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.

호흡연습장치를 적용한 호흡교정법의 영향 평가

신은혁(Eunhyuk Shin),박희철(Hee-Chul Park),한영이(Youngyih Han),주상규(Sang-Gyu Ju),신정석(Jung Suk Shin),안용찬(Yong-Chan Ahn) 대한방사선종양학회 2008 Radiation Oncology Journal Vol.26 No.3

목 적: 호흡을 고려한 사차원방사선치료의 효용성 증대를 위하여, 규칙적이고 안정된 호흡주기 및 호흡량을 갖도 록 환자를 교육하고 호흡을 연습시키는 호흡연습장치 및 프로그램을 자체 제작하여 유용성을 평가하였다. 대상 및 방법: 호흡연습장치를 사용시 및 사용후의 호흡의 규칙도의 변화를 측정하기 위해 11명(자원자 9명, 환자2명)을 대상으로 실험을 실시하였다. 자유롭게 호흡하는 ‘자유호흡(free-breathing)’법, 자유호흡 시 시뮬레이션 된 표준 호흡주기를 따라함으로써 일정한 호흡주기를 만드는 ‘신호모니터-호흡(guided-breathing)’법 및 호흡연습 후 시뮬레이션 신호 없이 호흡하는 ‘연습 후 호흡(postguided-breathing)’법 등 3가지 방법으로 호흡주기를 기록하여 호흡주기(PTP (Peak To Peak))와 호흡크기(Amplitude) 및 호흡패턴(Area, RMS (Root Mean Square))의 변화를 정량적으로 분석하였다.결 과: 호흡주기를 보여주는 PTP 값은 ‘신호모니터-호흡’에서 표준편차 값(standard deviation)이 의미 있게 감소하여 호흡주기가 더 규칙적이었고(자유호흡 0.568 vs 신호모니터-호흡 0.344, p=0.0013), ‘연습 후 호흡’법에서는‘자유호흡’ 시보다 표준변동치가 낮아 호흡주기가 보다 안정적이었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(자유호흡 0.568 vs 연습 후 호흡 0.512, p=ns). 호흡량 측정 결과는 ‘자유호흡’보다 ‘신호모니터-호흡’의 경우 호흡량의 표준편차 값이 낮아 호흡량이 보다 일정하게 유지되었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(자유호흡 1.317 vs 신호모니터-호흡 1.068, p=0.187). 호흡 패턴은 ‘자유호흡’과 ‘모니터 호흡’ 사이에는 큰 차이가 발생하지 않았지만, ‘연습 후 호흡’에서는 호흡주기 내 호흡함수의 평균 면적이 7% 감소하였고 RMS 값은 5.9% 감소를 보였다. 결 론: ‘신호모니터-호흡’에서 호흡주기 및 호흡량이 가장 일정하게 유지되었다. 호흡연습의 효과는 시뮬레이션 신호 없이 호흡하는 ‘연습 후 호흡’의 경우 시간 경과에 따라 감소할 것으로 판단되었다. 본 연구에서 제작한 호흡연습장치 및 프로그램은 호흡의 주기의 규칙성과 호흡량을 일정하게 유지시키는데 효과적으로 평가되었다. Purpose: In order to enhance the efficiency of respiratory gated 4-dimensional radiation therapy for more regular and stable respiratory period and amplitude, a respiration training system was designed, and its efficacy was evaluated. Materials and Methods: The experiment was designed to measure the difference in respiration regularity following the use of a training system. A total of 11 subjects (9 volunteers and 2 patients) were included in the experiments. Three different breathing signals, including free breathing (free-breathing), guided breathing that followed training software (guided-breathing), and free breathing after the guided-breathing (post guided-breathing), were consecutively recorded in each subject. The peak-to-peak (PTP) period of the breathing signal, standard deviation (SD), peak-amplitude and its SD, area of the one cycle of the breathing wave form, and its root mean square (RMS) were measured and computed. Results: The temporal regularity was significantly improved in guided-breathing since the SD of breathing period reduced (free-breathing 0.568 vs guided-breathing 0.344, p=0.0013). The SD of the breathing period representing the post guided-breathing was also reduced, but the difference was not statistically significant (free-breathing 0.568 vs. guided-breathing 0.512, p=ns). Also the SD of measured amplitude was reduced in guided-breathing (free-breathing 1.317 vs. guided-breathing 1.068, p=0.187), although not significant. This indicated that the tidal volume for each breath was kept more even in guided-breathing compared to free-breathing. There was no change in breathing pattern between free-breathing and guided-breathing. The average area of breathing wave form and its RMS in postguided-breathing, however, was reduced by 7% and 5.9%, respectively. Conclusion: The guided-breathing was more stable and regular than the other forms of breathing data. Therefore, the developed respiratory training system was effective in improving the temporal regularity and maintaining a more even tidal volume.

