Independent Verification Program for High-Dose-Rate Brachytherapy Treatment Plans

한영이(Youngyih Han),추성실(Sung Sil Chu),허승재(Seung Jae Huh),서창옥(Chang-Ok Suh) 대한방사선종양학회 2003 Radiation Oncology Journal Vol.21 No.3

목 적 : 개별화되어 가는 고 선 량률 근접치료계획의 추세에 따라, 고성량률 근접치료계획의 절대적선량과 상대적인 선량분포를 독립적으로 계산하여 환자의 해부영상 위에 겹쳐 표시할 수 있는 품질보증용컴퓨터프로그램을 개발한다. 대상 및 방법: 컴퓨터 프로그램은 먼저, 환자의 치료계획에서 계산된 선원의 위치,각 위치에서의 조사시간, reference point에 서 의 선량, 치료계획이 실시된 날짜 등의 자료입력을 필요로 한다.ICWG 권고 수식과 선원의 비등방성 표를 이용하여 10×10×12 (cm3)의 공간에서 선량분포가 계산된 후 reference point에서의 선량이 자동적으로 치료계획의 결과와 비교된다. 모의치료의 영상이나 자기공명 (Magnetic Resonance) 영상을 입력하고 사용자가 선택한 점을 수직으로 교차하는 3개의 평면에서 등선량곡선을 겹쳐서 보여준다. Gamma Med사의 Gammadot(MDS Nordion, Germany)에서 표준 치료계획을 실행하여 정확성을 확인하였으며, Plato (Nucletron Cor-poration, The Netherlands)에서 실행된9명의 환자치료계획과 비교하였다. 결 과: 3개의 표준 치료계획에서 절대선량은 2.8% 내에서 일치하였으며 등선량분포도 좋은일치를 보였다. 9명의 환자에 대하여 시행된 치료계획과의 비교에서는 평균 3.4%의 오차를 보였다. 결 론: 개발된 컴퓨터 프로그램은 정확하고 신속하게 고선량률 치료환자의 치료계획의 정확성을 확인할 수 있게 해주며, 등선량 곡선을 환자의 해부적 영상에 결합할 수 있는 기능은 치료계획의 질을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Purpose: The planning of High-Dose-Rate (HDR) brachytherapy treatments are becoming individualized and more dependent on the treatment planning system. Therefore, computer software has been developed to perform independent point dose calculations with the integration ofanisodose distribution curve display into the patient anatomy images. Materials and Methods As primary input data, the program takes patients' planning data including the source dwell positions, dwell times and the doses at reference points, computed by an HDR treatment planning system (TPS). Dosimetric calculations were performed in a 10 × 12 × 10 cm 3 grid space using the Interstitial Collaborative Working Group (ICWG) formalism and an anisotropy table for the HDR Iridium-192 source. The computed doses at the reference points w e re automatically compared with the relevant results of the TPS . T he MR and simulation film images were then imported and the isodose distributions on the axial, sagittal and coronal planes intersecting the point selected by a user were superimposed on the imported images and then displayed. The accuracy of the software was tested in three benchmark plans performed by Gamma-Med 12i TPS (MDS Nordion, Germany) . Nine patients' plans generated by Plato (Nucletron Corporation, The Netherlands) were verified by the developed software . Results The absolute doses computed by the developed software agreed with the commercial TPS results within an accuracy of 2.8% in the benchmark plans. The isodose distribution plots showed excellent agreements w ith the exception of the tip region of the source's longitudinal axis where a slight deviation was observed. Inclinica lplans, the secondary dose calculations had , on average, about a 3. 4% deviation from the TPS plans. Conclusion The accurate validation of complicate treatment plans is possible with the developed software and the quality of the HDR treatment plan can be improved with the isodose display integrated into the patient anatomy information.

원격 품질 보증 시스템을 사용한 세기변조 방사선치료의 예비 모니터링 결과

한영이(Youngyih Han),신은혁(Eun Hyuk Shin),임천일(Chunil Lim),강세권(Se-Kwon Kang),박성호(Sung Ho Park),라정은(Jeong-Eun Lah),서태석(Tae-Suk Suh),윤명근(Myonggeun Yoon),이세병(Se Byeong Lee),주상규(Sang Gyu Ju),안용찬(Yong Chan Ahn) 대한방사선종양학회 2007 Radiation Oncology Journal Vol.25 No.4

