복부부위의 체부정위방사선치료시 호흡에 의한 움직임분석 프로그램 개발 및 유용성 평가

신은혁,한영이,김진성,박희철,신정석,주상규,이지혜,안종호,이재기,최두호,Shin, Eun-Hyuk,Han, Young-Yih,Kim, Jin-Sung,Park, Hee-Chul,Shin, Jung-Suk,Ju, Sang-Gyu,Lee, Ji-Hea,Ahn, Jong-Ho,Lee, Jai-Ki,Choi, Doo-Ho 한국의학물리학회 2011 의학물리 Vol.22 No.3

호흡동조 방사선치료 및 체부정위방사선치료시 치료계획과 치료시 치료대상장기가 동일하게 움직이는 것을 확인하는 것은 매우 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 호흡의 상태를 모니터하는 RPM 자료와, OBI 영상을 이용하여, 치료 중 치료장기의 움직임을 유추하고 분석하는 프로그램을 개발하였다. 기개발된 호흡연습/유도장치를 사용하여 환자호흡의 규칙성을 확보하였다. 호흡의 상태는 RPM 자료를 실시간 모니터하고 또 치료 후에 저장된 RPM 자료를 이용하였고, 호흡 변위를 내부장기의 움직임으로 환산하기 위하여 호흡의 0%, 50% 호흡동조 OBI 영상을 촬영하였다. OBI 영상촬영 시각을 기록하여, 해당시각의 RPM 자료를 읽고, RPM의 변위와 OBI에서 관찰한 종양의 움직임의 상호비례계수를 구하였다. 치료 후 RPM 자료를 읽어 RPM 자료의 최대값, 최소값, 평균값과 표준편차를 자동으로 계산하는 프로그램을 Labview로 제작하였고, 계산된 결과는 excel 파일로 출력되도록 고안하였다. 분석된 RPM 자료에 비례계수를 적용하여 치료시행중 대상장기의 움직임을 유추하도록 하였다. 이와 같이 개발한 방법은 구동팬텀을 이용하여 정확성을 시험하였고, 간의 체부정위방사선치료를 받는 10명의 환자에 대하여 개발한 방법을 적용하여 유용성을 평가하였다. 본 연구에서 개발한 호흡분석 방법은 구동팬텀을 이용하여 정확성을 확인하였다. 4 sec 주기의 2 cm의 sine 함수형태의 규칙적인 움직임에서 주기는 0.052 sec (1.3%) 크게, 움직임의 크기는 1.952 cm로 0.048 cm 작게 측정되었다. 환자에게 시험적용에서는 1명의 환자는 치료 전 연습을 위한 가치료시간의 자료분석에서 체부정위방사선치료에 적합하지 않은 것으로 판명되었고, 1명의 환자는 치료계획시보다 장기의 움직임이 크게 분석되어 호흡동조 방사선치료로 전환하였다. 본 연구에서 개발한 호흡분석프로그램은 복부부위의 방사선을 받는 모든 환자들의 내부장기의 움직임을 유추하는 데 유용한 것으로 평가되며, 체부정위방사선치료 대상환자들에 대하여, 치료계획시와 동일하게 움직임이 유지되는지 모니터하는 데 유용하였다. Respiratory gated radiation therapy and stereotactic body radiation therapy require identical tumor motions during each treatment with the motion detected in treatment planning CT. Therefore, this study developed a tumor motion monitoring and analysis system during the treatments employing RPM data, gated setup OBI images and a data analysis software. A respiratory training and guiding program which improves the regularity of breathing was used to patients. The breathing signal was obtained by RPM and the recorded data in the 4D console was read after treatment. The setup OBI images obtained gated at 0% and 50% of breathing phases were used to detect the tumor motion range in crenio-caudal direction. By matching the RPM data recorded at the OBI imaging time, a factor which converts the RPM motion to the tumor motion was computed. RPM data was entered to the institute developed data analysis software and the maximum, minimum, average of the breathing motion as well as the standard deviation of motion amplitude and period was computed. The computed result is exported in an excel file. The conversion factor was applied to the analyzed data to estimate the tumor motion. The accuracy of the developed method was tested by using a moving phantom, and the efficacy was evaluated for 10 stereotactic body radiation therapy patients. For the sine wave motion of the phantom with 4 sec of period and 2 cm of peak-to-peak amplitude, the measurement was slightly larger (4.052 sec) and the amplitude was smaller (1.952 cm). For patient treatment, one patient was evaluated not to qualified to SBRT due to the usability of the breathing, and in one patient case, the treatment was changed to respiratory gated treatment due the larger motion range of the tumor than treatment planed motion. The developed method and data analysis program was useful to estimate the tumor motion during treatment.

