Park, je wan,Kim, min su,Um, ki cheon,Choi, seong hoon,Song, heung kwon,Yoon, in ha 대한방사선치료학회 2021 대한방사선치료학회지 Vol.33 No.-

목 적 : 본 연구를 통해 호흡동조방사선치료(Respiratory Gated Radiation Therapy, RGRT)시 환자 호흡 속도에 따른 Trigger mode의 정확성과 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 호흡 속도에 따른 Trigger mode의 정확성을 평가하기 위해 QUASAR^TM 호흡 움직임 팬텀에 3 mm의 기준 표지자(Fiducial marker, gold marker)를 삽입하여 본원 한달 동안 환자의 평균 호흡인 20 bpm(Breath per minute)을 기준으로 4DCT 촬영 후 정중앙(Median)에 위치한 표지자에 윤곽 묘사(Contouring)를 하였다. OBI(On Board Imager)가 장착된 Truebeam STx^TM를 이용해 방사선조사 구간인 Gating window를 Lower threshold는 2.0 mm로 모든 측정 조건에서 고정시키고, Upper threshold를 최고 위상으로부터 각각 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm로 바꿔가며 측정하였다. 위와 같은 조건에서 평균 호흡 속도인 20 bpm을 기준으로 10 bpm, 30 bpm, 40 bpm, 50 bpm, 60 bpm 호흡속도를 바꿔가며 방사선이 끊기는 순간인 'Once at beam off'로 5회 촬영하였다. 같은 방법으로 3일간 반복 촬영 후 각 속도 별 오차율을 비교하였다. 결 과 : 기준 호흡 속도 20 bpm에서 최고 위상으로부터 각각 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm Upper threshold에서 Trigger mode의 beam off시 차이는 3일간의 평균값으로 0.68±0.05 mm, 0.91±0.03 mm, 1.23±0.03 mm, 1.42±0.04 mm, 1.66±0.06 mm이다. 기준 호흡 속도(20 bpm)대비 호흡 속도 변화에 따른 측정 결과는 최대 절대차이(Absolute Difference)의 경우 1일차, 2일차, 3일차 모두 3 mm Upper threshold에서 평균 0.81±0.08 mm로 차이가 확인되었다. 호흡 속도와 절대차이의 편차(Variation)에 대한 상관관계를 평가하기 위한 결정계수 R2는 3일 평균 수치로 각각 0.838, 0.887, 0.770, 0.850, 0.906로 확인되었다. 3일간의 Threshold 모든 변수에서 p-value는 설정 유의수준 0.05 이하로 차이유의를 확인하였다. 결 론 : 호흡동조방사선치료 시 Trigger mode를 이용하여 영상유도를 할 경우 기준 호흡 속도(20 bpm)에서의 Trigger mode의 오차율이 평균 ±0.04 mm 값으로 정확성과 유용성을 확인 할 수 있었다. 그러나 호흡 속도에 따른 부정확성(Uncertainty) 또한 발생할 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 특히, 기준 호흡 속도 대비 느려지는 경우(< 20 bpm)보다 빨라지는 경우(> 20 bpm) 영상획득에 대한 부정확성은 커졌다. 따라서 사전 모의치료시의 호흡을 선별하고 호흡을 유지하기 위한 호흡교육과 치료 중 적극적인 실시간 모니터링(Monitoring)이 필요하다고 사료된다. Purpose : The purpose of this study is to evaluate the accuracy and usefulness of the Trigger mode for the Respiratory Gated Radiation Therapy (RGRT) Materials and methods : A QUASAR respiratory phantom that inserted a 3 mm fiducial marker (a gold marker) was used to estimate the accuracy of the Trigger mode. And the 20 bpm was used as reference respiration rate in this study. The marker that placed at the center of the phantom was contoured, and the lower threshold of a gating window was fixed at 2.0 mm using an OBI with Truebeam STx^TM. The upper threshold was measured every 0.5 mm from 1.0 mm to 3.0 mm. The respiration rates were changed every 10 bpm from 10 bpm to 60 bpm. We repeatedly measured five times to check the error rate of the trigger mode in the same condition. Result : The differences of a distance from a peak phase to upper threshold, 1.0 to 3.0 mm at a 20 bpm as a reference for 3 days in a row were 0.68±0.05 mm, 0.91±0.03 mm, 1.23±0.03 mm, 1.42±0.04 mm, and 1.66±0.06 mm, respectively. Measurement result of changes in respiratory rate compared to baseline respiratory rate in maximum absolute difference. The coefficient of determination (R2) to estimate the correlation between the respiration velocity and variation of absolute difference was on average 0.838, 0.887, 0.770, 0.850, and 0.906. The p-values of all the variables were below 0.05. Conclusion : Using Trigger mode during respiratory gated radiation therapy (RGRT), accuracy and usefulness of trigger mode at reference breathing rate were confirmed. However, inaccuracies depending on the rate of breathing it could be uncertain in case of respiration rate is faster than 20 bpm as a standard respiration rate compared to slower than 20 bpm. Consequently, when conducting a RGRT using the trigger mode, real time monitoring is required with well educated respiration.