목 적: 국내에서 시행되고 있는 세기변조 방사선 치료(IMRT)의 품질 향상을 위하여, 우편으로 시행하는 원격 품질 보증 시스템을 개발하고, 이 시스템의 정확성 확인에 이어서, 국내 의료기관에서 타당성을 검증한다. 대상 및 방법: 원격 품질 보증 시스템은 두경부 팬톰과 IMRT 의 치료계획 지침을 포함하는 사용자 설명서로 구성되어 있다. 두경부 용 팬톰은 내부에 CT 영상에서 분별이 가능한 모사 치료표적(target)과 3개의 위험장기(좌, 우 이하선, 척추)를 포함하고 있으며, 각 모사 장기의 중심에서 열형광 소자(TLD)를 삽입하여 흡수 선량을 측정하도록 구성되어있다. 또한 2차원상의 선량분포를 확인 가능하도록 Gafchromic@EBT 필름을 2개의 평면에 삽입하도록 고안하였다. 고안된 팬톰과 사용자 설명서를 국내의 4개 기관에 보내어, 팬톰에 대한 IMRT 치료계획을 수행하고 치료를 시행하였다. 치료계획 시 예측된 치료표적과 위험장기 내의 각 TLD에서 예측되는 절대 선량과 TLD의 측정값을 비교하였고, 횡단면에서 면의 중심을 지나는 2개의 직교하는 수평선과 수직선상에서 예측되는 상대적인 선량분포 값과 실제 측정값을 비교하였다. 결 과: 치료 표적에서의 선량측정 값은 모두 치료계획시의 예측값과 3% 오차 안에서 일치하였으나(평균오차,1.5%), 좌우 이하선에 해당하는 위험장기에서는 최소 3.3% 최대 19.8%의 차이를 보였다. 척추에 해당하는 위험장기에서의 오차의 범위는 0.7∼14.8%였다. 2차원 선량분포는 3개 기관에 대한 자료를 분석하였는데, 직선상에서 예측 값과 5% 이상의 차이를 보이는 비율이 수평선상에서는 7∼27%, 수직선상에서는 7∼14%였다. 결 론: 본 연구에서 개발한 IMRT치료의 원격 품질보증 시스템과 사용자 설명서는 국내 시행이 가능한 상태로 판단된다. 그러나, 시행 시에 치료표적에서의 오차는 크지 않을 것으로 예상이 되지만, 위험장기에서의 오차는 클 것으로 예상되며, 이에 대한 방안이 마련돼야 할 것이며, 또한 임상의 중요성과 연관해 의미 있는 2차원 선량분포의 기준 마련이 요구된다. Purpose: In order to enhance the quality of IMRT as employed in Korea, we developed a remote monitoring system. The feasibility of the system was evaluated by conducting a pilot study. Materials and Methods: The remote monitoring system consisted of a head and neck phantom and a user manual. The phantom contains a target and three OARs (organs at risk) that can be detected on CT images. TLD capsules were inserted at the center of the target and at the OARs. Two film slits for GafchromicEBT film were located on the axial and saggital planes. The user manual contained an IMRT planning guide and instructions for IMRT planning and the delivery process. After the manual and phantom were sent to four institutions, IMRT was planed and delivered. Predicted doses were compared with measured doses. Dose distribution along the two straight lines that intersected at the center of the axial film was measured and compared with the profiles predicted by the plan. Results: The measurements at the target agreed with the predicted dose within a 3% deviation. Doses at the OARs that represented the thyroid glands showed larger deviations (minimum 3.3% and maximum 19.8%). The deviation at OARs that represented the spiral cord was 0.7∼14.8%. The percentage of dose distributions that showed more than a 5% of deviation on the lines was 7∼27% and 7∼14% along the horizontal and vertical lines, respectively. Conculsion: Remote monitoring of IMRT using the developed system was feasible. With remote monitoring, the deviation at the target is expected to be small while the deviation at the OARs can be very large. Therefore, a method that is able to investigate the cause of a large deviation needs to be developed. In addition, a more clinically relevant measure for the two-dimensional dose comparison and pass/fail criteria need to be further developed.

Improved Breast Irradiation Techniques Using Multistatic Fields or Three Dimensional Universal Compensators

한영이(Youngyih Han),조재호(Jae Ho Cho),박희철(Hee Chul Park),추성실(Sung Sil Chu),서창옥 (Chang-Ok Suh) 대한방사선종양학회 2002 Radiation Oncology Journal Vol.20 No.1

