보상여과판을 이용한 비인강암의 전방위 강도변조 방사선치료계획

추성실(Sung Sil Chu),이상욱(Sang-wook Lee),서창옥(Chang Ok Suh),김귀언(Gwi Eon Kim) 대한방사선종양학회 2001 Radiation Oncology Journal Vol.19 No.1

목 적 : 비인강암 환자의 국소제어율을 향상시키기 위한 목적으로 보상 여과판을 이용한 전방위 강도변조 방사선치료방법(intensity modulated radiation therapy : IMRT)을 계획하고 기존 3차원 입체조형치료방법과 비교하여 최적의 방사선치료방법을 모색하고자 한다. 대상 및 방법 : 3- 차원 입체조형치료계획으로 치료받았던 비강암환자(T4N0M0) 1예를 선택하여 치료면의 굴곡과 뼈, 공동 등 불균질 조직으로 인하여 발생되는 표적체적의 선량분포를 균일하게 만들고 주변 정상장기의 손상을 최소화하기 위한 일차 입사선량의 강도 조절을 보상여과판으로 시행 하였다. 환자는 열변성 plastic mask로 고정시킨 후 치료조준용 CT Scan (PQ5000)을 이용하여 3 mm 간격으로 scan 하고 가상조준장치(virtual simulator)와 3차원 방사선치료계획 컴퓨터(ADAC- Pinnacle3)를 이용하여 보상여과판을 제작하였다. 각 조사면을 세분한 소조사선(beamlet)의 강도 가중치(weighting)를 계산하고 가중치에 따른 선량 감약을 보상여과판의 두께로 환산하여 판별이 쉽도록 도표화하였다. 방사선 치료성과의 기준은 정량적으로 평가할 수 있는 선량체적표(dose volume histogram : DVH)와 종양억제확율(tumor control probability :TCP)및 정상조직 손상확율(normal tissue complication probability : NTCP)의 수학적 관계식을 이용하여 치료효과를 평가하였다. 결 과 : 전방위 IMRT에서 계획용표적체적(planning target volume : PTV)내의 최소선량과 최대선량의 차이가 입체조형치료계획보다 약간 증가하였으며 평균선량은 강도조절치료계획에서 약 10% 더 높았고 전체 방사선량의 95%가 포함되는 체적(V95)은 비교적 양쪽 설계방법에서 비슷한 양상을 보이고 있었다. 주위 건강장기들의 DVH에서 방사선에 민감한 장기인 시신경, 측두엽, 이하선, 뇌간, 척수, 측두하악골관절 등은 강도조절치료계획에서 많이 보호되었다. PTV의 종양제어확율은 입체조형치료계획과 강도변조치료계획에서 모두 비교적 균일하였으며 계획선량이 50 Gy에서 80 Gy로 증가함에 따라 TCP가 0.45에서 0.56으로 완만하게 증가하였다. 척수, 측두하악골 관절, 뇌간, 측두엽, 이하선, 시신경교차, 시신경 등정상장기의 손상확율은 입체조형치료계획보다 강도조절치료계획에서 월등히 감소되었으며 특히 뇌간(brain stem)의 NTCP는 입체조형치료계획에서 보다 강도조절치료계획에서 훨씬 적은 값(0.3에서 0.15)으로 감소되었다. 계획선량의 증가에 따른 TCP와 NTCP를 입체조형치료계획과 강도조절치료계획에서 TCP는 공히 완만한 증가를 보였으나 NTCP값은 선량증가에 비례적으로 증가하였고 입체조형치료계획이 강도조절치료계획보다 월등히 증가하였다. 결 론 : 보상여과판을 이용한 전방위 강도변조 방사선치료에서 PTV내의 선량 균일도의 개선은 없었지만 뇌간, 척수강 등 정상장기의 피폭을 줄일 수 있었다. 특히 인체표면의 굴곡이 심하거나 뼈, 동공 등으로 종양에 도달하는 방사선량분포가 균일하지 않을 경우 매우 유리한 치료방법이였다. 방사선치료성적을 평가함에 있어 DVH와 TCP, NTCP 등 수학적 척도를 이용함으로서 치료성과의 예측, 종양선량의증가(dose escalation), 방사선수술의 지표 및 방사선치료의 질적 상황을 정량적 수치로 평가할 수 있어 방사선치료성과 향상에 기여할 수 있다고 생각한다. Purpose :To improve the local control of patients with nasopharyngeal cancer, we have implemented 3- D conformal radiotherapy and forward intensity modulated radiation therapy (IMRT) to used of compensating filters. Three dimension conformal radiotherapy with intensity modulation is a new modality for cancer treatments. We designed 3- D treatment planning with 3- D RTP (radiation treatment planning system) and evaluation dose distribution