사이버나이프에서 폐종양 추적 시스템의 정확도 분석

허현도,최상현,김우철,김헌정,김성훈,조삼주,민철기,조광환,이상훈,최진호,임상욱,신동오,Huh, Hyun-Do,Choi, Sang-Hyoun,Kim, Woo-Chul,Kim, Hun-Jeong,Kim, Seong-Hoon,Cho, Sam-Ju,Min, Chul-Ki,Cho, Kwang-Hwan,Lee, Sang-Hoon,Choi, Jin-Ho,Lim, San 한국의학물리학회 2009 의학물리 Vol.20 No.3

사이버나이프 로봇 방사선 수술 시스템은 환자를 치료하는 동안 환자의 내부 기준 마커를 이용하여 종양의 위치를 실시간으로 추적 할 수 있는 시스템이다. 최근 폐종양 치료의 경우 기준 마커의 삽입 없이 폐종양의 밀도 차이를 이용하여 실시간 종양 추적을 할 수 있는 폐종양추적시스템이 개발되어 치료에 적용되고 있다. 최근 개발되어 국내 최초 도입된 폐종양 추적치료시스템의 위치 추적 정확도의 분석은 동적흉부 팬톰과 GafChromic film을 이용하였다. 폐종양추적시스템을 이용하여 종양의 위치 추적 정확도는 평균 오차 $0.85{\pm}0.22$ mm로 분석되었다. 기준마커 삽입 없이 폐종양추적시스템을 이용하여 폐종양 치료에 매우 유용한 것으로 판단되었다. To track moving tumor in real time, CyberKnife system imports a technique of the synchrony respiratory tracking system. The fiducial marker which are detectable in X-ray images were demand in CyberKnife Robotic radiosurgery system. It issued as reference markers to locate and track tumor location during patient alignment and treatment delivery. Fiducial marker implantation is an invasive surgical operation that carries a relatively high risk of pneumothorax. Most recently, it was developed a direct lung tumor registration method that does not require the use of fiducials. The purpose of this study is to measure the accuracy of target applying X-sight lung tracking using the Gafchromic film in dynamic moving thorax phantom. The X-sight Lung Tracking quality assurance motion phantom simulates simple respiratory motion of a lung tumor and provides Gafchromic dosimetry film-based test capability at locations inside the phantom corresponding to a typical lung tumor. The total average error for the X-sight Lung Tracking System with a moving target was $0.85{\pm}0.22$ mm. The results were considered reliable and applicable for lung tumor treatment in CyberKnife radiosurgery system. Clinically, breathing patterns of patients may vary during radiation therapy. Therefore, additional studies with a set real patient data are necessary to evaluate the target accuracy for the X-sight Lung Tracking system.

예측 불가능한 호흡 변화에 따른 사이버나이프 종양 추적 방사선 치료의 정확도 분석

서정민,이창열,허현도,김완선,Seo, jung min,Lee, chang yeol,Huh, hyun do,Kim, wan sun 대한방사선치료학회 2015 대한방사선치료학회지 Vol.27 No.2

