Measurement of Dose Distribution in Small Beams of Philips 6 and 8 MVX Linear Accelerator

서태석,윤세철,신경섭,박용휘,Suh Tae-suk,Yoon Sei Chul,Shinn Kyung Sub,Park Yong Whee The Korean Society for Radiation Oncology 1991 Radiation Oncology Journal Vol.9 No.2

본 논문에서는 소조사면에 대한 X-선의 선량분포를 일반실험식으로 계산될 수 있도록 beam 측정 데이타를 종합 처리하는 방법에 대하여 기술하고 있다. Beam 데이타는 philips LINAC 6 MV, 8 MV X-ray에 대하여 측정 되었으며, 측정된 요소는 tissue maximum ratio (TMR), off-axis-ratio (OAH), 그리고 relative output factor (ROF)를 포함한다. 소조사면에 의한 방사선 치료를 위하여 isocenter에서 지름이 1 내지 3cm되도록 실린더 형태의 특수 collimator가 2 mm 간격으로 제작되었다. 본 측정을 위하여 다이오드 detector가 이용되었으며 Film 및 TLO 측정기로 측정된 값과 비교검토 되었다. 제한된 조사면으로 측정된 TMR, OAR data로부터 beam 데이타를 나타내는 실험식을 유도하였으며 이 실험식은 임의의 Set-UP조건에 따른 측정값을 예상할 수 있는 일반 실험식으로 확장되었고 측정된 TMR과 OAR 값들은 잘 일치되었다. The work suggested in this paper addresses a method for collecting beam data for small circular fields. Beam data were obtained from philips 6 and 8 MV LINAC at Dept. Radiation Therapy at Gainesville Incorporated and Shands Teaching Hospital. Specific quantities measured include tissue maximum ratio (TMR), off-axis ratio (OAR) and relative output factor (ROF) In small field irradiation, special collimators were used to produce circular fields of 1 cm to 3 cm diameter in 2 mm steps, measured at SAO (soura axis distance) of 100 cm. Diode detector was chosen for primary beam measurement and compared with measurements made with photographic film and TLD dosimeters. The measured TMRs and OARs were formulated from limited measurements to generate basic beam data for reference set-up. The empirical formula were later, extended and generalized for any possible set-up using the trends of fitting parameters. The measured TMRs and OARs were well represented by the fitting formula developed.

Rapid Optimization of Multiple Isocenters Using Computer Search for Linear Accelerator-based Stereotactic Radiosurgery

서태석,박찬일,하성환,윤세철,김문찬,박용휘,신경섭,Suh Tae-suk,Park Charn Il,Ha Sung Whan,Yoon Sei Chul,Kim Moon Chan,Bahk Yong Whee,Shinn Kyung Sub The Korean Society for Radiation Oncology 1994 Radiation Oncology Journal Vol.12 No.1

본 연구의 목적은 뇌정위적 방사선수술시 최적 선량분포를 얻기 위하여 빠른 multiple isocenter 계획을 효과적으로 수행할 수 있는 방법을 개발하는 데 있다. 18cm 직경의 구형 머리 팬톰과 정확한 선량 알고리듬을 이용하여 선량값을 계산한 뒤 fltting 기술을 이용하여 빠른 구형선량 모델을 개발하였다. 구형선량 모델을 이용하여 single isocenter에 대한 선량값은 합산에 의하여 쉽게 얻어졌다. Isocenter들간의 이동에 따른 선량분포의 변화를 이용하여 컴퓨터 자동추적 방법이 개발되었으며, isocenter 간격 및 collimator 크기가 빠른 시간내에 결정될 수 있었다. 구형선량모델은 beam data에 의한 선량데이타와 같은 선량분포를 나타냈으며 고속으로 삼차원 선량계산을 가능하게 하였다. 컴퓨터 자동추적 방법은 지금까지의 시행착오적 방법에 비해 보다 빠르게 최적 isocenter setting을 제공할 수 있었다. 구형선량모델 및 컴퓨터 자동추적방법은 multiple isocenter를 이용한 수술 계획시 최적선량 분포를 보다 빨리 얻을 수 있었다. The purpose of this paper is to develop an efficient method for the quick determination of multiple isocenters plans to provide optimal dose distribution in sterotactic radiosurgery. A Spherical dose model was developed through the use of fit to the exact dose data calculated in a 18cm diameter of spherical head phantom. It computes dose quickly for each spherical part and is useful to estimate dose distribution for multiple isocenters. An automatic computer search algorithm was developed using the relationship between the isocenter move and the change of dose shape, and adapted with a spherical dose model to determine isocenter separation and cellimator sizes quickly and automatically. A spheric81 dose model shows a comparable isodose distribution with exact dose data and permits rapid calculations of 3-D isodoses. the computer search can provide reasonable isocenter settings more quickly than trial and error types of plans, while producing steep dose gradient around target boundary. A spherical dose model can be used for the quick determination of the multiple isocenter plans with 3 computer automatic search. Our guideline is useful to determine the initial multiple isocenter plans.