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.

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.

Comparison of Intensity-modulated Radiation Therapy (IMRT), Uniform Scanning Proton Therapy (USPT), and Intensity-modulated Proton Therapy (IMPT) for Prostate Cancer: A Treatment Planning Study

손기홍,조승룡,김진성,한영이,주상규,안성환,신은혁,신정석,박원,표홍렬,최두호,Son, Kihong,Cho, Seungryong,Kim, Jin Sung,Han, Youngyih,Ju, Sang Gyu,Ahn, Sung Hwan,Shin, Eunhyuk,Shin, Jung Suk,Park, Won,Pyo, Hongryul,Choi, Doo Ho Korean Society of Medical Physics 2013 의학물리 Vol.24 No.3

본 연구는 총 10명의 전립선 암 환자를 대상으로 세기조절방사선치료(IMRT), 균일스캐닝양성자치료(USPT), 그리고 세기조절양성자치료(IMPT)기술을 이용한 치료계획의 결과를 비교, 평가 하였다. 각 치료 계획은 타깃 체적의 95%에 70 Gy가 28회 분할 조사되도록 하였으며 세기조절방사선치료(IMRT)에서는 step-and-shoot 기법을 이용하여 총 7개의 빔을 사용하여 방사선을 조사하였고, 균일세기양성자치료(USPT)와 세기조절양성자치료(IMPT)에서는 동일한 방사선 가중치의 측방향대향조사면(lateral opposing field)를 사용하여 타깃에 처방선량이 전달되도록 하였다. 한편, 세기조절양성자치료(IMPT)의 최적화를 위해 IMRT치료와 유사한 Inverse planning을 수행하였다. 결과 비교를 위해 타깃의 균질성지수(homogeneity index) 및 동형지수(conformity index)와 정상조직의 정상조직합병증확률(NTCP)을 계산하였다. 비록 치료기법간에 균질성지수(homogeneity index), 동형지수(conformity index)차이가 크지 않았지만, 직장의 경우 각 세기조절방사선치료(IMRT), 균일스캐닝 양성자치료(USPT) 및 세기조절양성자치료(IMPT)에서 2.233, 3.326 및 1.707로 계산되었다. 또한 방광의 정상조직합병증확률(NTCP)는 0.008, 0.003, 및 0.002를 나타내었다. 직장과 방광의 NTCP 값이 IMPT을 사용할 때 유의하게 낮은 값을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 전립선 암의 방사선 치료 시 세기조절방사선치료(IMRT)보다 양성자를 이용한 방사선 치료, 특히 최적화된 세기조절양성자치료(IMPT)가 치료 효과를 높일 수 있는 치료계획이 될 수 있음을 확인할 수 있었다. This study assessed compared photon and proton treatment techniques, such as intensity modulated radiation therapy (IMRT), uniform scanning proton therapy (USPT), and intensity modulated proton therapy (IMPT), for a total of 10 prostate cancers. All treatment plans delivered 70 Gy to 95% of the planned target volume in 28 fractions. IMRT plans had 7 fields for the step and shoot technique, while USPT and IMPT plans employed two equally weighted, parallel-opposed lateral fields to deliver the prescribed dose to the planned target. Inverse planning was then incorporated to optimize IMPT. The homogeneity index (HI) and conformity index (CI) for the target and the normal tissue complication probability (NTCP) for organ at risk (OAR) were calculated. Although the mean HI and CI for target were not significantly different for each treatment techniques, the NTCP of the rectum was 2.233, 3.326, and 1.707 for IMRT, USPT, and IMPT, respectively. The NTCP of the bladder was 0.008, 0.003, and 0.002 respectively. The NTCP values at the rectum and bladder were significantly lower using IMPT. Our study shows that using proton therapy, particularly IMPT, to treat prostate cancer could be beneficial compared to 7-field IMRT with similar target coverage. Given these results, radiotherapy using protons, particularly optimized IMPT, is a worthwhile treatment option for prostate cancer.

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.