Purpose : Cyber-Knife tumor tracking system, based on the correlation relationship between the position of a tumor which moves in response to the real time respiratory cycle signal and respiration was obtained by the LED marker attached to the outside of the patient, the location of the tumor to predict in advance, the movement of the tumor in synchronization with the therapeutic device to track real-time tumor, is a system for treating. The purpose of this study, in the cyber knife tumor tracking radiation therapy, trying to evaluate the accuracy of tumor tracking radiation therapy system due to the change in the form of unpredictable sudden breathing due to cough and sleep. Materials and Methods : Breathing Log files that were used in the study, based on the Respiratory gating radiotherapy and Cyber-knife tracking radiosurgery breathing Log files of patients who received herein, measured using the Log files in the form of a Sinusoidal pattern and Sudden change pattern. it has been reconstituted as possible. Enter the reconstructed respiratory Log file cyber knife dynamic chest Phantom, so that it is possible to implement a motion due to respiration, add manufacturing the driving apparatus of the existing dynamic chest Phantom, Phantom the form of respiration we have developed a program that can be applied to. Movement of the phantom inside the target (Ball cube target) was driven by the displacement of three sizes of according to the size of the respiratory vertical (Superior-Inferior) direction to the 5 mm, 10 mm, 20 mm. Insert crosses two EBT3 films in phantom inside the target in response to changes in the target movement, the End-to-End (E2E) test provided in Cyber-Knife manufacturer depending on the form of the breathing five times each. It was determined by carrying. Accuracy of tumor tracking system is indicated by the target error by analyzing the inserted film, additional E2E test is analyzed by measuring the correlation error while being advanced. Results : If the target error is a sine curve breathing form, the size of the target of the movement is in response to the 5 mm, 10 mm, 20 mm, respectively, of the average $1.14{\pm}0.13mm$, $1.05{\pm}0.20mm$, with $2.37{\pm}0.17mm$, suddenly for it is variations in breathing, respective average $1.87{\pm}0.19mm$, $2.15{\pm}0.21mm$, and analyzed with $2.44{\pm}0.26mm$. If the correlation error can be defined by the length of the displacement vector in the target track is a sinusoidal breathing mode, the size of the target of the movement in response to 5 mm, 10 mm, 20 mm, respective average $0.84{\pm}0.01mm$, $0.70{\pm}0.13mm$, with $1.63{\pm}0.10mm$, if it is a variant of sudden breathing respective average $0.97{\pm}0.06mm$, $1.44{\pm}0.11mm$, and analyzed with $1.98{\pm}0.10mm$. The larger the correlation error values in both the both the respiratory form, the target error value is large. If the motion