[학위논문]호흡 형태벌 4DCT 와 CBCT를 이용한 방사선 치료계획 시 선량분포에 관한 연구 A comparison study of treatment planning using 4DCT and CBCT images based on breathing patterns원문보기
최근에는 치료 중 발생할 수 있는 불확실성 때문에 Adaptive Radiation Therapy 를 많이 적용하고 있는 추세이다. 또한 움직임이 심한 종양을 정확하게 치료 하는 것은 쉽지 않다. 보통 lung 이나 liver 등과 같이 움직임이 심한 장기를 치료하는 경우에 4DCT MIP 영상을 주로 이용한다. 그리고 치료중 systematic erorr 나 random error 와 같은 불확실성을 없애기 위하여 CBCT 를 이용하는데 이 CBCT 의 단점이 한번 의 회전으로 ...
최근에는 치료 중 발생할 수 있는 불확실성 때문에 Adaptive Radiation Therapy 를 많이 적용하고 있는 추세이다. 또한 움직임이 심한 종양을 정확하게 치료 하는 것은 쉽지 않다. 보통 lung 이나 liver 등과 같이 움직임이 심한 장기를 치료하는 경우에 4DCT MIP 영상을 주로 이용한다. 그리고 치료중 systematic erorr 나 random error 와 같은 불확실성을 없애기 위하여 CBCT 를 이용하는데 이 CBCT 의 단점이 한번 의 회전으로 volume 을 얻기 때문에 움직이는 환자의 내부 장기가 blurring 이 심한 영상으로 표현된다. 그러나 이 artifact 가 종양의 움직이는 궤적을 일정부분 표현하기도 한다는 동기에서 출발하여 움직이는 장기를 CBCT 와 4DCT 영상을 각각 획득하여 종양의 길이와 체적 그리고 치료 계획을 통한 선량 적 비교를 통하여 움직임이 심한 부위에도 CBCT 를 이용하여 ART 가 가능한지 실험하였다.
실험은 motion phantom 을 이용하여 2s, 4s, 6s 의 호흡 주기와 1cm, 2cm, 4cm 의 호흡 진폭으로 종양을 움직이게 하고 각각 4DCT 와 CBCT 를 이용하여 영상을 얻었다. 그리고 두 영상을 비교해본 결과 tumor 의 길이와 체적을 측정하였을 때 호흡의 주기가 길어질수록 약 5.2%, 10.8%, 10.5%의 길이 감소가, 약 13%, 19%, 21% 의 체적 감소를 보였다. 호흡의 주기를 일정하게 하고 진폭에 의한 변화를 관찰해보면 약 4.3%, 10.4%, 10.5%의 길이 감소와 약 16%, 23%, 15.67% 의 체적 변화를 가져왔다. 선량 적 비교를 위하여 homogeneity index를 비교해보면 주기만을 변화하였을 때 약 0.006, 0.005, 0.003 의 차이를, 진폭을 변화 시켰을 경우 평균적으로 0.001, 0.002, 0.01 의 차이를 보였다. conformity index를 비교해보면 동일한 진폭 내에서 주기를 변화시켜 봤을 때 약 0.008, 0.01, 0.008 의 차이를 보였으며, 주기를 고정시키고 진폭을 변화시켰을 경우에 0.001, 0.003, 0.007 의 차이를 보였다.
결과적으로 호흡의 주기가 늘어 날수록 CBCT 의 길이나 체적감소가 일정한 간격을 보이며 나타났지만, 진폭이 커질수록 종양의 길이나 체적에는 4DCT 와 비교하였을 때 일정한 차이를 나타내며 전반적으로 작아지는 경향을 보였다. 또한 선량적인 측면으로는 주기가 늘어나고 진폭이 커지는 경우에도 HI 값이나 CI 값의 눈에 띄는 차이는 나타나지 않았다. 다만 4cm 과 같이 큰 진폭에서만 유독 HI 값이 크게 차이 나는 결론이 얻었다.