with tumor control probability (TCP) and normal tissue complication probability (NTCP). Material and Methods :We have developed a treatment plan consisting four intensity modulated photon fields that are delivered through the compensating filters and block transmission for critical organs. We get a full size CT imaging including head and neck as 3 mm slices, and delineating PTV (planning target volume) and surrounding critical organs, and reconstructed 3D imaging on the computer windows. In the planning stage, the planner specifies the number of beams and their directions including non- coplanar, and the prescribed doses for the target volume and the permissible dose of normal organs and the overlap regions. We designed compensating filter according to tissue deficit and PTV volume shape also dose weighting for each field to obtain adequate dose distribution, and shielding blocks weighting for transmission. Therapeutic gains were evaluated by numerical equation of tumor control probability and normal tissue complication probability. The TCP and NTCP by DVH (dose volume histogram) were compared with the 3- D conformal radiotherapy and forward intensity modulated conformal radiotherapy by compensator and blocks weighting. Optimization for the weight distribution was performed iteration with initial guess weight or the even weight distribution. The TCP and NTCP by DVH were compa red with the 3- D conformal radiotherapy and intensitiy modulated conformal radiotherapy by compensator and blocks weighting. Results : Using a four field IMRT plan, we have customized dose distribution to conform and deliver sufficient dose to the PTV. In addition, in the overlap regions between the PTV and the normal organs (spinal cord, salivary grand, pituitary, optic nerves), the dose is kept within the tolerance of the respective organs. We evaluated to obtain sufficient TCP value and acceptable NTCP using compensating filters. Quality assurance checks show acceptable agreement between the planned and the implemented MLC (multi- leaf collimator). Conclusion : IMRT provides a powerful and efficient solution for complex planning problems where the surrounding normal tissues place severe constraints on the prescription dose. The intensity modulated fields can be efficaciously and accurately delivered using compensating filters.