호흡동조 방사선치료의 2차원 선량 분포 정도관리를 위한 4D 정도관리 시스템 개발

김진성,신은혁,신정석,주상규,한영이,박희철,최두호,Kim, Jin-Sung,Shin, Eun-Hyuk,Shin, Jung-Suk,Ju, Sang-Gyu,Han, Young-Yih,Park, Hee-Chul,Choi, Doo-Ho 한국의학물리학회 2010 의학물리 Vol.21 No.2

Emerging technologies such as four-dimensional computed tomography (4D CT) is expected to allow clinicians to accurately model interfractional motion and to quantitatively estimate internal target volumes (ITVs) for radiation therapy involving moving targets. A need exists for a 4D radiation therapy quality assurance (QA) device that can incorporate and analyze the patient specific intrafractional motion as it relate to dose delivery and respiratory gating. We built a 4D RT prototype device and analyzed the patient-specific 4D radiation therapy QA for 2D dose distributions successfully. With more improvements, the 4D RT QA prototype device could be an integral part of a 4D RT decision process to confirm the dose delivery. 최근 시행되고 있는 호흡동조 방사선치료는 환자의 호흡의 주기를 이용하여 일정 주기에만 방사선을 조사하는 최신 방사선치료기술로 4D Computed Tomography와 RPM (Real-time Position Management) 시스템과 같은 호흡 모니터링 시스템의 개발로 환자들에게 시행이 되고 있다. 그러나 이러한 호흡동조 방사선치료에 대한 정도 관리는 아직 체계적으로 수행되고 있지 않으며 특히 환자에게 계획된 방사선치료선량이 환자의 호흡에 따라서 치료계획된 대로 조사되는지에 대한 정도관리에 대한 필요성이 요구되고 있다. 따라서 본 기관에서는 환자의 호흡신호를 사용하여 환자의 움직임을 동일하게 모사할 수 있는 팬텀을 제작하여 호흡동조 방사선치료의 2차원적 선량 분포를 평가할 수 있는 시스템을 구축하였고 특정환자의 호흡신호와 방사선치료계획을 이용하여 검증하였다. 환자의 호흡신호는 LabVIEW 7.0을 이용하여 모사하였고, 자체 제작한 팬텀 및 Kodak EDR2 필름을 사용하여 방사선을 조사한 뒤 gamma index를 사용하여 2차원 선량 분포를 비교 분석하였다. 본 연구에서 개발된 4D 정도관리 시스템을 좀 더 보완하여 호흡동조 방사선치료 과정에 있어서 조사선량의 적정성을 평가할 수 있는 정도관리 시스템으로 사용할 수 있을 것이라 생각된다.

4차원 방사선 치료시 영상 추적기술의 최적화

박종인,신은혁,한영이,박희철,이재기,최두호,Park, Jong-In,Shin, Eun-Hyuk,Han, Young-Yih,Park, Hee-Chul,Lee, Jai-Ki,Choi, Doo-Ho 한국의학물리학회 2012 의학물리 Vol.23 No.1