이러한 결과를 토대로 CBCT 는 4DCT에 비해서 일정부분 길이나 체적감소가 나타났지만 특별히 큰 진폭을 가진 경우(4cm 이상)를 제외하고는 tumor 에 추가적인 여유(약 0.5cm)만 준다면 움직이는 장기에 대해서도 충분히 ART 를 적용할 수 있을 것이고, 뿐만 아니라 치료중 얻은 CBCT 영상을 이용해 후 향적 연구에도 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
최근에는 치료 중 발생할 수 있는 불확실성 때문에 Adaptive Radiation Therapy 를 많이 적용하고 있는 추세이다. 또한 움직임이 심한 종양을 정확하게 치료 하는 것은 쉽지 않다. 보통 lung 이나 liver 등과 같이 움직임이 심한 장기를 치료하는 경우에 4DCT MIP 영상을 주로 이용한다. 그리고 치료중 systematic erorr 나 random error 와 같은 불확실성을 없애기 위하여 CBCT 를 이용하는데 이 CBCT 의 단점이 한번 의 회전으로 volume 을 얻기 때문에 움직이는 환자의 내부 장기가 blurring 이 심한 영상으로 표현된다. 그러나 이 artifact 가 종양의 움직이는 궤적을 일정부분 표현하기도 한다는 동기에서 출발하여 움직이는 장기를 CBCT 와 4DCT 영상을 각각 획득하여 종양의 길이와 체적 그리고 치료 계획을 통한 선량 적 비교를 통하여 움직임이 심한 부위에도 CBCT 를 이용하여 ART 가 가능한지 실험하였다.
실험은 motion phantom 을 이용하여 2s, 4s, 6s 의 호흡 주기와 1cm, 2cm, 4cm 의 호흡 진폭으로 종양을 움직이게 하고 각각 4DCT 와 CBCT 를 이용하여 영상을 얻었다. 그리고 두 영상을 비교해본 결과 tumor 의 길이와 체적을 측정하였을 때 호흡의 주기가 길어질수록 약 5.2%, 10.8%, 10.5%의 길이 감소가, 약 13%, 19%, 21% 의 체적 감소를 보였다. 호흡의 주기를 일정하게 하고 진폭에 의한 변화를 관찰해보면 약 4.3%, 10.4%, 10.5%의 길이 감소와 약 16%, 23%, 15.67% 의 체적 변화를 가져왔다. 선량 적 비교를 위하여 homogeneity index를 비교해보면 주기만을 변화하였을 때 약 0.006, 0.005, 0.003 의 차이를, 진폭을 변화 시켰을 경우 평균적으로 0.001, 0.002, 0.01 의 차이를 보였다. conformity index를 비교해보면 동일한 진폭 내에서 주기를 변화시켜 봤을 때 약 0.008, 0.01, 0.008 의 차이를 보였으며, 주기를 고정시키고 진폭을 변화시켰을 경우에 0.001, 0.003, 0.007 의 차이를 보였다.
결과적으로 호흡의 주기가 늘어 날수록 CBCT 의 길이나 체적감소가 일정한 간격을 보이며 나타났지만, 진폭이 커질수록 종양의 길이나 체적에는 4DCT 와 비교하였을 때 일정한 차이를 나타내며 전반적으로 작아지는 경향을 보였다. 또한 선량적인 측면으로는 주기가 늘어나고 진폭이 커지는 경우에도 HI 값이나 CI 값의 눈에 띄는 차이는 나타나지 않았다. 다만 4cm 과 같이 큰 진폭에서만 유독 HI 값이 크게 차이 나는 결론이 얻었다.
이러한 결과를 토대로 CBCT 는 4DCT에 비해서 일정부분 길이나 체적감소가 나타났지만 특별히 큰 진폭을 가진 경우(4cm 이상)를 제외하고는 tumor 에 추가적인 여유(약 0.5cm)만 준다면 움직이는 장기에 대해서도 충분히 ART 를 적용할 수 있을 것이고, 뿐만 아니라 치료중 얻은 CBCT 영상을 이용해 후 향적 연구에도 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
The adaptive radiation therapy has been used recently due to uncertainty that may break out during treatment process. When treating such organs as lung and liver that tend to move irregularly, 4DCT MIP images is used. And the CBCT is used to rule out uncertainty such as systematic errors and random ...
The adaptive radiation therapy has been used recently due to uncertainty that may break out during treatment process. When treating such organs as lung and liver that tend to move irregularly, 4DCT MIP images is used. And the CBCT is used to rule out uncertainty such as systematic errors and random errors during treatment process. But it turns out that the internal organs of the patients are expressed in quite a blurred images since CBCT acquires volume through one rotation. With an assumption that this artifact partially expresses the moving trajectory of the tumor, we carried out the experiment to test whether ART is possible on irregularly moving parts by using CBCT. After acquiring CBCT and 4DCT images of moving organs, we conducted the test through dosimetric comparisons by length, volume, and treatment plans.