목적: 유방보존 수술 후 행하는 방사선치료인 2문 대칭조사(two tangential field technique)시 나타나는 선량분포의 불균일성을 효과적으로 개선하기 위하여, multistatic fields의 사용법과 공용보상체 사용법을 제시하고 평가하였다. 대상 및 방법: 1) multistatic fields 방법: 3차원의 치료계획용 software (RTP)를 이용하여, wedge를 사용한 2문 대칭조사의 최적의 치료계획을 시행한 후 beam's eye view상에서 과조사가 일어나는 부분을 가리워 주도록 blocked field를 설계하고, 그 beam에 대칭되는 beam을 만들었다. 기존의 2개의 tangentiall fields와 추가된 field의 weighting을 최적의 선량분포를 갖도록 조절하였다. 2) 공용보상체 사용법: 1999와 2000년에 본원에서 whole-breast radiotherapy를 받은 환자 20명의 유방의 크기를 측정하고 평균하여 표준 유방 모델을 만들었다. 이 모델에 대하여 공용보상체를 설계하고, 설계된 공용보상체의 geometry를 RTP에 입력한 후 환자의 치료 계획을 수행하였다. 2문 대칭조사 치료 계획과 ,multistatic fields의 경우 그리고 공용 보상체를 사용한 경우의 치료계획에서의 불 균일도(DII: 처방선량의 95-105%를 벗어나는 PTV의 부피의 백분율), 최대선량 값(Dmax) 그리고 등가선량 곡선을 각각 비교하였다. 결과: Multistatic fields 방법은 DII의 평균값을 14.6% (p value<0.000) 낮추고 Dmax를 4.7% (p value<0.000) 낮춤으로써, 전통적인 2문 대칭 조사법보다 우수한 방법으로 확인되었다. 반면에 공용보상체의 사용은 평균 DII를 3.7% 낮추지만(p value=0.260) 평균 Dmax는 거의 동일하여 (0.3% 감소, p value=0.867), 전통적인 방법보다 우수성이 크게는 없는 것으로 평가되었다. 그러나 환자의 체곡선이 보상체와 잘 일치하는 경우에는 DII가 18%까지 감소하였다. 결론: Multistatic fields 방법은 모든 환자에 대하여 선량분포의 균일성을 전반적으로 향상시키는 효과적인 방법으로 평가되는 반면 공용보상체의 사용은 보상체의 크기가 환자의 체 윤곽과 잘 일치하는 경우만 효과적으로, 적용의 범위에는 한계가 있는 방법으로 평가되었다. Purpose: In order to improve dose homogeneity and to reduce acute toxicity in tangential whole breast radiotherapy, we evaluated two treatment techniques using multiple static fields or universal compensators. Materials and Methods: 1) Multistatic field technique: Using a three dimensional radiation treatment planning system, Adac Pinnacle 4.0, we accomplished a conventional wedged tangential plan. Examining the isodose distributions, a third field which blocked overdose regions was designed and an opposing field was created by using an automatic function of RTPS. Weighting of the beams was tuned until an ideal dose distribution was obtained. Another pair of beams were added when the dose homogeneity was not satisfactory. 2) Universal compensator technique: The breast shapes and sizes were obtained from the CT images of 20 patients who received whole breast radiation therapy at our institution. The data obtained were averaged and a pair of universal physical compensators were designed for the averaged data. DII (dose Inhomogeneity Index: percentage volume of PTV outside 95~105% of the prescribed dose), Dmax(the maximum point dose in the PTV) and isodose distributions for each technique were compared. Results: The multistatic field technique was found to be superior to the conventional technique, reducing the mean value of DII by 14.6% (p value<0.000) and the Dmax by 4.7% (p value<0.000). The universal compensator was not significantly superior to the conventional technique since it decreased Dmax by 0.3% (p value=0.867) and reduced DII by 3.7%( p value=0.260). However, it decreased the value of DII by maximum 18% when patients' breast shapes fitted in with the compensator geometry. Conclusion: Multistatic field technique is effective for improving dose homogeneity for whole breast radiation therapy and is applicable to all patients, whereas the use of universal compensators is effective only in patients whose breast shapes fit inwith the universal compensator geometry, and thus has limited applicability.

세기변조 방사선치료의 환자 치료 전 선량보증에 대한 고찰

한영이,Han, Youngyih 한국의학물리학회 2013 의학물리 Vol.24 No.4

본 논문은 현재 세기변조 방사선 치료를 시행 시에 일반적으로 사용 되고 있는 환자 치료 전 품질보증의 방법 중, 2차원 선량분포를 측정하여 품질을 보증하는 방법들에 관한 이슈들을 최근 3~4년 간 발표된 논문들을 중심으로 살펴보고, 향후 품질보증 방법의 개선방향에 대하여 조명해 보고자 하였다. This review paper deals with the current statues of pre-treatment quality assurance conducted for Intensity modulated radiation therapy. Focusing on the issues relevant to two-dimensional verification of absorbed dose distribution, review was made for the papers published during the last 3~4 years. Lastly, the future development direction was projected.

The Impact of Tissue Inhomogeneity Corrections in the Treatment of Prostate Cancer with Intensity-Modulated Radiation Therapy

한영이,박원,허승재,Han Youngyih,Park Won,Huh Seung Jae Korean Society of Medical Physics 2004 의학물리 Vol.15 No.3