4차원 방사선치료시 환자의 정확한 호흡 조절을 위한 바이오피드백 시스템의 개발을 위해 IR (Infra-red) 카메라 뿐만아니라 일반 카메라에서 얻는 영상에서 표적의 움직임을 추적하는 최적화된 추적 알고리즘을 찾고자 한다. 본 연구에서는 LabVIEW 2010을 사용해서 시스템을 구성하였다. 모션팬톰(motimo Phantom)의 움직임을 카메라 (IR 카메라와 일반 카메라)를 통하여 영상을 획득하고 영상처리를 거친 후 ROI (Region of interest)를 설정하여, 영상에서 지정한 ROI와 패턴 매치된 점의 상하의 움직임만 좌표로 기록하였다. 영상처리에는 문턱값을 사용하여 이진화된 영상을 만들고 Sobel, Prewitt, Differentiation, Sigma, Gradient, Roberts 등의 여러 윤곽선 강조방법들을 적용한 후에 영상을 합하여 사용했다. 다양한 방법들의 성능을 객관적으로 평가하기 위한 인자로 'score' 값을 정의하여 성능을 비교하였다. 모든 방법들을 최대한 같은 조건에서 비교하기 위해서 5분씩 3번 반복하여 측정하여 ASCII 파일로 저장하여 저장된 'score' 값의 평균값과 표준편차를 구하여 비교하였다. 문턱값만을 적용한 영상의 score는 706이고 표준편차는 84였다. 윤곽선강조를 사용한 알고리즘들의 score와 표준편차는 각각 Sobel 794와 64, Differentiation 770과 101, Gradient는 754과 85, Prewitt 763과 75, Roberts 777와 93, Sigma 822와 62였다. 가장 좋은 효율을 보인 알고리즘은 Sigma방법이였다. 추적 효율이 가장 좋게 나온 Sigma방법을 이용해서 호흡을 조절하여 호흡동조 방사선치료를 시행할 때 카메라(IR 카메라 및 일반 카메라)상의 점 추적에 대한 정확도의 증가로 치료 효율을 높일 수 있을 것이라 기대된다. In order to develop a Patient respiratory management system includinga biofeedback function for4-dimentional radiation therapy, this study investigated anoptimal tracking algorithmfor moving target using IR (Infra-red) camera as well as commercial camera. A tracking system was developed by LabVIEW 2010. Motion phantom images were acquired using a camera (IR or commercial). After image process were conducted to convert acquired image to binary image by applying a threshold values, several edge enhance methods such as Sobel, Prewitt, Differentiation, Sigma, Gradient, Roberts, were applied. The targetpattern was defined in the images, and acquired image from a moving targetwas tracked by matching pre-defined tracking pattern. During the matching of imagee, thecoordinateof tracking point was recorded. In order to assess the performance of tracking algorithm, the value of score which represents theaccuracy of pattern matching was defined. To compare the algorithm objectively, we repeat experiments 3 times for 5 minuts for each algorithm. Average valueand standard deviations (SD) of score were automatically calculatedsaved as ASCII format. Score of threshold only was 706, and standard deviation was 84. The value of average and SD for other algorithms which combined edge detection method and thresholdwere 794, 64 in Sobel, 770, 101 in Differentiation, 754, 85 in Gradient, 763, 75 in Prewitt, 777, 93 in Roberts, and 822, 62 in Sigma, respectively. According to score analysis, the most efficient tracking algorithm is the Sigma method. Therefore, 4-dimentional radiation threapy is expected tobemore efficient if threshold and Sigma edge detection method are used together in target tracking.

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.

전신방사선조사(Total Body Irradiation) 시 Beam Spoiler와 환자 간의 거리에 관한 고찰

최종환,김종식,최지민,신은혁,송기원,박영환,Choi, Jong-Hwan,Kim, Jong-Sik,Choi, Ji-Min,Shin, Eun-Hyuk,Song, Ki-Won,Park, Young-Hwan 대한방사선치료학회 2007 대한방사선치료학회지 Vol.19 No.1

Purpose: Total body irradiation is used to kill the total malignant cell and for immunosuppression component of preparatory regimens for bone-marrow restitution of patients. Beam spoiler is used to increase the dose to the superficial tissues. This paper finds the property of the distance between beam spoiler and patient. Materials and Methods: Set-up conditions are 6 MV-Xray, 300 MU, SAD = 400 cm, field size = $40{\times}40cm^2$. The parallel plate chamber located in surface, midpoint and exit of solid water phantom. The surface dose is measured while the distance between beam spoiler and patient is altered. Because it should be found proper distance. The solid water phantom is fixer and beam spoiler is moving. Results: Central dose of phantom is 10.7 cGy and exit dose is 6.7 cGy. In case of distance of 50 cm to 60 cm between beam spoiler and solid water phantom, incidence dose is $14.58{\sim}14.92cGy$. Therefore, The surface dose was measured $99.4{\sim}101%$ with got near most to the prescription dose. Conclusion: In clinical case, distance between beam spoiler and patient affect surface dose. If once $50{\sim}60cm$ of distance between beam spoiler and patient, surface dose of patient got near prescription dose. It would be taken distance between beam spoiler and patient into account in clinical therapy.