size of the target of the sine curve breathing form is greater than or equal to 20 mm, was measured at 1.5 mm or more is a recommendation value of both cyber knife manufacturer of both error value. Conclusion : There is a tendency that the correlation error value between about target error value magnitude of the target motion is large is increased, the error value becomes large in variation of rapid respiration than breathing the form of a sine curve. The more the shape of the breathing large movements regular shape of sine curves target accuracy of the tumor tracking system can be judged to be reduced. Using the algorithm of Cyber-Knife tumor tracking system, when there is a change in the sudden unpredictable respiratory due patient coughing during treatment enforcement is to stop the treatment, it is assumed to carry out the internal target validation process again, it is necessary to readjust the form of respiration. Patients under treatm 목 적 : 사이버나이프 종양 추적 시스템(Cyber-knife tumor tracking system)은 환자 외부에 부착한 LED marker에서 얻어진 실시간 호흡 주기 신호와 호흡에 따라 움직이는 종양의 위치와의 상관관계를 바탕으로 종양의 위치를 미리 예측하고 종양의 움직임을 치료기와 동기화 (Synchronize) 시켜 실시간으로 종양을 추적하며 치료하는 시스템이다. 본 연구의 목적은 사이버나이프 종양 추적 방사선 치료 중 기침이나 수면 등으로 인해 예측 불가능한 갑작스러운 호흡 형태 변화에 따른 종양 추적 방사선 치료 시스템의 정확도를 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 연구에 사용된 호흡 Log 파일은 본원에서 호흡 동조 방사선치료(Respiratory gating radiotherapy)나 사이버나이프 호흡 추적 방사선수술(Cyber-knife tracking radiosurgery)을 받았던 환자의 호흡 Log 파일을 바탕으로, 정현곡선 형태(Sinusoidal pattern)와 갑작스런 변화 형태(Sudden change pattern)의 Log 파일을 이용하여 측정이 가능하도록 재구성하였다. 재구성 된 호흡 Log 파일을 사이버나이프 동적 흉부 팬텀에 입력하여 호흡에 따른 움직임을 구현할 수 있도록 기존 동적 흉부 팬텀의 구동장치를 추가 제작하였고, 호흡의 형태를 팬텀에 적용 시킬 수 있는 프로그램을 개발하였다. 팬텀 내부 표적(Ball cube target)의 움직임은 호흡의 크기에 따라 상하(Superior-Inferior)방향으로 5 mm, 10 mm, 20 mm 3가지 크기의 변위로 구동하게 하였다. 팬텀 내부 표적에 EBT3 필름 2장을 교차 삽입하여 표적 움직임의 변화에 따라 사이버나이프 제조사에서 제공된 End-to-End(E2E) test를 호흡의 형태에 따라 각각 5회씩 실시하고 측정하였다. 종양 추적 시스템의 정확도는 삽입된 필름을 분석하여 표적 오차(Targeting error)로 나타내었고, 추가로 E2E test가 진행되는 동안 상관관계 오차(Correlation error)를 측정하여 분석하였다. 결 과 : 표적 오차는 정현곡선 호흡 형태일 경우 표적 움직임의 크기가 5 mm, 10 mm, 20 mm 에 따라 각각 평균 $1.14{\pm}0.13mm$, $1.05{\pm}0.20mm$, $2.37{\pm}0.17mm$이고, 갑작스런 호흡 변화 형태일 경우 각각 평균 $1.87{\pm}0.19mm$, $2.15{\pm}0.21mm$, $2.44{\pm}0.26mm$으로 분석되었다. 표적 추적에 있어 변위 벡터의 길이로 정의할 수 있는 상관관계 오차는 정현곡선 호흡 형태일 경우 표적 움직임의 크기가 5 mm, 10 mm, 20 mm 에 따라 각각 평균 $0.84{\pm}0.01mm$, $0.70{\pm}0.13mm$, $1.63{\pm}0.10mm$이고, 갑작스런 호흡 변화 형태일 경우 각각 평균 $0.97{\pm}0.06mm$, $1.44{\pm}0.11mm$, $1.98{\pm}0.10mm$으로 분석되었다. 두 호흡 형태에서 모두 상관관계 오차 값이 클수록 표적 오차 값이 크게 나타났다. 정현곡선 호흡 형태의 표적 움직임 크기가 20 mm 이상일 경우, 두 오차 값 모두 사이버나이프 제조사의 권고치인 1.5 mm 이상으로 측정되었다. 결 론 : 표적 움직임의 크기가 클수록 표적 오차 값과 상관관계 오차 값이 증가하는 경향이 있었으며, 정현곡선 호흡 형태보다 갑작스런 호흡 변화 형태에서 오차 값이 크게 나타났다. 호흡의 형태가 규칙적인 정현 곡선 형태더라도 표적의 움직임이 클수록 종양 추적 시스템의 정확도가 감소하는 것으로 판단할 수 있다. 사이버나이프 종양 추적 시스템의 알고리즘을 이용하여 치료 시행 시 환자의 기침 등으로 인하여 갑작스럽게 예측 불가능한 호흡 변화가 있는 경우 치료를 멈추고 내부 표적 확인 과정을 재실시 하여야 하며 호