4종 해충의 발육과 생식에 대한 전자빔과 X-ray의 억제선량

윤승환,김민준,김현아,이선우,유대현,김현경,구현나,김길하,Yun, Seung-Hwan,Kim, Minjun,Kim, Hyunah,Lee, Seon-Woo,Yoo, Dae Hyun,Kim, Hyun Kyung,Koo, Hyun-Na,Kim, Gil-Hah 한국응용곤충학회 2014 한국응용곤충학회지 Vol.53 No.4

4종 해충(복숭아혹진딧물, 점박이응애, 아메리카잎굴파리, 대만총채벌레)에 이온화에너지인 전자빔과 X-ray를 각각 조사하여 이들 해충의 발육과 생식에 미치는 영향을 비교하여 억제선량을 결정하였다. 복숭아혹진딧물 약충에 전자빔과 X-ray 조사 시, 전자빔의 경우에는 100 Gy, X-ray의 경우에는 30 Gy에서 우화성충의 산자가 완전히 억제되었다. 복숭아혹진딧물 성충의 경우 200 Gy (전자빔)와 50 Gy (X-ray)에서 각각 $F_1$ 세대 약충의 우화가 억제되었다. 그러나 이들 두 이온화에너지 모두 성충수명에는 영향을 주지 않았다. 점박이응애의 알에서는 전자빔 150 Gy와 X-ray 50 Gy 선량에서 알의 부화가 완전히 억제되었다. 아메리카잎굴파리 번데기에서는 X-ray 조사선량이 증가할수록 우화율이 감소하였다. 대만총채벌레 성충에 조사 시 전자빔의 250 Gy와 X-ray의 200 Gy 선량에서 $F_1$ 세대 알의 부화가 완전히 억제되었다. This study investigated inhibitory doses of electron beam and X-ray irradiation by comparing their effects on the development and reproduction of four insect pests (Myzus persicae, Tetranychus urticae, Liriomyza trifolii, and Frankliniella intonsa). When M. persicae nymphs were irradiated with 100 Gy of electron beam and 30 Gy of X-ray beam, offspring production by adults that developed from the treated nymphs was completely inhibited. When M. persicae adults were irradiated with 200 Gy of electron beam and 50 Gy of X-ray beam, emergence of the $F_1$ generation was inhibited. However, these two ionizing radiations did not affect adult longevity. When T. urticae eggs were irradiated with 150 Gy of electron beam and 50 Gy of X-ray beam, egg hatching was completely inhibited. When L. trifolii pupae were irradiated, the emergence rate decreased with increasing doses of X-ray irradiation. After F. intonsa adults were irradiated with 250 Gy of electron beam and 200 Gy of X-ray beam, egg hatching of the $F_1$ generation was completely suppressed.

호흡주기에 따른 방사선입체조형치료법의 개발

추성실(Sung Sil Chu),조광환(Kwang Hwan Cho),이창걸(Chang Geol Lee),서창옥(Chang Ok Suh) 대한방사선종양학회 2002 Radiation Oncology Journal Vol.20 No.1