연속촬영 전자조사 문 영상을 이용한 오프라인 기반 치료 중 내부 장기 움직임 확인 시스템의 개발

주상규,홍채선,허웅,김민규,한영이,신은혁,신정석,김진성,박희철,안성환,임도훈,최두호,Ju, Sang-Gyu,Hong, Chae-Seon,Huh, Woong,Kim, Min-Kyu,Han, Young-Yih,Shin, Eun-Hyuk,Shin, Jung-Suk,Kim, Jing-Sung,Park, Hee-Chul,Ahn, Sung-Hwan,Lim, Do-Ho 한국의학물리학회 2012 의학물리 Vol.23 No.2

방사선치료 중 내부 장기의 움직임을 확인하고 이를 보정하는 것은 움직이는 종양에 정확히 방사선을 조사하는데 매우 중요한 역할을 한다. 실제 치료 중 획득한 연속촬영 전자조사 문(cine EPID) 영상을 이용해 치료 중 내부 장기 움직임을 추적하는 오프라인 기반 분석 시스템(IMVS, Internal-organ Motion Verification System using cine EPID)을 개발하였고 모형을 이용하여 개발된 시스템의 정확도와 유용성을 평가했다. IMVS는 cine EPID영상을 이용한 내부 장기 움직임 추적을 위해 내부 표지자를 이용한 유형 정합 알고리즘을 이용했다. 시스템의 성능평가를 위해 폐와 폐 종양을 묘사한 인체 모형과 이를 상하(SI, superior-inferior)방향으로 직선 운동시키는 구동 장치와 제어 프로그램을 고안했다. 모형을 4초 주기로 2 cm 직선 운동 시키면서 10 MV X선으로 3.3 fps, 6.6 fps속도로 cine EPID 영상($1,024{\times}768$ 해상도)를 획득했다. 획득된 cine EPID 영상은 IMVS를 이용하여 표적의 움직임을 추적하고 기존 외부 표지자를 이용한 비디오 영상 기반 추적시스템(RPM, Real-time Position Management, Varian, USA)으로부터 얻은 결과와 비교했다. 정량적 평가를 위해 두 시스템으로부터 움직임의 평균 주기(Peak-To-Peak), 진폭과 패턴(RMS, Root Mean Square)을 측정하여 비교했다. RPM과 IMVS로 측정한 폐 종양 모형의 움직임 주기는 각각 $3.95{\pm}0.02$ (RPM), $3.98{\pm}0.11$ (IMVS 3.3 fps), $4.005{\pm}0.001$ (IMVS 6.6 fps) 초로 실제움직임 주기인 4초와 잘 일치했다. IMVS로 획득한 모형 내부장기의 평균 움직임 진폭은 3.3 fps에서 $1.85{\pm}0.02$ cm, 6.6 fps에서 $1.94{\pm}0.02$ cm으로 실제 진폭 2 cm에 비해 각각 0.15 cm (오차 7.5%) 및 0.06 cm (오차 3%)의 차를 보였다. 움직임 신호의 일치성 평가를 위해 측정한 RMS는 0.1044 (IMVS 3.3 fps), 0.0480 (IMVS 6.6 fps)로 계획된 신호와 잘 일치 했다. cine EPID 영상을 이용하여 내부 표지자의 움직임을 추적하는 IMVS는 모형 실험에서 내부 장기의 움직임을 3% 오차 내에서 확인 가능했다. IMVS는 치료 중 내부장기 움직임을 측정하고 이를 사차원 방사선 치료계획과 비교하여 오차를 보정하는데 기여할 것으로 생각된다. Verification of internal organ motion during treatment and its feedback is essential to accurate dose delivery to the moving target. We developed an offline based internal organ motion verification system (IMVS) using cine EPID images and evaluated its accuracy and availability through phantom study. For verification of organ motion using live cine EPID images, a pattern matching algorithm using an internal surrogate, which is very distinguishable and represents organ motion in the treatment field, like diaphragm, was employed in the self-developed analysis software. For the system performance test, we developed a linear motion phantom, which consists of a human body shaped phantom with a fake tumor in the lung, linear motion cart, and control software. The phantom was operated with a motion of 2 cm at 4 sec per cycle and cine EPID images were obtained at a rate of 3.3 and 6.6 frames per sec (2 MU/frame) with $1,024{\times}768$ pixel counts in a linear accelerator (10 MVX). Organ motion of the target was tracked using self-developed analysis software. Results were compared with planned data of the motion phantom and data from the video image based tracking system (RPM, Varian, USA) using an external surrogate in order to evaluate its accuracy. For quantitative analysis, we analyzed correlation between two data sets in terms of average cycle (peak to peak), amplitude, and pattern (RMS, root mean square) of motion. Averages for the cycle of motion from IMVS and RPM system were $3.98{\pm}0.11$ (IMVS 3.3 fps), $4.005{\pm}0.001$ (IMVS 6.6 fps), and $3.95{\pm}0.02$ (RPM), respectively, and showed good agreement on real value (4 sec/cycle). Average of the amplitude of motion tracked by our system showed $1.85{\pm}0.02$ cm (3.3 fps) and $1.94{\pm}0.02$ cm (6.6 fps) as showed a slightly different value, 0.15 (7.5% error) and 0.06 (3% error) cm, respectively, compared with the actual value (2 cm), due to time resolution for image acquisition. In analysis of pattern of motion, the value of the RMS from the cine EPID image in 3.3 fps (0.1044) grew slightly compared with data from 6.6 fps (0.0480). The organ motion verification system using sequential cine EPID images with an internal surrogate showed good representation of its motion within 3% error in a preliminary phantom study. The system can be implemented for clinical purposes, which include organ motion verification during treatment, compared with 4D treatment planning data, and its feedback for accurate dose delivery to the moving target.