목적: 전립선암의 세기조절 방사선 치료 시, 조직의 밀도보정 여부가 선량분포에 끼치는 영향을 연구한다. 재료 및 방법: 5명의 전립선 암 환자에 대하여 6 MV와 10 MV의 광자선에 대하여 각각 치료계획을 수립하였다. 각각 의 계획에서 7개의 조사선이 설정되었고, 선량계산 시에는 체조직의 밀도의 불균일성을 무시하였다. 선량 처방점인 회전중심점에서의 흡수선량과 계획표적용적(PTV)의 최대선량, 최소선량, 평균선량과 처방점선량의 95% 이상의 받는 부피(V>$_{p95%}$) 등을 측정하였다. 직장과 방광 내에서의 최대선량, 최소선량, 최방선량의 50%, 75%, 90% 이상을 받는 부피를 측정하였다. 동일한 조건에서 조직의 밀도 불균일성을 포함하여 선량분포를 재계산하고, 측정한 모든 물리량을 재 측정하였다. 결과: 밀도보정을 함으로써, 처방점에서의 흡수 선량은 6 MV에서 평균 4.9% 10 MV에서는 평균 4% 감소하였다. V>$_{p95%}$는 6 MV와 10 MV에서 각각 0.8%와 0.9% 감소하였다. PTV의 평균 흡수 선량은 6 MV와 10 MV에서 각각 4.2% 와 3.4% 감소하였다. 직장과 방광에서의 흡수선량은 약 l~2%의 차이를 보였다 결론: 전립선암의 세기변조 방사선치료시에 밀도보정을 무시하는 것은 표적에는 고려할 만한 선량의 차이를 유발하며, 주위의 위험장기에 미치는 영향은 미미하다. Purpose: To investigate the effects of tissue inhomogeneity corrections on the dose delivered to prostate cancer patients treated with Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT). Methods and Materials: For five prostate cancer patients, IMRT treatment plans were generated using 6 MV or 10 MV X-rays. In each plan, seven equally spaced ports of photon beams were directed to the isocenter, neglecting the tissue heterogeneity in the body. The dose at the isocenter, mean dose, maximum dose, minimum dose and volume that received more than 95% of the isocenter dose in the planning target volume ( $V_{p>95%}$) were measured. The maximum doses to the rectum and the bladder, and the volumes that received more than 50, 75 and 90% of the prescribed dose were measured. Treatment plans were then recomputed using tissue inhomogeneity correction maintaining the intensity profiles and monitor units of each port. The prescription point dose and other dosimetric parameters were remeasured. Results: The inhomogeneity correction reduced the prescription point dose by an average 4.9 and 4.0% with 6 and 10 MV X-rays, respectively. The average reductions of the $V_{p>95%}$ were 0.8 and 0.9% with the 6 and 10 MV X-rays, respectively. The mean doses in the PTV were reduced by an average of 4.2 and 3.4% with the 6 and 10 MV X-rays, respectively. The irradiated volume parameters in the rectum and bladder were less decreased; less than 2.1 % (1.2%) of the reduction in the rectum (bladder). The average reductions in the mean dose were 1.0 and 0.5% in the rectum and bladder, respectively. Conclusions: Neglect of tissue inhomogeneity in the IMRT treatment of prostate cancer gives rise to a notable overestimation of the dose delivered to the target, whereas the impact of tissue inhomogeneity correction to the surrounding critical organs is less significant.

Analysis of Acquisition Parameters That Caused Artifacts in Four-dimensional (4D) CT Images of Targets Undergoing Regular Motion

신희순,한영이,신은혁,Sheen, Heesoon,Han, Youngyih,Shin, Eunhyuk Korean Society of Medical Physics 2013 의학물리 Vol.24 No.4