목적: 호흡주기에 따른 위치변동 감지센서를 이용하여 종양의 위치가 일정위치에 있을 때만 방사선을 치료하는 호흡동기치료기구를 제작하고 일정한 호흡주기 상태에서 수행된 CT simulation과 3차원 입체조형치료계획에 따라 방사선을 치료하는 시스템을 개발하고자 하였다. 호흡유무에 따른 종양의 치료 마진(margin)을 측정하고 계획용표적체적(planning target volume: PTV)의 크기에 따른 선량체적표(dose volume histogram: DVH)와 종양억제확률(tumor control probability:TCP), 건강조직손상확률(normal tissue complication probability:NTCP) 및 선량 통계자료를 통하여 치료성과를 평가하고 선량증강 범위를 예측하고자 하였다. 대상 및 방법: 종양이 비교적 작고 전이가 없는(T1N0M0) 5명의 폐암환자를 선택하여 X-선 조준장치를 이용하여 횡격막의 이동거리를 측정하는 방법으로 내부장기의 운동을 평가하였다. 호흡동기치료기구는 끌어당김 센서가 부착된 허리띠 모양으로 구성되었으며 이를 흉곽 또는 복부에 부착하여 호흡주기에 의한 흉곽의 크기변동에 따라 센서의 회로가 개폐되고 이것을 선형가속기의 조종간에 연결하는 간단한 기구로서 감도와 재현성이 높았다. 호흡을 배기한 후 일시적 호흡이 정지된 상태에서 Spiral-CT (PQ-5000)로 3차원 영상을 획득하고 Virtual CT-simulator(AcQ-SIM)에 의하여 종양의 위치와 주위 장기들을 확인 도시하였으며 3차원 치료계획장치(Pinnacle, ADAC Co.)를 이용하여 3차원 입체조형치료를 계획하였다. 치료계획의 평가는 호흡동기치료기구의 사용유무에 따른 PTV의 크기에 따라 최적 선량분포를 구사하였으며 각각의 DVH, TCP, NTCP 및 선량통계자료를 도축 비교 검토하였다. 결과: X-선 simulation에서 폐암환자의 횡격막 이동은 약 1㎝에서 2.5㎝로서 평균 1.5㎝로 측정되었고 자유호흡시 PTV는 CTV(clinical target volume)에 약 2㎝ 마진을 주었으며 호흡동기치료기구를 사용하였을 때는 0.5㎝ 마진이 적당한 것으로 측정되었다. 종양의 PTV는 연장 마진의 거의 자승비로 증가하였으며 TCP의 값은 마진 범위 (0.5~2.0 ㎝)에 관계없이 거의 일정하였고 NTCP의 값은 마진 크기에 따라 평균 65%로 급속히 증가하였다. 결론: 호흡주기에 따른 위치변동 감지센서를 이용한 호흡동기치료기구는 종양의 위치가 일정할 때만 방사선이 조사되는 간단하고 정확한 장치로서 3차원 입체조형치료 및 강도변조방사선치료에서 매우 유용한 장치임을 확인할 수 있었다. 또한 호흡조절 방사선입체조형치료방법의 기술과 시술절차를 확립시키고 정량적인 선량평가를 위하여 DVH, TCP, NTCP 등의 정량분석과 종양의 투여 선량 증가량(dose escalation)을 예측하는 기초자료를 제공할 수 있었다. Purpose: 3D conformal radiotherapy, the optimum dose delivered the tumor and provided the risk of normal tissue unless marginal miss, was restricted by organ motion. For tumors in the thorax and abdomen, the planning target volume (PTV) is decided including the margin for movement of tumor volumes during treatment due to patients breathing. We designed the respiratory gating radiotherapy device (RGRD) for using during CT simulation, does planning and beam delivery at identical breathing period conditions. Using RGRD, reducing the treatment margin for organ (thorax or abdomen) motion due to breathing and improve dose distribution for 3D conformal radiotherapy. Materials and Methods: The internal organ motion data for lung cancer patients were obtained by examining the diaphragm in the supine position to find the position dependency. We made a respiratory gating radiotherapy device (RGRD) that is composed of a strip band, drug sensor, micro switch, and a connected on-off switch in a LINAC control box. During same breathing period by RGRD, spiral CT scan, virtual simulation, and 3D dose planing for lung cancer patients were performed, without an extended PTV margin for free breathing, and then the dose was delivered at the same positions. We calculated effective volumes and normal tissue complication probabilities (NTCP) using dose volume histograms for normal lung, and analyzed changed in doses associated with selected NTCP levels and tumor control probabilities (TCP) at these new dose levels. The effects of 3D conformal radiotherapy by RGRD were evaluated with DVH (DOSE Volume Histogram), TCP, NTCP and dose statistics. Results: The average movement of a diaphragm was 1.5 cm in the supine position when patients breathed freely. Depending on the location of the tumor, the magnitude of the PTV margin needs to be extended from 1 cm to 3cm, which can greatly increase normal tissue irradiation, and hence, results in increase of the normal tissue complications probability. Simple and precise RGRD is very easy to setup on patients and is sensitive to length variation (+2 mm), it also delivers on-off information to patients and the LINAC machine. We evaluated the treatment plans of patients who had received conformal partial organ lung irradiation for the treatment of thorax malignancies. Using RGRD, the PTV margin by free breathing can be reduced about 2 cm for moving organs by breathing. TCP values are almost the same values (4~5% increased) for lung cancer regardless of increasing the PTV margin to 2.0 cm but NTCP values are rapidly increased (60~70% increased) for upon extending PTV margins by 2.0 cm. Conclusion: Internal organ motion due to breathing can be reduces effectively using our simple RGRD. This method can be used in clinical treatments to reduce organ motion induced margin, therapy reducing normal tissue irradiation. Using treatment planning software, the dose to normal tissues was analyzed by comparing dose statistics with and without RGRD. Potential benefits of radiotherapy derived from reduction or elimination of planning target volume (PTV) margins associated with patient breathing through the evaluation of the lung cancer patients with 3D conformal radiotherapy.