Development of Video Image-Guided Setup (VIGS) System for Tomotherapy: Preliminary Study

김진성,주상규,홍채선,정재원,손기홍,신정석,신은혁,안성환,한영이,최두호,Kim, Jin Sung,Ju, Sang Gyu,Hong, Chae Seon,Jeong, Jaewon,Son, Kihong,Shin, Jung Suk,Shin, Eunheak,Ahn, Sung Hwan,Han, Youngyih,Choi, Doo Ho Korean Society of Medical Physics 2013 의학물리 Vol.24 No.2

초고압 전산화단층촬영(megavoltage computed tomography, MVCT)이 단층치료(Tomotherapy) 환자의 치료 자세 교정 방법으로 사용되고 있다. MVCT는 부가적인 방사선 피폭뿐만 아니라 전체 치료 시간이 길어지는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점 해결을 위해 비디오 영상기반 환자 치료 자세 교정 시스템(video image-guided setup system, VIGS)을 개발했다. 단층치료 장치내 갠트리에 직각으로 2대의 비디오 카메라를 장착하고 이로부터 얻은 영상을 이용하여 환자의 자세 오차를 측정하는 프로그램을 자체 개발했다. 개발된 시스템은 사용자에 의해 정의된 관심 영역에서의 에지 검출(edge detection) 결과를 기반으로 자동 정합을 통해 자세 오차를 찾도록 고안되었다. 두경부 환자를 묘사하기 위해 휴먼 팬톰을 이용하여 컴퓨터 단층 치료계획 영상을 획득한 후 전산화 치료계획을 수행했다. 실제 치료 상태를 재현하기 위해 고정 용구를 이용하여 팬톰을 고정했으며 전산화치료계획 결과로 부터 팬톰 자세 검증을 위한 기준 MVCT 영상을 획득했다. 팬톰을 치료 위치에 위치시킨 후 MVCT 영상을 얻고 이를 기준 MVCT영상과 비교하여 치료계획시와 동일환 자세가 되도록 위치를 교정했다. 교정된 자세에서 VGIS를 이용하여 기준 비디오 영상을 획득했다. 10회 걸쳐 MVCT 영상을 이용한 자세 교정과 VIGS를 이용한 비디오 영상기반 자세 교정을 각각 수행하여 두 방법간의 교정 값 차이(상관 분석)와 분석 시간을 비교했다. 팬톰 위치 교정 시간은 VIGS 시스템($41.7{\pm}11.2$ seconds)이 MVCT 방법($420{\pm}6$ seconds)에 비해 현저히 적게 조사됐다(p<0.05). 하지만 두 방법간의 위치 오차 분석 결과 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다(x=0.11 mm, y=0.27 mm, z=0.58 mm, p>0.05). VIGS시스템이 짧은 시간에 정확한 위치 오차 감지 능력을 보여 이의 개발이 단층치료의 절차를 효율적으로 개선하는데 효과적일 것으로 생각된다. At present, megavoltage computed tomography (MVCT) is the only method used to correct the position of tomotherapy patients. MVCT produces extra radiation, in addition to the radiation used for treatment, and repositioning also takes up much of the total treatment time. To address these issues, we suggest the use of a video image-guided setup (VIGS) system for correcting the position of tomotherapy patients. We developed an in-house program to correct the exact position of patients using two orthogonal images obtained from two video cameras installed at $90^{\circ}$ and fastened inside the tomotherapy gantry. The system is programmed to make automatic registration possible with the use of edge detection of the user-defined region of interest (ROI). A head-and-neck patient is then simulated using a humanoid phantom. After taking the computed tomography (CT) image, tomotherapy planning is performed. To mimic a clinical treatment course, we used an immobilization device to position the phantom on the tomotherapy couch and, using MVCT, corrected its position to match the one captured when the treatment was planned. Video images of the corrected position were used as reference images for the VIGS system. First, the position was repeatedly corrected 10 times using MVCT, and based on the saved reference video image, the patient position was then corrected 10 times using the VIGS method. Thereafter, the results of the two correction methods were compared. The results demonstrated that patient positioning using a video-imaging method ($41.7{\pm}11.2$ seconds) significantly reduces the overall time of the MVCT method ($420{\pm}6$ seconds) (p<0.05). However, there was no meaningful difference in accuracy between the two methods (x=0.11 mm, y=0.27 mm, z=0.58 mm, p>0.05). Because VIGS provides a more accurate result and reduces the required time, compared with the MVCT method, it is expected to manage the overall tomotherapy treatment process more efficiently.