Dose Distributions for LINAC Radiosurgery with Dynamically Shapping Fields

서태석(Tae Suk Suh),윤세철(Sei Chul Yoon),김문찬(Moon Chan Kim),장홍석(Hong Seok Jang),박용휘(Yong Whee Bahk),신경섭(Kyung Sub Shinn),박찬일(charn Il Park),하성환(Sung Whan Ha),강위생(Wee Saing Kang) 대한방사선종양학회 1993 Radiation Oncology Journal Vol.11 No.2

방사선 수술에 있어서 선량 형태를 변형시키기 위한 조사변수들의 선택은 중요한 문제이다. 선형가속기를 이용한 뇌정위적 방사선 수술은 통상 원형 조사면과 다중 arc를 이용하여 구형 형태의 선량을 얻는 방법을 이용하고 있다. 그러나, 병소가 임의의 형태인 경우 구형의 선량으로서는 병소 이외에 정상조직도 많은 선량이 가해지게 된다. 현재 병소형태의 선량을 얻기 위한 방법으로 multiple isocenters를 이용하거나, 각 arc에 달리 weights를 주는 방법을 사용하고 있다. 본 논문에서는 병소의 beam's eye view를 이용하여 조사 위치에서 조사면을 shaping하는 새로운 방법에 대하여 논의하고자 한다. 이러한 conformal조사 방법은 병소와 정상조직의 가시적인 3차원 선량분포와 dose volume histogram의 분석 방법을 통하여 검증되었다. conformal 방법을 이용한 경우 multiple isocenter를 이용한 경우보다 적은 arc 수를 가지고도 상응하는 dose gradient와 더 나은 선량의 균질성을 얻을 수 있었다. An important problem in radiosurgery is the utilization of the proper beam parameters, to which dose shape is sensitive. Streotactic radiosurgery techniques for a linear accelerator typically, use circular radiation fields with multiple arcs to produce an spherical radiation distribution. Target volumes are irregular in shape for a certain case, and spherical distributions can irradiate normal tissues to high dose as well as the target region. The current improvement to dose distribution utilizes treating multiple isocenters or weighting various arcs to change treatment volume shape. in this paper another promising study relies upon dynamically shaping the treatment beam to fit the beam's eye view of the target. This conformal irradiation technique was evaluated by means of visual three dimensional dose distribution, dose volume histograms to the target volume and surrounding normal brain. It is shown that using even less arcs than multiple isocenter irradiation technique, the conformal therapy yields comparable dose gradients and superior homogeneity of dose within the target volume.

Optimization of Dose Distribution for LINAC-based Radiosurgery with Multiple Isocenters

서태석(Tae-Suk Suh) ,윤세철(Sei Chul Yoon),신경섭(Kyung Sub Shinn),박용휘(Yong Whee Bahk) 대한방사선종양학회 1991 Radiation Oncology Journal Vol.9 No.2

LINAC 뇌정위적 방사선 수술은 주로 multiple noncoplanar arc를 이용한 single isocenter를 이용하고 있다. 이러한 방법에 의하면 구형선량 분포를 얻게 되는데, 뇌동정맥 기형이나 뇌종양의 경우 구형이 아닌 임의의 형태를 가진 경우도 많다. 본 논문에서는 임의의 병소형태에 대하여 multiple isocenters를 이용하여 병소모양과 같은 형태의 선량분포를 얻는 방법에 대하여 논하고져 한다. 적당한 조사변수들을 처음에 잘 선정하는 것은, 빠른 시간내에 최적선량 계획을 수행하는데 중요하다. 긴 병소모양에 대하여 같은 형태의 선량분포를 얻기 위한 isocenter 간격 및 조사면에 대한 guideline이 만들어 졌다. 특히, 3차원 선량분포를 이용한 multiple isocenters의 응용에 대하여 논하여진다. The current LINAC technique for radiosurgery utilizes a single isocenter approach with multiple noncoplanar arcs. This approach results in spherical dose distributions in the target. Many arteriovenous malformations and tumors suitable for radiosurgical treatment have non-spherical or irregular shapes. The basic approach presented in this paper is to use two or multiple isocenters with standard arcs to shape irregular target volumes through the use of multiple spherical targets. Selection of reasonable irradiation parameters in the first stage is critical to the success of real-time optimization. A useful guideline for optimum isocenter separation and collimator size is developed to shape the target margin uniformly with an desired isodose surface for an elongated target. The implementation of multiple isocenters with three dimensional dose model and application of multiple isocenters approach to several cases are discussed.