Half-fan 모드를 이용한 방사선치료환자 위치교정을 위한 디지털영상 합성영상기술에 관한 예비연구

박천주,박성호,김진성,한영이,주상규,신은혁,신정석,박희철,안용찬,Park, Justin C.,Park, Sung-Ho,Kim, Jin-Sung,Han, Young-Yih,Ju, Sang-Gyu,Shin, Eun-Hyuk,Shin, Jung-Suk,Park, Hee-Chul,Ahn, Yong-Chan,Song, Willian Y. 한국의학물리학회 2010 의학물리 Vol.21 No.4

최근 정밀한 암 치료를 위해 방사선 치료기술이 강도변도 방사선치료, 영상유도 방사선치료 등의 눈부신 발전을 이루어 왔다. 2000년 이후로는 치료실에서 환자의 실제 치료위치를 정확히 파악하여 정밀한 치료를 가능하게 하는 영상 유도방사선 치료기술이 사용되고 있으며 가장 중요한 기술 중 하나가 방사선 치료 전에 다양한 방법의 의료 영상을 이용하여 환자의 치료 위치를 보정하는 것으로 가장 최근의 기술로는 선형가속기에 장착된 2차원 평면검출기를 이용한 콘빔CT (Cone Beam CT: CBCT)가 사용되고 있다. 본 연구에서는 기존의 CBCT의 "half fan" 조건에서 획득된 projection영상을 이용하여 360도 회전한 모든 영상이 아닌 제한된 각도에서 획득한 투사영상을 이용하여 환자의 해부학적 정보를 볼 수 있는 디지털 영상합성영상(Digital Tomosynthesis) 기술을 구현하였고 실제 위치교정을 위해 촬영된 환자 데이터를 이용하여 방사선 치료 환자 위치 교정을 위한 효용성을 검증하였다. 그 결과 동일 단층상에서의 해부학적 정보 표현에서 CBCT 영상과 비교하였을 때 유사성을 보였고 선량적인 측면에서 우월성을 나타냈다. 이러한 DTS의 장점을 극대화 하고 최적화가 이루어진다면 방사선 치료 위치 보정용으로 CBCT를 대체 할 수 있는 기술이 될 수 있을 것이라 기대한다. To generate on-board digital tomosynthesis (DTS) for three-dimensionalimage-guided radiation therapy (IGRT) as an alternative to conventional portal imaging or on-board cone-beam computed tomography (CBCT), two clinical cases (liver and bladder) were selected to illustrate the capabilities of on-board DTS for IGRT. DTS images were generated from subsets of CBCT projection data (45, 162 projections) using half-fan mode scanning with a Feldkamp-type reconstruction algorithm. Digital tomosynthesis slices appeared similar to coincident CBCT planes and yielded substantially more anatomic information. Improved bony and soft-tissue visibility in DTS images is likely to improve target localization compared with radiographic verification techniques and might allow for daily localization of a soft-tissue target. Digital tomosynthesis might allow targeting of the treatment volume on the basis of daily localization.