방사선치료 관련 연구를 위한 선량 체적 히스토그램 분석 프로그램 개발

김진성(Jin Sung Kim),윤명근(Myonggeun Yoon),박성용(Sung Yong Park),신정석(Jung Suk Shin),신은혁(Eunhyuk Shin),주상규(Sang-Gyu Ju),한영이(Youngyih Han),안용찬(Yong-Chan Ahn) 대한방사선종양학회 2009 Radiation Oncology Journal Vol.27 No.4

목 적: 방사선치료 관련 연구를 수행함에 있어서 선량 체적 히스토그램(dose volume histogram, DVH)을 분석하는 것이 필수적이나 상용 방사선치료계획시스템에서 수행할 수 없다. 본 연구는 이러한 선량 체적 히스토그램의 정보를 쉽게 분석할 수 있도록 소프트웨어를 제작하였다. 대상 및 방법: 방사선치료계획 시스템에서 치료계획 후에 환자의 DVH 데이터를 텍스트로 저장하여 이를 이용해서 DVH 상에서의 필요한 특정 값들(Vx, Dx)을 지정하여 획득할 수 있도록 하였고, Niemierko의 generalized equivalent uniform dose (EUD), Lyman-Kutcher-Burman 모델을 이용한 normal tissue complication probability (NTCP) 및 방사선치료의 2차 암유발 위험도 인자인 organ equivalent dose (OED)를 계산하는 프로그램을 개발하였다. 결 과: 환자의 데이터를 가지고 실제 방사선치료계획 시스템 상에서의 Vx, Dx와 NTCP 비교를 통해 개발된 프로그램의 계산 알고리즘을 검증하였고 0.1% 내의 오차를 보였으며 EUD 및 OED도 성공적으로 계산되었다. 결 론: 선량 체적 히스토그램을 분석하는 프로그램을 개발하였으며 다양한 방사선치료 관련 연구에 활용할 수 있을것으로 예상된다. Purpose: To provide a simple research tool that may be used to analyze a dose volume histogram from different radiation therapy planning systems for NTCP (Normal Tissue Complication Probability), OED (Organ Equivalent Dose) and so on. Materials and Metohds: A high-level computing language was chosen to implement Niemierko’s EUD, Lyman-Kutcher-Burman model’s NTCP, and OED. The requirements for treatment planning analysis were defined and the procedure, using a developed GUI based program, was described with figures. The calculated data, including volume at a dose, dose at a volume, EUD, and NTCP were evaluated by a commercial radiation therapy planning system, Pinnacle (Philips, Madison, WI, USA) for comparison. Results: The volume at a special dose and a dose absorbed in a volume on a dose volume histogram were successfully extracted using DVH data of several radiation planning systems. EUD, NTCP and OED were successfully calculated using DVH data and some required parameters in the literature. Conclusion: A simple DVH analyzer program was developed and has proven to be a useful research tool for radiation therapy.

스마트폰 기반 침수 안전경로 안내 시스템 개발에 관한 연구

송은희(Song, Eun hee),강경훈(Kang, Kyung hoon),신정석(Shin, Jung suk),이승택(Lee, Seung taek) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10

사차원전산화단층촬영과 호흡연동 직각 Kilovolt 준비 영상을 이용한 간 종양의 움직임 분석

주상규(Sang Gyu Ju),홍채선(Chae Seon Hong),박희철(Hee Chul Park),안종호(Jong Ho Ahn),신은혁(Eunhyuk Shin),신정석(Jung Suk Shin),김진성(Jin Sung Kim),한영이(Youngyih Han),임도훈(Do Hoon Lim),최두호(Doo Ho Choi) 대한방사선종양학회 2010 Radiation Oncology Journal Vol.28 No.3