IBM Personal Computer를 이용한 3차원적 뇌정위 방사선 수술계획 시스템의 개발

서태석(Tae-Suk Suh),서덕영(Doug-Young Suh),박찬일(Charn Il Park),하성환(Sung Whan Ha),강위생(Wee Saing Kang),박승훈(Sung Hun Park),윤세철(Sei Chul Yoon) 대한방사선종양학회 1993 Radiation Oncology Journal Vol.11 No.1

Recently, stereotactic radiosurgery plan is required with the information of 3-D image and dose distribution, A project has been doing in developing LINAC based stereotactic radiosurgery since April 1991. The purpose of this research is to develop 3-D radiosurgery planning system using personal computer. The procedure of this research is based on two steps. The first step is to develop 3-D localization system, which input the image information of the patient, coordinate transformation, the position and shape of target, and patient contour into computer system using CT image and stereotactic frame. The second step isto develop 3-D dose planning system, which compute dose distribution on image plane, display on high resolution monitor both isodose distribution and patient image simultaneously and develop menu-driven planning system. This prototype of radiosurgery planning system was applied recently for several clinical cases. It was shown that our planning system is fast, accurate and efficient while making it possible to handle various kinds of image modalities such as angiography, CT and MRI. It makes it possible to develop general 3-d planning system using beam's eye view or CT simulation in radiation therapy in future.

Rapid Optimization Multiple Isocenters Using Computer Search for Linear Accelerator-based Stereotactic Radiosurgery

서태석(Tae suk Suh),박찬일(Charn Il Park),하성환(Sung Whan Ha),윤세철(Sei Chul Yoon),김문찬(Moon Chan Kim),박용휘(Yong Whee Bahk),신경섭(Kyung Sub Shinn) 대한방사선종양학회 1994 Radiation Oncology Journal Vol.12 No.1

본 연구의 목적은 뇌정위적 방사선수술시 최적 선량분포를 얻기 위하여 빠른 multiple isocenter 계획을 효과적으로 수행할 수 있는 방법을 개발하는 데 있다. 18cm 직경의 구형 머리 팬톰과 정확한 선량 알고리듬을 이용하여 선량값을 계산한 뒤 fitting 기술을 이용하여 빠른 구형선량 모델을 개발하였다. 구형선량 모델을 이용하여 single isocenter에 대한 선량값은 합산에 의하여 쉽게 얻어졌다. Isocenter 간격 및 collimator 크기가 빠른 시간내에 결정될 수 있었다. 구형선량모델은 beam data에 의한 선량데이타와 같은 선량분포를 나타냈으며 고속으로 삼차원 선량계산을 가능하게 하였다. 컴퓨터 자동추적 방법은 지금까지의 시행착오적 방법에 비해 보다 빠르게 최적 isocneter setting을 제공할 수 있었다. 구형선량모델 및 컴퓨터 자동추적방법은 multiple isocneter를 이용한 수술 계획시 최적선량 분포를 보다 빨리 얻을 수 있었다. The purpose of this paper is to develop an efficient method for the quick determination multiple isocenters plans to provide optimal dose distribution in sterotactic radiosurgery. A Spherical dose model was developed through the use of fit to the exact dose data calculated in a 18cm diameter of spherical head phantom. It computes dose quickly for each spherical part and is useful to estimate dose distribution for multiple isocenters. An automatic computer search algorithm was developed using the relationship between the isocenter move and the change of dose shape, and adapted with a spherical dose model to determine isocenter separation and collimator sizes quickly and automatically. A spherical dose model shows a comparable isodose distribution with exact dose data and permits rapid calculations of 3-D siodoses, the computer search can provide reasonable isocenter settings more quickly than trial and error types of plans, while producing steep dose gradients around target boundary. A spherical dose model can be used for the quick determination of the multiple isocenter plans with a computer automatic search. Our guideline is useful to determine the initial multiple isocenter plans.

