비소세포성 폐암 환자의 방사선 치료 시 제한 호흡 주기의 유용성 평가

박소연,안종호,서정민,김영일,김진만,최병기,표홍렬,송기원,Park, So-Yeon,Ahn, Jong-Ho,Suh, Jung-Min,Kim, Yung-Il,Kim, Jin-Man,Choi, Byung-Ki,Pyo, Hong-Ryul,Song, Ki-Won 대한방사선치료학회 2012 대한방사선치료학회지 Vol.24 No.2

Purpose: It is essential to minimize the movement of tumor due to respiratory movement at the time of respiration controlled radiotherapy of non-small cell lung cancer patient. Accordingly, this Study aims to evaluate the usefulness of restricted respiratory period by comparing and analyzing the treatment plans that apply free and restricted respiration period respectively. Materials and Methods: After having conducted training on 9 non-small cell lung cancer patients (tumor n=10) from April to December 2011 by using 'signal monitored-breathing (guided- breathing)' method for the 'free respiratory period' measured on the basis of the regular respiratory period of the patents and 'restricted respiratory period' that was intentionally reduced, total of 10 CT images for each of the respiration phases were acquired by carrying out 4D CT for treatment planning purpose by using RPM and 4-dimensional computed tomography simulator. Visual gross tumor volume (GTV) and internal target volume (ITV) that each of the observer 1 and observer 2 has set were measured and compared on the CT image of each respiratory interval. Moreover, the amplitude of movement of tumor was measured by measuring the center of mass (COM) at the phase of 0% which is the end-inspiration (EI) and at the phase of 50% which is the end-exhalation (EE). In addition, both observers established treatment plan that applied the 2 respiratory periods, and mean dose to normal lung (MDTNL) was compared and analyzed through dose-volume histogram (DVH). Moreover, normal tissue complication probability (NTCP) of the normal lung volume was compared by using dose-volume histogram analysis program (DVH analyzer v.1) and statistical analysis was performed in order to carry out quantitative evaluation of the measured data. Results: As the result of the analysis of the treatment plan that applied the 'restricted respiratory period' of the observer 1 and observer 2, there was reduction rate of 38.75% in the 3-dimensional direction movement of the tumor in comparison to the 'free respiratory period' in the case of the observer 1, while there reduction rate was 41.10% in the case of the observer 2. The results of measurement and comparison of the volumes, GTV and ITV, there was reduction rate of $14.96{\pm}9.44%$ for observer 1 and $19.86{\pm}10.62%$ for observer 2 in the case of GTV, while there was reduction rate of $8.91{\pm}5.91%$ for observer 1 and $15.52{\pm}9.01%$ for observer 2 in the case of ITV. The results of analysis and comparison of MDTNL and NTCP illustrated the reduction rate of MDTNL $3.98{\pm}5.62%$ for observer 1 and $7.62{\pm}10.29%$ for observer 2 in the case of MDTNL, while there was reduction rate of $21.70{\pm}28.27%$ for observer 1 and $37.83{\pm}49.93%$ for observer 2 in the case of NTCP. In addition, the results of analysis of correlation between the resultant values of the 2 observers, while there was significant difference between the observers for the 'free respiratory period', there was no significantly different reduction rates between the observers for 'restricted respiratory period. Conclusion: It was possible to verify the usefulness and appropriateness of 'restricted respiratory period' at the time of respiration controlled radiotherapy on non-small cell lung cancer patient as the treatment plan that applied 'restricted respiratory period' illustrated relative reduction in the evaluation factors in comparison to the 'free respiratory period. 목 적: 비소세포성 폐암 환자의 호흡 조절 방사선 치료 시 호흡에 의한 종양의 움직임을 최소화하는 것이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 자유호흡 주기와 제한호흡 주기를 각각 적용한 치료 계획을 비교, 분석하여 제한 호흡 주기의 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 2011년 4월부터 12월까지 비소세포성 폐암 환자 9명(tumor n=10)을 대상으로 환자에게 평소의 호흡주기를 바탕으로 측정한 '자유호흡 주기'와 의도적으로 줄인 '제한호흡 주기'를 '신호모니터-호흡(guided-breathing)'법을 사용하여 각각 훈련을 실시한 후 RPM과 4차원 전산화 단층촬영 모의치료기를 이용해 치료계획용 4D CT를 실시하여 총 10개의 호흡 위상(respiration phase)별 CT 영상을 획득하였다. 각 호흡 주기의 CT 영상에 관측자 두 명이 각각 설정한 육안적 종양체적(Gross Tumor Volume, GTV)과 내부표적체적(Internal Target Volume, ITV)부피를 측정, 비교하였고 들숨(end-inspiration, EI)인 0%와 날숨(end-exhalation, EE)인 50% 위상에서의 center of mass (COM)를 측정하여 종양 움직임의 진폭을 측정했다. 또한 관측자 두명이 각각 두 호흡 주기를 적용한 치료계획을 수립하였고 정상 폐 평균선량(mean dose to normal lung, MDTNL)과 정상 폐 용적의 정상조직합병증확률(normal tissue complication probability, NTCP)을 비교, 분석하였으며 측정된 자료의 정량적 평가를 위해 통계 분석을 실시했다. 결 과: 관측자 두 명의 '제한호흡 주기'를 적용한 치료 계획을 분석한 결과 '자유호흡 주기'에 비해 종양의 3D 방향 움직임이 관측자 1의 경우 38.75%, 관측자 2의 경우 41.10%의 감소율을 보였고 GTV와 ITV의 부피를 측정, 비교한 결과 GTV의 부피는 관측자 1의 경우 $14.96{\pm}9.44%$, 관측자 2의 경우 $19.86{\pm}10.62%$, ITV의 부피는 관측자 1의 경우 $8.91{\pm}5.91%$, 관측자 2의 경우 $15.52{\pm}9.01%$의 감소율을 보였으며 MDTNL과 NTCP를 분석, 비교한 결과 MDTNL은 관측자 1의 경우 $3.98{\pm}5.62%$, 관측자 2의 경우 $7.62{\pm}10.29%$의 감소율을, NTCP의 경우 관측자 1의 결과 $21.70{\pm}28.27%$, 관측자 2의 결과 $37.83{\pm}49.93%$의 감소율을 나타냈다. 또한 두 관측자의 결과 값의 상관관계를 분석한 결과 '자유호흡 주기'에서는 관측자간의 유의한 차이를 보이는 데 비해 '제한호흡 주기'에서는 관측자간의 차이가 없는 감소율을 보였다. 결 론: '자유호흡 주기'에 비해 '제한호흡 주기'를 적용한 치료 계획에서 평가인자들의 상대적인 감소를 나타내어 비소세포성 폐암 환자의 호흡 조절 방사선 치료 시 '제한호흡 주기'의 유용성 및 타당성을 확인할 수 있었다.