실시간 종양 추적 방사선 수술 시스템에서 예측 호흡 모델 오차 감소를 위한 고글 모니터 유용성 평가

허현도,최상현,김우철,김헌정,지영훈,김금배,김성훈,민철기,이상훈,이석,조삼주,조광환,신동오 대한방사선방어학회 2010 대한방사선방어학회 학술발표회 논문요약집 Vol.2010 No.04

사이버나이프 Synchrony™ 호흡 추적 장치를 이용한 폐종양 방사선수술의 유용성 평가

김가중(Gha-Jung Kim),배석환(Seok-Hwan Bae),최준구(Jun-Gu Choi),채홍인(Hong-In Chae) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2010 방사선기술과학 Vol.33 No.4

본 연구는 사이버나이프 Synchrony 호흡추적 장치를 이용하여 방사선 수술을 시행한 폐종양 환자 48명을 대상으로 전 치료기간 중 종양의 움직임과 방사선수술의 정확성을 평가하였다. 폐종양의 움직임은 종양이나 종양주변에 삽입된 금침의 좌표를 사이버나이프 영상유도 장치로 측정하였으며, 방사선수술의 정확성은 움직임 추적 컴퓨터(MTS)로 계산된 상관관계 오차로 평가하였다. 폐종양의 움직임은 두미방향으로 평균 2.63± 1.87 mm며, 좌우방향 1.13±0.71 mm, 전후방향 1.74±1.16 mm의 움직임을 보였으며, 회전 움직임 정도는 X축 1.66±1.66°, Y축 1.20±0.97°, Z축 1.18±0.73°로 측정되었다. 직선 움직임의 벡터 값은 평균 3.78± 2.00 mm값을 나타냈다. 연구 결과에서 두미방향(p<0.001)과 전후방향(p<0.029), 3차원 벡터 값(p<0.002)들은 종양의 위치가 상부보다 하부의 움직임이 크게 나타나 통계적 유의성을 보였다. 사이버나이프 Synchrony 호흡추적 장치를 이용한 폐종양의 방사선 수술시 상관관계 오차는 전체 평균 0.95±0.62 mm로 매우 정확한 조사로 종양의 움직임을 보상하여 방사선 수술이 이루어졌으며 그 유용성을 확인할 수 있었다. This study evaluated the motion of tumors during the entire period of therapy and the accuracy of radiosurgery among forty eight lung tumor patients who were underwent radiosurgery using the CyberKnife ynchrony Respiratory Tracking System. The motion of lung tumor was measured by the coordinates of a gold acupuncture needle inserted into the tumor or the area around the tumor using the CyberKnife image guided system. Then the accuracy of radiosurgery was evaluated based on the error of correlation computed with the motion tracking system. The lung tumor motion is Cranio-Caudal direction by an average of 2.63±1.87 mm, moved left-right direction by 1.13±0.71 mm, and anterior-posterior direction by 1.74±1.16 mm. The degree of rotational movement was 1.66±1.66° on X axis, 1.20±0.97° on Y axis, and 1.18±0.73° on Z axis. The vector of translation movement was measured to be 3.78±2.00 mm on the average. The results show that directions of Cranio-Caudal(p < 0.001), anterior-posterior direction(p < 0.029), and three dimensional vector value(p < 0.002) showed statistical significance, because the lower side of tumor showed more intensive movement compared to the upper side of tumor. The radiosurgery was carried out by compensating the motion of tumor after accurate investigation of the correlation error with the average of 0.95±0.62 mm during the lung tumor radiosurgery with the CyberKnife Synchrony Respiratory Tracking System.

사이버나이프 SynchronyTM 호흡 추적 장치를 이용한 폐종양 방사선수술의 유용성 평가

김가중,배석환,최준구,채홍인 대한방사선과학회 2010 방사선기술과학 Vol.33 No.4

본 연구는 사이버나이프 Synchrony 호흡추적 장치를 이용하여 방사선 수술을 시행한 폐종양 환자 48명을 대상으로 전 치료기간 중 종양의 움직임과 방사선수술의 정확성을 평가하였다. 폐종양의 움직임은 종양이나 종양주변에 삽입된 금침의 좌표를 사이버나이프 영상유도 장치로 측정하였으며, 방사선수술의 정확성은 움직임 추적 컴퓨터(MTS)로 계산된 상관관계 오차로 평가하였다. 폐종양의 움직임은 두미방향으로 평균 2.63± 1.87mm며, 좌우방향 1.13±0.71mm, 전후방향 1.74±1.16mm의 움직임을 보였으며, 회전 움직임 정도는 X축 1.66±1.66°, Y축 1.20±0.97°, Z축 1.18±0.73°로 측정되었다. 직선 움직임의 벡터 값은 평균 3.78± 2.00mm값을 나타냈다. 연구 결과에서 두미방향(p<0.001)과 전후방향(p<0.029), 3차원 벡터 값(p<0.002)들은 종양의 위치가 상부보다 하부의 움직임이 크게 나타나 통계적 유의성을 보였다. 사이버나이프 Synchrony 호흡추적 장치를 이용한 폐종양의 방사선 수술시 상관관계 오차는 전체 평균 0.95±0.62mm로 매우 정확한 조사로 종양의 움직임을 보상하여 방사선 수술이 이루어졌으며 그 유용성을 확인할 수 있었다.

사이버나이프 6-D Skull Tracking의 유용성 평가

이건호,배선명,송흥권,백금문,Lee, Geon Ho,Bae, Sun Myeong,Song, Heung Kwon,Baek, Geum Mun 대한방사선치료학회 2018 대한방사선치료학회지 Vol.30 No.1