본 연구는 표적이 규칙적으로 움직일 때 생기는 4DCT 영상의 모션 아티팩트(motion artifact) 관련된 원인들인 partial volume effect (PVE), partial projection effect (PPE), 각각의 프레임의 시작점 사이에 불일치(MMimph)의 원인들은 조사 및 분석을 목적으로 했다. 본 기관에서 제작된 흉부팬텀과 아크릴의 두개의 원기둥팬텀(반지름: 2 cm, 길이: 0.5 cm/ 반지름: 2 cm, 길이: 10 cm)이 규칙적인 움직이는 동안 CT을 이용하여 4D 영상을 획득했다. 촬영은 자동시작과 각각의 프레임의 시작점을 일치시키기 위해 매뉴얼로 두 가지 방법으로 시작하였다. 첫번째 실험에서는 CT 캔트리 rotation time은 5초와 8초가 이용되었다. 각 프레임은 다른 위상으로 시작되었다. 두번째 실험에서는 각 프레임에서 같은 위상으로 시작되게 하기 위해 매뉴얼로 시작했다. 세번째 실험에서는 원기둥팬텀을 2초와 6초를 주기로 움직였다. 각각의 4DCT의 영상에서 표적의 부피를 구했다. 영상으로부터 구한 표적의 부피와 표적의 실제 부피와 비교를 통해 관계를 분석했다. 흉부팬텀 실험에서는 CT의 갠트리 속도가 팬텀의 움직임보다 빠를수록 PVE와 PPE의 영향이 적어짐에 따라 영상에서 얻은 표적부피는 실제에 근접했다. 각각의 프레임의 시작점이 일치할수록 움직임의 속도와 표적의 부피와 상관관계가 높았다. 원기둥팬텀에서는 흉부팬텀의 경우와 같이 갠트리 속도가 팬텀의 움직임보다 빠를수록 영상으로부터 구한 표적부피는 실제 표적부피에 근접했다. 특히 한 slice의 두께가 2.5 mm을 고려 할 때 axial방향의 PVE, PPE, 각각의 프레임의 시작점이 일치가 되는 상태를 시뮬레이션한 길이 10 cm의 원기둥팬텀 실험에서는 영상에서 얻은 표적부피는 표적이 정지되었을 때 영상에서 얻은 부피와 거의 일치했다. 팬텀이 느리게 움직일수록, CT 갠트리의 rotation 시간이 짧을수록 영상에서 얻은 표적부피는 실제 부피에 근접했다. CT 촬영 시 각각의 프레임의 시작점이 같을수록 표적의 속도와 영상에서 의한 표적의 부피는 상관관계가 높게 나타났다. CT 갠트리의 rotation 속도를 팬텀의 움직임보다 빠르게 하고, CT 촬영시 각의 프레임의 시작점을 일치시킬수록 실제의 팬텀부피에 근접하리라고 예상된다. The aim of this study was to clarify the impacts of acquisition parameters on artifacts in four-dimensional computed tomography (4D CT) images, such as the partial volume effect (PVE), partial projection effect (PPE), and mis-matching of initial motion phases between adjacent beds (MMimph) in cine mode scanning. A thoracic phantom and two cylindrical phantoms (2 cm diameter and heights of 0.5 cm for No.1 and 10 cm for No.2) were scanned using 4D CT. For the thoracic phantom, acquisition was started automatically in the first scan with 5 sec and 8 sec of gantry rotation, thereby allowing a different phase at the initial projection of each bed. In the second scan, the initial projection at each bed was manually synchronized with the inhalation phase to minimize the MMimph. The third scan was intentionally un-synchronized with the inhalation phase. In the cylindrical phantom scan, one bed (2 cm) and three beds (6 cm) were used for 2 and 6 sec motion periods. Measured target volume to true volume ratios (MsTrueV) were computed. The relationships among MMimph, MsTrueV, and velocity were investigated. In the thoracic phantom, shorter gantry rotation provided more precise volume and was highly correlated with velocity when MMimph was minimal. MMimph reduced the correlation. For moving cylinder No. 1, MsTrueV was correlated with velocity, but the larger MMimph for 2 sec of motion removed the correlation. The volume of No. 2 was similar to the static volume due to the small PVE, PPE, and MMimph. Smaller target velocity and faster gantry rotation resulted in a more accurate volume description. The MMimph was the main parameter weakening the correlation between MsTrueV and velocity. Without reducing the MMimph, controlling target velocity and gantry rotation will not guarantee accurate image presentation given current 4D CT technology.

Comparison of Intensity-modulated Radiation Therapy (IMRT), Uniform Scanning Proton Therapy (USPT), and Intensity-modulated Proton Therapy (IMPT) for Prostate Cancer: A Treatment Planning Study

손기홍,조승룡,김진성,한영이,주상규,안성환,신은혁,신정석,박원,표홍렬,최두호,Son, Kihong,Cho, Seungryong,Kim, Jin Sung,Han, Youngyih,Ju, Sang Gyu,Ahn, Sung Hwan,Shin, Eunhyuk,Shin, Jung Suk,Park, Won,Pyo, Hongryul,Choi, Doo Ho Korean Society of Medical Physics 2013 의학물리 Vol.24 No.3