As for the experiment, we have made tumor move with the breathing cycle of 2s, 4s, and 6s, and breathing amplitude of 1cm, 2cm, and 4cm by using motion phantom. Then we obtained the images by using 4DCT and CBCT respectively. It turned out that when measuring the length and the volume of tumor, the length was reduced about 5.2%, 10.8%, and 10.5%, and the volume about 16%, 23%, and 15.67% as the breathing cycle increased. Through the observation of the changes brought by amplitude by setting the breathing period consistent, it was found that the length was reduced about 4.3%, 10.4%, and 10.5%, and the volume about 16%, 23%, and 15.67%. As for the comparison of homogeneity index, when only the period was changed, it was possible to find 0.006, 0.005, and 0.003 of change, and 0.001, 0.002, and 0.01 of change on average when the amplitude was changed. As for the comparison of the conformity index, there were about 0.008, 0.01, and 0.008 of change when the period was changed within the same amplitude, and 0.001, 0.003, and 0.007 of change when the amplitude was changed with the period fixed.
In conclusion, although the length and the volume of the CBCT were reduced to a certain extent as the breathing period increased, the length and the volume of the tumor had a tendency to decrease in overall with some differences as the amplitude increased. In addition, there were no notable differences in the value of HI or CI when amplitude increased. However, it turned out that the value of HI was quite different only when the magnitude of amplitude was as huge as 4cm.
Based on these results, the length and the volume were somewhat reduced in CBCT compared to 4DCT. However, it can be concluded that other than such cases (greater than 4cm) of particularly large amplitude, it would be possible to adopt ART for moving organs if there is additional margin (about 0.5cm) in the tumor. In addition, the CBCT images that are acquired during treatment processes is expected to be quite helpful for more research in the future as well.
The adaptive radiation therapy has been used recently due to uncertainty that may break out during treatment process. When treating such organs as lung and liver that tend to move irregularly, 4DCT MIP images is used. And the CBCT is used to rule out uncertainty such as systematic errors and random errors during treatment process. But it turns out that the internal organs of the patients are expressed in quite a blurred images since CBCT acquires volume through one rotation. With an assumption that this artifact partially expresses the moving trajectory of the tumor, we carried out the experiment to test whether ART is possible on irregularly moving parts by using CBCT. After acquiring CBCT and 4DCT images of moving organs, we conducted the test through dosimetric comparisons by length, volume, and treatment plans.
As for the experiment, we have made tumor move with the breathing cycle of 2s, 4s, and 6s, and breathing amplitude of 1cm, 2cm, and 4cm by using motion phantom. Then we obtained the images by using 4DCT and CBCT respectively. It turned out that when measuring the length and the volume of tumor, the length was reduced about 5.2%, 10.8%, and 10.5%, and the volume about 16%, 23%, and 15.67% as the breathing cycle increased. Through the observation of the changes brought by amplitude by setting the breathing period consistent, it was found that the length was reduced about 4.3%, 10.4%, and 10.5%, and the volume about 16%, 23%, and 15.67%. As for the comparison of homogeneity index, when only the period was changed, it was possible to find 0.006, 0.005, and 0.003 of change, and 0.001, 0.002, and 0.01 of change on average when the amplitude was changed. As for the comparison of the conformity index, there were about 0.008, 0.01, and 0.008 of change when the period was changed within the same amplitude, and 0.001, 0.003, and 0.007 of change when the amplitude was changed with the period fixed.
In conclusion, although the length and the volume of the CBCT were reduced to a certain extent as the breathing period increased, the length and the volume of the tumor had a tendency to decrease in overall with some differences as the amplitude increased. In addition, there were no notable differences in the value of HI or CI when amplitude increased. However, it turned out that the value of HI was quite different only when the magnitude of amplitude was as huge as 4cm.
Based on these results, the length and the volume were somewhat reduced in CBCT compared to 4DCT. However, it can be concluded that other than such cases (greater than 4cm) of particularly large amplitude, it would be possible to adopt ART for moving organs if there is additional margin (about 0.5cm) in the tumor. In addition, the CBCT images that are acquired during treatment processes is expected to be quite helpful for more research in the future as well.
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