목 적: 4-dimensional computed tomography (4DCT) 영상과 on board imaging (OBI) 및 real time position management (RPM) 장치로 매 회 치료 시마다 얻은 호흡연동 직각 kilovolt (KV) 준비 영상(gated orthogonal kilovolt setup image)을 이용해 간암 환자를 치료하는 동안 발생하는 종양 위치의 불확실성을 평가하고자 했다. 대상 및 방법: 3차원입체조형치료가 예정된 20명의 간암 환자를 대상으로 RPM과 전산화단층촬영모의치료기를 이용해 치료계획용 4DCT를 시행했다. 표적 근처에 위치한 간동맥화학색전술 후 집적된 리피오돌(lipiodol) 혹은 횡격막을 종양의 위치 변이를 측정하는 표지자로 선택했다. 표지자의 위치 차이를 이용해 온라인 분할간 및 분할중 내부 장기 변이와 움직임 진폭을 측정했다. 측정된 자료의 정량적 평가를 위해 통계 분석을 실시했다. 결 과: 20명 환자로부터 측정된 표지자의 분할간변이의 중앙값은 X (transaxial), Y (superior-inferior), Z (anteriorposterior)축에서 각각 0.00 cm (범위, -0.50∼0.90 cm), 0.00 cm (범위, -2.4∼1.60 cm), 0.00 cm (범위, -1.10∼0.50 cm) 였다. 4명의 환자에서 X, Y, Z축 중 하나 이상에서 0.5 cm를 초과하는 변이가 관찰되었다. 4DCT와 호흡연동 직각 준비 영상으로부터 얻은 표적의 움직임 진폭의 차이는 X, Y, Z 축에서 각각 중앙값이 -0.05 cm (범위,-0.83∼0.60 cm), -0.15 cm (범위, -2.58∼1.18 cm), -0.02 cm (범위, -1.37∼0.59 cm) 였다. 두 영상간 표적의 움직임 진폭 차이가 1 cm를 초과하는 환자가 Y축 방향으로 3명 관찰되었으며, 0.5 cm 초과 1 cm 미만의 차이를 보이는 환자도 Y축과 Z축 방향을 합쳐 5명 관찰되었다. 분할중 표지자 위치 변이의 중앙값은 X, Y, Z축에서 각각 0.00 cm (범위, -0.30∼0.40 cm), -0.03 cm (범위, -1.14∼0.50 cm), 0.05 cm (범위, -0.30∼0.50 cm)였으며 2명의 환자에서 1 cm를 초과하는 변이가 Y축 방향으로 관찰되었다. 결 론: 4DCT와 호흡연동 직각 KV 준비 영상으로 얻은 표지자의 분할간, 분할중 및 움직임 진폭에서 큰 변이가 관찰되었다. Purpose: In order to evaluate the positional uncertainty of internal organs during radiation therapy for treatment of liver cancer, we measured differences in inter- and intra-fractional variation of the tumor position and tidal amplitude using 4-dimentional computed radiograph (DCT) images and gated orthogonal setup kilovolt (KV) images taken on every treatment using the on board imaging (OBI) and real time position management (RPM) system. Materials and Methods: Twenty consecutive patients who underwent 3-dimensional (3D) conformal radiation therapy for treatment of liver cancer participated in this study. All patients received a 4DCT simulation with an RT16 scanner and an RPM system. Lipiodol, which was updated near the target volume after transarterial chemoembolization or diaphragm was chosen as a surrogate for the evaluation of the position difference of internal organs. Two reference orthogonal (anterior and lateral) digital reconstructed radiograph (DRR) images were generated using CT image sets of 0% and 50% into the respiratory phases. The maximum tidal amplitude of the surrogate was measured from 3D conformal treatment planning. After setting the patient up with laser markings on the skin, orthogonal gated setup images at 50% into the respiratory phase were acquired at each treatment session with OBI and registered on reference DRR images by setting each beam center. Online inter-fractional variation was determined with the surrogate. After adjusting the patient setup error, orthogonal setup images at 0% and 50% into the respiratory phases were obtained and tidal amplitude of the surrogate was measured. Measured tidal amplitude was compared with data from 4DCT. For evaluation of intra-fractional variation, an orthogonal gated setup image at 50% into the respiratory phase was promptly acquired after treatment and compared with the same image taken just before treatment. In addition, a statistical analysis for the quantitative evaluation was performed. Results: Medians of inter-fractional variation for twenty patients were 0.00 cm (range, −0.50 to 0.90 cm), 0.00 cm (range, −2.40 to 1.60 cm), and 0.00 cm (range, −1.10 to 0.50 cm) in the X (transaxial), Y (superiorinferior), and Z (anterior-posterior) directions, respectively. Significant inter-fractional variations over 0.5 cm were observed in four patients. Min addition, the median tidal amplitude differences between 4DCTs and the gated orthogonal setup images were −0.05 cm (range, −0.83 to 0.60 cm), −0.15 cm (range, −2.58 to 1.18 cm), and −0.02 cm (range, −1.37 to 0.59 cm) in the X, Y, and Z directions, respectively. Large differences of over 1 cm were detected in 3 patients in the Y direction, while differences of more than 0.5 but less than 1 cm were observed in 5 patients in Y and Z directions. Median intra-fractional variation was 0.00 cm (range, −0.30 to 0.40 cm), −0.03 cm (range, −1.14 to 0.50 cm), 0.05 cm (range, −0.30 to 0.50 cm) in the X, Y, and Z directions, respectively. Significant intra-fractional variation of over 1 cm was observed in 2 patients in Y direction. Conclusion: Gated setup images provided a clear image quality for the detection of organ motion without a motion artifact. Significant intra- and inter-fractional variation and tidal amplitude differences between 4DCT and gated setup images were detected in some patients during the radiation treatment period, and therefore, should be considered when setting up the target margin. Monitoring of positional uncertainty and its adaptive feedback system can enhance the accuracy of treatments.