Measurement of Dose Distribution in Small Beams of Philips 6 and 8 MVX Linear Accelerator

Tae-suk Suh(서태석) , Sei Chul Yoon(윤세철) Kyung Sub Shinn(신경섭),Yong Whee Bank(박용휘) 대한방사선종양학회 1991 Radiation Oncology Journal Vol.9 No.1

본 논문에서는 소조사면에 대한 X-선의 선량분포를 일반실험식으로 계산될 수 있도록 beam 측정 데이터를 종합 처리하는 방법에 대하여 기술하고 있다. Beam 데이터는 philips LINAC 6MV, 8MV X-ray에 대하여 측정 되었으며, 측정된 요소는 tissue maximum ratio (TMR), off-axis-ratio (OAR), 그리고 relative output factor (ROF)를 포함한다. 소조사면에 의한 방사선 치료를 위하여 isocenter에서 지름이 1 내지 3cm 되도록 실린더 형태의 특수 collimator가 2mm 간격으로 제작되었다. 본 측정을 위하여 다이오드 detector가 이용되었으며 Film 및 TLD 측정기로 측정된 값과 비교검토 되었다. 제한된 조사면으로 측정딘 TMR, OAR data로부터 beam 데이터를 나타내는 실험식을 유도하였으며 이 실험식은 임의의 set-up조건에 따른 측정값을 예상할 수 있는 일반 실험식으로 확장되었고 측정된 TMR과 OAR값들은 잘 일치되었다. The work suggested in this paper addresses a method for collecting beam data for small circular fields. Beam data were obtained from philips 6 and 8 MV LINAC at Dept. Radiation Therapy at Gainesville Incorporated and Shands Teaching Hospital. Specific quantities measured include tissue maximum ratio (TMR), off-axis ratio (OAR) and relative output factor (ROF). In small field irradiation, special collimators were used to prouce circular fields of 1 cm to 3 cm diameter in 2 mm steps, measured at SAD (soura axis distance) of 100 cm. Diode detector was chosen for primary beam measurement and compared with measurements made with photogra-phic film and TLD dosimeters. The measured TMRs and OARs were formulated from limited measurements to generate basic beam data for reference set-up. The empirical formula were later, extended and generalized for any possible set-up using the trends of fitting parameters. The measured TMRs and OARs were well represented by the fitting formula developed.

New Techniques for Optimal Treatment Planning for LINAC-based Stereotactic Radiosurgery

서태석(Tae-suk Suh) 대한방사선종양학회 1992 Radiation Oncology Journal Vol.10 No.1

LINAC 뇌정위적 방사선 수술은 multiple noncoplanar arc, 3 차원 선량 계산 및 많은 조사 변수들이 사용되기 때문에 간단한 경우에도 최적 선량분포를 얻기 위해서는 많은 시간이 요구된다. 본 논문에서는 실험적 방법과 분석적 방법을 통한 유용한 방법을 제시하기 위한 것으로서 , 보다 자세한 방법 및 내용은 앞으로의 발표 논문에서 다루게 된다. 실험적 방법으로 2 가지 방법에의하면, 첫번째 방법은 multiple isocenter를 이용하는 것이고, 두번째 방법은 beam's eye view와 field shaping을 이용한 conformal therapy이다. 분석적 방법은 최적 조사조건을 찾기 위하여 computer-aided design optimization 방법을 이용하는 것이다. Since LINAC-based stereotactic radiosurgery uses multiple noncoplanar arcs, three-dimensional dose evaluation and many beam parameters, a lengthy computation time is required to optimize even the simplest case by a trial and error. The basic approach presented in this paper is to show promising methods using an experimental optimization and an analytic optimization. The purpose of this paper is not to describe the detailed methods, but introduce briefly. proceeding research done currently or in near future. A more detailed description will be shown in ongoing published papers. Experimental optimazation is based on two approaches. One is shaping the target volumes through the use of multiple isocenters determined from dose experience and testing. The other method is conformal therapy using a beam's eye view technique and field shaping. The analytic approach is to adapt computer-aided design optimization in finding optimum irradiation parameters automatically.