본 연구는 총 10명의 전립선 암 환자를 대상으로 세기조절방사선치료(IMRT), 균일스캐닝양성자치료(USPT), 그리고 세기조절양성자치료(IMPT)기술을 이용한 치료계획의 결과를 비교, 평가 하였다. 각 치료 계획은 타깃 체적의 95%에 70 Gy가 28회 분할 조사되도록 하였으며 세기조절방사선치료(IMRT)에서는 step-and-shoot 기법을 이용하여 총 7개의 빔을 사용하여 방사선을 조사하였고, 균일세기양성자치료(USPT)와 세기조절양성자치료(IMPT)에서는 동일한 방사선 가중치의 측방향대향조사면(lateral opposing field)를 사용하여 타깃에 처방선량이 전달되도록 하였다. 한편, 세기조절양성자치료(IMPT)의 최적화를 위해 IMRT치료와 유사한 Inverse planning을 수행하였다. 결과 비교를 위해 타깃의 균질성지수(homogeneity index) 및 동형지수(conformity index)와 정상조직의 정상조직합병증확률(NTCP)을 계산하였다. 비록 치료기법간에 균질성지수(homogeneity index), 동형지수(conformity index)차이가 크지 않았지만, 직장의 경우 각 세기조절방사선치료(IMRT), 균일스캐닝 양성자치료(USPT) 및 세기조절양성자치료(IMPT)에서 2.233, 3.326 및 1.707로 계산되었다. 또한 방광의 정상조직합병증확률(NTCP)는 0.008, 0.003, 및 0.002를 나타내었다. 직장과 방광의 NTCP 값이 IMPT을 사용할 때 유의하게 낮은 값을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 전립선 암의 방사선 치료 시 세기조절방사선치료(IMRT)보다 양성자를 이용한 방사선 치료, 특히 최적화된 세기조절양성자치료(IMPT)가 치료 효과를 높일 수 있는 치료계획이 될 수 있음을 확인할 수 있었다. This study assessed compared photon and proton treatment techniques, such as intensity modulated radiation therapy (IMRT), uniform scanning proton therapy (USPT), and intensity modulated proton therapy (IMPT), for a total of 10 prostate cancers. All treatment plans delivered 70 Gy to 95% of the planned target volume in 28 fractions. IMRT plans had 7 fields for the step and shoot technique, while USPT and IMPT plans employed two equally weighted, parallel-opposed lateral fields to deliver the prescribed dose to the planned target. Inverse planning was then incorporated to optimize IMPT. The homogeneity index (HI) and conformity index (CI) for the target and the normal tissue complication probability (NTCP) for organ at risk (OAR) were calculated. Although the mean HI and CI for target were not significantly different for each treatment techniques, the NTCP of the rectum was 2.233, 3.326, and 1.707 for IMRT, USPT, and IMPT, respectively. The NTCP of the bladder was 0.008, 0.003, and 0.002 respectively. The NTCP values at the rectum and bladder were significantly lower using IMPT. Our study shows that using proton therapy, particularly IMPT, to treat prostate cancer could be beneficial compared to 7-field IMRT with similar target coverage. Given these results, radiotherapy using protons, particularly optimized IMPT, is a worthwhile treatment option for prostate cancer.

호흡연습장치를 적용한 호흡교정법의 영향 평가

신은혁(Eunhyuk Shin),박희철(Hee-Chul Park),한영이(Youngyih Han),주상규(Sang-Gyu Ju),신정석(Jung Suk Shin),안용찬(Yong-Chan Ahn) 대한방사선종양학회 2008 Radiation Oncology Journal Vol.26 No.3

목 적: 호흡을 고려한 사차원방사선치료의 효용성 증대를 위하여, 규칙적이고 안정된 호흡주기 및 호흡량을 갖도 록 환자를 교육하고 호흡을 연습시키는 호흡연습장치 및 프로그램을 자체 제작하여 유용성을 평가하였다. 대상 및 방법: 호흡연습장치를 사용시 및 사용후의 호흡의 규칙도의 변화를 측정하기 위해 11명(자원자 9명, 환자2명)을 대상으로 실험을 실시하였다. 자유롭게 호흡하는 ‘자유호흡(free-breathing)’법, 자유호흡 시 시뮬레이션 된 표준 호흡주기를 따라함으로써 일정한 호흡주기를 만드는 ‘신호모니터-호흡(guided-breathing)’법 및 호흡연습 후 시뮬레이션 신호 없이 호흡하는 ‘연습 후 호흡(postguided-breathing)’법 등 3가지 방법으로 호흡주기를 기록하여 호흡주기(PTP (Peak To Peak))와 호흡크기(Amplitude) 및 호흡패턴(Area, RMS (Root Mean Square))의 변화를 정량적으로 분석하였다.결 과: 호흡주기를 보여주는 PTP 값은 ‘신호모니터-호흡’에서 표준편차 값(standard deviation)이 의미 있게 감소하여 호흡주기가 더 규칙적이었고(자유호흡 0.568 vs 신호모니터-호흡 0.344, p=0.0013), ‘연습 후 호흡’법에서는‘자유호흡’ 시보다 표준변동치가 낮아 호흡주기가 보다 안정적이었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(자유호흡 0.568 vs 연습 후 호흡 0.512, p=ns). 호흡량 측정 결과는 ‘자유호흡’보다 ‘신호모니터-호흡’의 경우 호흡량의 표준편차 값이 낮아 호흡량이 보다 일정하게 유지되었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(자유호흡 1.317 vs 신호모니터-호흡 1.068, p=0.187). 호흡 패턴은 ‘자유호흡’과 ‘모니터 호흡’ 사이에는 큰 차이가 발생하지 않았지만, ‘연습 후 호흡’에서는 호흡주기 내 호흡함수의 평균 면적이 7% 감소하였고 RMS 값은 5.9% 감소를 보였다. 결 론: ‘신호모니터-호흡’에서 호흡주기 및 호흡량이 가장 일정하게 유지되었다. 호흡연습의 효과는 시뮬레이션 신호 없이 호흡하는 ‘연습 후 호흡’의 경우 시간 경과에 따라 감소할 것으로 판단되었다. 본 연구에서 제작한 호흡연습장치 및 프로그램은 호흡의 주기의 규칙성과 호흡량을 일정하게 유지시키는데 효과적으로 평가되었다. Purpose: In order to enhance the efficiency of respiratory gated 4-dimensional radiation therapy for more regular and stable respiratory period and amplitude, a respiration training system was designed, and its efficacy was evaluated. Materials and Methods: The experiment was designed to measure the difference in respiration regularity following the use of a training system. A total of 11 subjects (9 volunteers and 2 patients) were included in the experiments. Three different breathing signals, including free breathing (free-breathing), guided breathing that followed training software (guided-breathing), and free breathing after the guided-breathing (post guided-breathing), were consecutively recorded in each subject. The peak-to-peak (PTP) period of the breathing signal, standard deviation (SD), peak-amplitude and its SD, area of the one cycle of the breathing wave form, and its root mean square (RMS) were measured and computed. Results: The temporal regularity was significantly improved in guided-breathing since the SD of breathing period reduced (free-breathing 0.568 vs guided-breathing 0.344, p=0.0013). The SD of the breathing period representing the post guided-breathing was also reduced, but the difference was not statistically significant (free-breathing 0.568 vs. guided-breathing 0.512, p=ns). Also the SD of measured amplitude was reduced in guided-breathing (free-breathing 1.317 vs. guided-breathing 1.068, p=0.187), although not significant. This indicated that the tidal volume for each breath was kept more even in guided-breathing compared to free-breathing. There was no change in breathing pattern between free-breathing and guided-breathing. The average area of breathing wave form and its RMS in postguided-breathing, however, was reduced by 7% and 5.9%, respectively. Conclusion: The guided-breathing was more stable and regular than the other forms of breathing data. Therefore, the developed respiratory training system was effective in improving the temporal regularity and maintaining a more even tidal volume.