목 적 : 사이버나이프(Accuray Inc., Sunnyvale, CA)를 이용한 제1, 2경추의 정위체부방사선치료(Stereotactic Body Radiation Therapy, SBRT)시 사용가능한 Xsight Spine Tracking(XST)과 6-Dimensional Skull Tracking(6DST)의 비교를 통해 6DST의 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 2017년 1월부터 9월까지 본원에서 사이버나이프를 이용하여 제1, 2경추에 SBRT를 진행한 환자 9명을 대상으로, 전산화단층촬영장치(Lightspeed VCT 64, General Electric Co. Waukesha, WI, USA)를 이용해서 컴퓨터 단층 영상(Computed tomography) 을 획득한 후 전산화치료계획시스템(Multiplan system Version 4.6, Accuray, US)를 이용해 제 1, 2경추에 대한 XST와 6DST가 가능한 계획을 수립하였다. 1차 영상 유도를 통해 환자 자세를 보정한 후 동일 환자에 대한 XST와 6DST를 순서대로 진행하고 측정된 결과값을 비교 평가하였다. 결 과 : 제1경추를 대상으로 XST을 실시한 후 측정된 6D Couch 의 Y, Z, X 축 값과 Roll, Pitch, Yaw 값 중 최대값은 0.9 mm, 0.9 mm, 0.7 mm과 $1.0^{\circ}$, $1.0^{\circ}$, $1.2^{\circ}$로 측정되었고, 6DST의 경우 0.7 mm, 0.7 mm, 0.9 mm과 $0.5^{\circ}$, $0.9^{\circ}$, $0.8^{\circ}$로 측정되었다. 제2경추의 XST를 실시했을 때 측정된 값 중 최대값은 0.7 mm, 0.7 mm, 0.8 mm과 $0.9^{\circ}$, $1.0^{\circ}$, $1.8^{\circ}$였고, 6DST의 경우 0.9 mm, 0.7 mm, 0.9 mm와 $0.9^{\circ}$, $0.9^{\circ}$, $1.0^{\circ}$로 측정되었다. 결 론 : 이번 연구를 통해서 제 1, 2 경추에 대한 XST와 6DST의 6D Couch 측정값이 모두 본원에서 기준으로 하고 있는 범위 안에서 측정되고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 두 방법을 진행하는 과정에서 설정값 변경을 진행해야하는 XST보다 6DST가 영상유도절차를 간소화 시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 제 1, 2 경추에 대한 SBRT를 진행할 경우 XST와 더불어서 6DST를 사용한다면 정확한 치료와 더불어서 치료 시간을 단축시킬 수 있을 것으로 사료된다. Purpose : The purpose of this study is to evaluate the usefulness of 6 Dimensional Skull Tracking(6DST) in Cyberknife Stereotactic Body Radiation Therapy(SBRT) for the first and second cervical vertebrae(C1 and C2) metastasis. Methode and material : The Computed Tomography (Lightspeed VCT 64, General Electric Co. Waukesha, WI, USA) was used to acquire the CT images of the 9 patients with cervical vertebrae(C1 and C2) metastasis. Treatment plans for Xsight spine tracking and 6 Dimensional skull tracking were established with planning system (Multiplan system Version 4.6, Accuray, US). The results of XST and 6DST for each patient were analyzed with Microsoft Excel 2010. Result : The Maximum offsets of XST for C1 were 0.9 mm in Y(supero-inferior), 0.9 mm in Z(antero-posterior), 0.7 mm in X(left-right) direction, and rotations were and 1.0 degrees roll, 1.0 degrees pitch and 1.2 degrees yaw. The Maximum offsets of 6DST for C1 were 0.7 mm, 0.7 mm, 0.9 mm and $1.0^{\circ}$, $1.0^{\circ}$, $1.2^{\circ}$ for Y, Z, X and Roll, Pitch, Yaw. The Maximum offsets of XST and 6DST for C2 were 0.7 mm, 0.7 mm, 0.8 mm and $0.9^{\circ}$, $1.0^{\circ}$, $1.8^{\circ}$, and 0.9 mm, 0.7 mm, 0.9 mm and $0.9^{\circ}$, $0.9^{\circ}$, $1.0^{\circ}$ for Y, Z, X and Roll, Pitch, Yaw, respectively. Conclusion : XST and 6DST showed identical results for translations and rotations within the tolerance. It is possible to simplify the treatment time and procedure by using the 6DST. Therefore, 6DST is very useful methode with XST among the various tracking methods in Cyberknife for the patients with C1, C2 vertebral metastasis.