디지털 방사선 흉부영상의 영상개선과 임상평가

김성현,서태석,최보영,이형구,Kim, Sung-Hyun,Suh, Tae-Suk,Choe, Bo-Young,Lee, Hyoung-Koo 한국의학물리학회 2008 의학물리 Vol.19 No.3

본 연구의 목적은 디지털 방사선 흉부영상의 개선을 위한 영상처리방법을 제안하고 임상적 유용성을 평가하는 것이다. 흉부영상의 edge를 보존하면서 산란성 노이즈 제거를 위한 비선형의 반복 필터가 고안되었다. 영상의 다이나믹 레인지 (dynamic_range)의 조절이 이루어 졌으며, 해부학적 영역과 주변픽셀과의 호환성을 바탕으로 적응적 영상증강이 이루어졌다. 종격동 영역에서의 영상증강과 더불어, 폐 영역에서의 혈관조직, 기관지, 폐 조직 등이 적절하게 증강되었다. 3명의 판독의에 의한 임상평가가 이루어 졌으며, PA 영상에서는 11개, 그리고 Lateral 영상에서는 9개의 해부학적 영역이 면밀하게 관찰되었다. 각각 100장의 영상들이 ITU (International Telecommunication Union) recommendation 500에 따라 평가되어졌으며, 그 결과는 good과 adequate중간인 3.4의 평균치를 보였다. 이는 제안한 영상처리의 임상적 유용성이 최소한 양호함 이상의 가치가 있음을 의미한다. 유용한 해부학적 정보의 손실을 방지하기 위해, 영상표시장치와 인간의 인지계를 고려하면서 영상개선이 이루어졌다. 디지털 방사선기기의 등장으로 진단의 정확성을 향상시키기 위한 지속적인 영상 개선연구가 필요하다. The aim of this study is to suggest the method for image enhancement of digital chest radiograph and evaluate clinically the quality of the resultant image. A nonlinear iterative filter was developed in order to reduce quantum noise preserving edge. Dynamic range was adjusted and adaptive image enhancement was performed based on the property of anatomic region and the degree of compatibility with neighboring pixels. The lung fields were enhanced appropriately to visualize effectively vascular tissue, bronchus and lung tissue with the desired mediastinum enhancement. Clinic evaluation was performed by three radiologists with at least 8 years experience. The anatomic regions of 11 in PA and 9 in Lateral were observed carefully in each 100 radiographs according to ITU (International Telecommunication Union) recommendation 500 protocol. The result showed the mean 3.4 between good and adequate. This means that the clinical utility of the image quality is enough. In this study, image enhancement was carried out considering image display device and human perceptual system to prevent the loss of useful anatomic information. In order to increase the diagnostic accuracy in digital radiograph, the continuous study on image enhancement is needed.

국소 최소자승 잡음 감소 필터를 이용한 광자선 및 전자선 몬테칼로 선량 계산 시간 단축

정광호,서태석,조병철,진호상,Cheong Kwang-Ho,Suh Tae-Suk,Cho Byung-Chul,Jin Hosang 한국의학물리학회 2005 의학물리 Vol.16 No.3

The Monte Carlo method cannot have been used for routine treatment planning because of heavy time consumption for the acceptable accuracy. Since calculation time is proportional to particle histories, we can save time by decreasing the number of histories. However, a small number of histories can cause serious uncertainties. In this study, we proposed Monte Carlo dose computation time and uncertainty reduction method using specially designed filters and adaptive denoising process. Proposed algorithm was applied to 6 MV photon and 21 MeV electron dose calculations in homogeneous and heterogeneous phantoms. Filtering time was negligible comparing to Monte Carlo simulation time. The accuracy was improved dramatically in all situations and the simulation of 1 $\%$ to 10$\%$ number of histories of benchmark in photon and electron dose calculation showed the most beneficial result. The empirical reduction of necessary histories was about a factor of ten to fifty from the result. 몬테칼로 선량계산 시 적절한 정확도를 얻기 위해서는 계산입자수를 늘려야 하고 그로 인해 계산 시간이 오래 걸리게되므로 일상적 치료계획의 선량계산 방법으로 이용되지 못했다. 본 연구에서는 몬테칼로 모의실험 시 계산입자 수를 줄여서 선량계산을 수행한 후 잡음 감소 필터를 적용하여 선량계산 결과를 개선하고자 하였다. 이를 위해 국소 최소자승 잡음 감소 필터를 제작하고 광자선 및 전자선 균질/비균질 팬텀 내 선량계산 결과에 대하여 적용하여 선택적 여과를 수행하였으며 그 유효성을 등선량 곡선 비교 및 감마시험을 통하여 검증하였다. 연구 결과 통계적 불확실도를 2$\%$ 이내로 유지하기 위해 필요한 계산입자수의 10$\%$ 이하의 계산입자 수를 이용하여 몬테칼로 선량계산 뒤 후처리한 결과가 기준계산 입자수를 이용하여 얻은 몬테칼로 선량계산 결과와 유사해질 수 있음을 확인하였다.