여성 흉부 CT 검사 시 ASIR의 적용과 Bismuth Breast Shield 사용으로 인한 선량감소효과 및 화질평가

박소연(So Yung Park),방성호(Sung Ho Bang),남윤철(Yoon Chul Nam),김문찬(Moon Chan Kim),한동균(Dong Kyoon Han) 대한CT영상기술학회 2011 대한CT영상기술학회지 Vol.13 No.2

목적 여성의 흉부 CT 검사에서 dose modulation, bismuth 재질의 유방 차폐재, ASIR 기술 적용을 통한 유방, 갑상선, 폐의 선량 감소효과와 화질평가를 위함이다. 대상 및 방법 CT장비는 GE VCT XTe(GE Medical System, USA)를 사용하였고, 선량 측정을 위해서 Rando anthropomorphic woman phantom(model RAN-110, Churchin associate LTD, USA)과 형광유리선량계(GD-352M, 12mm, FGD-1000 reader, Asahi Techno Glass Cooperation, shizuoka, Japan)를 사용하였으며, 유방의 차폐를 위해 bismuth로 코팅된 라텍스(F&L Medical Products Co., 0.060 mmPb equivalent, USA)를 사용하였다. 화질평가를 위해서는 ACR phantom(model #438, Gamex RMI, USA)을 사용하였다. 선량측정은 유방과 갑상선, 폐에 각각 형광유리선량소자를 2개씩 삽입하여 본원 흉부CT 검사인 2.5mm slice thickness, 40 mm beam bollimation, 0.6 sec rotation time, 1.375:1 pitch, 120 kVp로 고정하고, bismuth 유방 차폐재 유무에 따른 non dose modulation, dose modulation, dose modulation과 ASIR를 함께 적용한 여섯 가지 방법에서 측정하여 선량감소 효과를 평가하였다. 화질평가는 Rando 팬텀과 ACR 팬텀에서 각각의 방법에 따라 스캔한 후 노이즈와 균일도, 직선성을 평가하였다. 결과 Dose modulation을 적용하면 유방, 갑상선, 폐의 organ dose는 각각 36.5%, 50.7%, 37.2% 감소되었으며, dose modulation과 bismuth를 함께 적용 시 각각 47.2%, 58.0%, 47.6% 감소되었다. 또한, dose modulation과 bismuth, ASIR를 모두 적용하면 각각 69.8%, 66.9%, 65.0% 감소되었다. ACR 팬텀을 통한 노이즈 측정 결과는 선량감소 방법을 적용하지 않은 검사 방법이 31.2로 가장 낮게 측정되었으며, dose modulation과 bismuth를 적용한 경우 64로 가장 높게 측정되었다. Dose modulation과 ASIR를 함께 적용하였을 때에는 dose modulation만 적용했을 때보다 낮았다. 중앙, 3시, 6시, 9시, 12시 방향에서 측정한 균일도는 bismuth를 사용하지 않은 스캔방법에서는 ACR의 권고기준에 포함되었으나 bismuth를 사용한 서까지 스캔방법에서는 중앙부 값이 상승하여 ACR에서 권고하는 허용범위에 속하진 않았으나 중앙과 가장자리의 CT number 값의 차이는 차폐재와 인접한 12시의 경우만 제외하고 5HU 이내로 허용범위 내에 속하였다. 직선성 평가는 bismuth를 사용하지 않은 스캔방법에서는 물의 CT number 값을 제외하고는 ACR의 권고 치에 포함되었다. 그러나 bismuth를 사용한 세 가지 스캔방법에서는 뼈의 CT number 값은 허용범위에 안에 들어왔으나 공기, 아크릴, 폴리에틸렌은 기준치에 근소한 차이로 벗어났으며 물의 CT number 값은 가장 크게 증가하였다. 결론 여성의 흉부 CT 검사 시 dose modulation, bismuth 유방 차폐재 사용 및 ASIR의 적절한 적용은 영상의 질은 유지하면서 환자의 선량을 감소시킬 수 있는 방안으로 이를 적극적으로 활용할 것을 권고한다. I. Purpose The purpose of this study was to assess radiation dose savings when using bismuth breast shield in the female chest CT- non dose modulation, dose modulation, adaptive statistical iterative reconstruction(ASIR)-in various combinations and to evaluate the effect on image quality. II. Meterial and Methods The glass dosimetry elements were put on the left and right breast, thyroid and lung of rando phantom. The phantom were scanned with same protocol, 2.5 mm slice thickness, 40 nun beam collimation, 0.6 sec rotation time, 1.375:1 pitch, 120 kVp and with each of following methods without and with bismuth breast shield, respectively. 1. In application of non dose modulation, 275 mA 2. In application of dose modulation, noise index at 15.86(100-275 mA) 3. In application of dose modulation and 40% ASIR, noise index at 20.14 (100-275 mA) All examinations were performed with a 64 slice MDCT scanner(GE LightSpeed VCT XTe, Waukesha, Wisconsin, USA), Rando anthropomorphic woman phantom(model RAN-110, Churchin associate LTD, USA) and glass dosimetry system(GD-352M, 12 mm, FGD-1000 reader, Japan) in the measurement of organ dose. Protection device of breast was constructed from the bismuth-coated latex sheets(F&L Medical Products Co., USA). ACR phantom(model #438, Gamex RMI, USA) was used same methods for assessment of the image quality. III. Result When the dose modulation was applied, the organ doses of breast, thyroid, lung have decreased to 36.5%, 50.7%, 37.2% and in case of dose modulation with bismuth breast shield, those of breast, thyroid, lung have decreased to 47.2%, 58.0%, 47.6%, respectively. Then when the combinations of using ASIR with dose modulation and bismuth breast shield was applied, the organ doses of breast, thyroid and lung have decreased to 69.8%, 66.9%, 65.0%, respectively. Also, radiation dose of superficial radiosensitive organ, thyroid decreased 15.5%, 14.9%, 2.4% by bismuth breast shield during the application of non dose modulation, dose modulation, ASIR with dose modulation, respectively. The measurement of noise with ACR phantom bas shown that method reducing the radiation dose was not adopted, the noise reached the lowest value. The result of applying ASIR with dose modulation was lower than in that case of applying dose modulation only. The combinations of using ASIR with dose modulation and bismuth breast shield reduced 8% of noise as well as 31.5% of the CTDIvol as compared with using dose modulation with bismuth breast shields. IV. Conclusions The application of ASIR technology brings not only the decrease of noise but also low radiation dose. The bismuth breast shield reduced radiation dose in adjacent radiosensitive organ, thyroid as well as directly shielded breast. Further study is required to diminish the radiation dose of the patients while maintaining adequate image quality through the combinations of the various dose reduction methods.