척추뼈전이암 환자의 체부정위방사선치료계획 비교: 동시통합추가치료법 대 RTOG 0631 프로토콜

박수연,오동렬,박희철,김진성,김종식,신은혁,김혜영,정상훈,한영이,Park, Su Yeon,Oh, Dongryul,Park, Hee Chul,Kim, Jin Sung,Kim, Jong Sik,Shin, Eun Hyuk,Kim, Hye Young,Jung, Sang Hoon,Han, Youngyih 한국의학물리학회 2014 의학물리 Vol.25 No.3

척추뼈전이암 환자를 대상으로 본원의 동시통합추가치료법(SIB)과 RTOG 0631 프로토콜에 따른 체부정위방사선치료계획을 세우고, 선량분포를 비교하였다. 간암 원발인 척추 뼈 전이암 환자 5명을 대상으로 전산화단층촬영 영상과 자기공명영상(T1, T2)를 바탕으로 영상융합을 시행하였다. 본원에서 시행하는 SIB방법은 영상에서 보이는 종양을 GTV로 설정하고, GTV를 포함한 전체 척추체부(entire vertebral body, VB)를 CTV1로 정의하였고 GTV에 18 Gy CTV1에 10 Gy를 1회 처방하였다. RTOG 0631 프로토콜 방법은 GTV의 침윤 정도에 따라 주변부의 추근, 좌우 횡돌기 및 극돌기 등을 선택적으로 포함하여 CTV2로 정의하였고 18 Gy 1회 처방하여 체부정위방사선치료계획을 시행하였다. 선량체적화 결과값을 선량-체적 히스토그램을 통해 분석한 결과, 두 방법 모두 표적에 대하여 처방 선량을 만족하였으며, 척수 및 정상 장기에 대하여는 SIB방법이 RTOG 0631프로토콜보다는 낮은 값을 보였다. 또한, 전체 VB의 조사선량분포를 정량화한 결과, RTOG 0631프로토콜에서도 SIB방법과 동일한 처방선량 허용치 85%이상을 포함하는 것으로 나타났다. 하지만 정상 장기에 대한 선량은 RTOG 0631 프로토콜에 따른 치료 방법이 높은 편이었다. 주변부 장기의 부작용이 우려되는 임상적 상황의 경우 조사 체적이 적은 SIB방법이 좋은 선택이 될 수 있을 것이다. 결론적으로 SIB방법이나 RTOG 0631 프로토콜에 따른 표적체적 설정을 통한 체부정위방사선치료계획 모두 유사한 결과를 보였으며, 향후 다양한 연구를 통해 종양제어확률 및 부작용 확률의 차이를 분석해야 할 것이다. In this study, we compared dose distributions from simultaneously integrated boost (SIB) method versus the RTOG 0631 protocol for spine radiosurgery. Spine radiosurgery plans were performed in five patients with localized spinal metastases from hepatocellular carcinoma. The computed tomography (CT) and T1- and T2-weighted magnetic resonance imaging (MRI) were fused for delineating of GTV and spinal cord. In SIB plan, the clinical target volume (CTV1) was included the whole compartments of the involved spine, while RTOG 0631 protocol defines the CTV2 as the involved vertebral body and both left and right pedicles. The CTV2 includes transverse process and posterior element according to the extent of GTV. The doses were prescribed 18 Gy to GTV and 10 Gy to CTV1 in SIB plan, while the prescription of RTOG 0631 protocol was applied 18 Gy to CTV2. The results of dose-volume histogram (DVH) showed that there were competitive in target coverage, while the doses of spinal cord and other normal organs were lower in SIB method than in RTOG 0631 protocol. The 85% irradiated volume of VB in RTOG 0631 protocol was similar to that in the SIB plan. However, the dose to normal organs in RTOG 0631 had a tendency to higher than that in SIB plan. The SIB plan might be an alternative method in case of predictive serious complications of surrounded normal organs. In conclusion, although both approaches of SIB or RTOG 0631 showed competitive planning results, tumor control probability (TCP) and normal tissue complication probability (NTCP) through diverse clinical researches should be analyzed in the future.