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.

제작된 선량 검증용 IMRT 팬텀의 몬테칼로 시뮬레이션: 예비적 연구

강세권,정광호,주라형,조병철,오도훈,김수산,김경주,배훈식,한영이,신은혁,박성호,임천일,Kang, Sei-Kwon,Cheong, Kwang-Ho,Ju, Ra-Hyeong,Cho, Byung-Chul,Oh, Do-Hoon,Kim, Su-SSan,Kim, Kyoung-Ju,Bae, Hoon-Sik,Han, Young-Yih,Shin, Eun-Hyuk,Park, 한국의학물리학회 2007 의학물리 Vol.18 No.3

세기조절방사선치료(Intensity modulated radiation therapy, IMRT) 선량의 정확도를 원격으로 점검할 수 있는 시스템 구축을 목적으로, 두경부용 팬텀을 제작하였다. 팬텀은 공기 및 뼈 구조물의 교체 장착을 통해, 균질 혹은 비균질 팬텀으로 이용할 수 있다. 일차적으로 단일 빔 및 세 빔의 조사에 대한 몬테칼로(Monte Carlo, MC) 전산모사를 시행하고, 이온 전리함 및 열형광선량계(thermoluminescent dosimeter, TLD)를 이용한 측정과 비교하였다. TLD의 판독은 독립된 두 기관에서 수행하였다. 단일 빔의 경우, 균질 및 비균질 팬텀에 대한 이온 전리함 측정 결과는 MC전산모사 결과와 대체로 2% 수준에서 일치하였으며, TLD 의 경우에는 기관에 따라 2% 혹은 7%수준의 차이를 보였다. 세 빔을 이용한 비교의 경우에는, 이온 전리함은 -5% 수준, TLD의 경우에는 $+2{\sim}+3%$ 수준의 차이를 보였다. 원격 선량 검증을 위해서는 TLD 판독의 신뢰도 향상이 필요한 것으로 판단되었다. MC 전산모사는 새로운 팬텀 개발 시에, 선량 측정값의 신뢰도 확보에 이용될 수 있다. A head-and-neck phantom was designed in order to evaluate remotely the quality of the delivery dose of intensity modulated radiation therapy (IMRT) in each institution. The phantom is homogeneous or inhomogeneous by interchanging the phantom material with the substructure like an air or bone plug. Monte Carlo simulations were executed for one beam and three beams to the phantom and compared with ion chamber and thermoluminescent dosimeter (TLD) measurements of which readings were from two independent institutions. For single beam, the ion chamber results and the MC simulations agreed to within about 2% TLDs agreed with the MC results to within 2% or 7% according to which institution read the TLDs. For three beams, the ion chamber results showed -5% maximum discrepancy and those of TLDs were $+2{\sim}+3%$. The accuracy of the TLD leadings should be increased for the remote dose monitoring. MC simulations are a valuable tool to acquire the reliability of the measurements in developing a new phantom.

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.