선형가속기의 10년간 가동률과 고장률에 관한 통계분석

주상규(Sang Gyu Ju),허승재(Seung Jae Huh),한영이(Youngyih Han),서정민(Jeong Min Seo),김원규(Won Kyou Kim),김태종(Tae Jong Kim),신은혁(Eun Hyuk Shin),박주영(Ju Young Park),여인환(Inhwan J. Yeo),최동락(David R. Choi),안용찬(Yong Chan A 대한방사선종양학회 2005 Radiation Oncology Journal Vol.23 No.3

목 적: 방사선치료의 핵심 장비인 선형가속기의 10년간 고장 기록을 분석하여 효율적인 관리 지표로 활용하고자 한다. 대상 및 방법: 1994년 4월부터 2004년 12월까지 10년 8개월간 의공기술과에서 기록한 장비 수리일지와 사용자가 기록한 업무일지의 내용을 통계분석을 통해 관리실태를 분석했다. 장비 장애 요인을 다각적으로 분석하기 위해 고 장 원인을 치료기 부위별로 세분했고, 고장 발생 시 치료업무에 미치는 영향에 따라 세 단계로 구분하여 조사했다. 또한, 장비 사용량이 고장에 미치는 영향을 분석하기 위해 연간 치료 환자 수와 고장건수, 중요 부속의 평균 수명, 수리비용 등을 분석했다. 결 과: 10년간 발생한 전체 고장건수는 587건이였으며, 이중 조사헤드부의 고장이 전체 건수의 20%를 차지해 가장 높게 나타났고, 고장이 미치는 영향에서는 일시적 장애에 해당하는 ‘조사능력 저하’ 상태의 고장이 41%를 차지해 가장 높았다. 고장 부위에 따른 장애 영향 분석에서는 장애 등급이 가장 높은 ‘조사 불가능’ 상태의 고장이 가속부에서 전체 건수의 약 10%를 차지해 가장 높게 나타났으며, 고장과 관련된 각종 지표 및 수리비용은 사용연수 및 치료건수가 증가함에 따라 함께 증가했다. 중요 부속의 평균 수명은 클라이스트론과 싸이라트론의 경우 치료건수가 증가함에 따라 교체 주기가 빨라져 각각 제조사 권고치의 42%, 83% 수준이었다. 결 론: 안정적인 치료서비스 제공을 위해서는 사용 연수가 증가함에 따라 장비 관리의 필요성이 더욱 중요시되어야하며, 10년간 장비 관리기록을 통해 얻은 각종 지표가 향후 예방적 관리의 좋은 지침이 될 것으로 생각된다. Purpose: To improve the management of a medical linear accelerator, the records of operational failures of a Varian CL2100C over a ten year period were retrospectively analyzed. Materials and Methods: The failures were classified according to the involved functional subunits, with each class rated into one of three levels depending on the operational conditions. The relationships between the failure rate and working ratio and between the failure rate and outside temperature were investigated. In addition, the average life time of the main part and the operating efficiency over the last 4 years were analyzed. Results: Among the recorded failures (total 587 failures), the most frequent failure was observed in the parts related with the collimation system, including the monitor chamber, which accounted for 20% of all failures. With regard to the operational conditions, 2nd level of failures, which temporally interrupted treatments, were the most frequent. Third level of failures, which interrupted treatment for more than several hours, were mostly caused by the accelerating subunit. The number of failures was increased with number of treatments and operating time. The average life-times of the Klystron and Thyratron became shorter as the working ratio increased, and were 42 and 83% of the expected values, respectively. The operating efficiency was maintained at 95% or higher, but this value slightly decreased. There was no significant correlation between the number of failures and the outside temperature. Conclusion: The maintenance of detailed equipment problems and failures records over a long period of time can provide good knowledge of equipment function as well as the capability of predicting future failure. More rigorous equipment maintenance is required for old medical linear accelerators for the advanced avoidance of serious failure and to improve the quality of patient treatment.