[국내논문]간암환자에서 Electronic Portal Imaging Device(EPID)를 이용한 자세 오차 및 종양 이동 거리의 객관적 측정 Measurements of Setup Error and Physiological Movement of Liver by Using Electronic Portal Imaging Device in Patients with Hepatocellular Carcinoma원문보기
목적 : 간암의 3차원 입체조형치료계획시 electronic portal imaging device (EPID)를 이용한 검증영상으로 경계여유 결정에 필요한 객관적 기초자료를 얻으므로써 방사선치료의 정확성을 높이고 본 기기를 이용하여 방사선치료의 정도관리 측면에서의 유용성을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 10명의 간암 환자에서 EPID를 이용하여 1회 방사선 치료 중 약 4극회의 검증영상을 획득하였고 총 10회 분할 치료기간 동안 반복하여 시행하였다. 방사선치료 자세 고정시 발생할 수 있는 각 개인의 자세 오차를 구하여 치료간 발생하는 환자의 위치 이동을 분석하였고, 호흡으로 인한 간의 상하 움직임의 정도를 측정하여 계획용표적체적(Planning Target Volume, PTV)의 결정시 필요한 적정 경계 여유를 구하였다. 결과 : 검증영상 분석 결과 간암의 치료시 자세이동에 의한 자세 오차는 x축으로 3.0 mm, 표준편차는 1.70 mm 였고 y축으로 3.7 mm, 표준편차 1.88 mm 였다. 따라서 각 축을 중심으로 5 mm 이내였다. 또한 호흡에 의한 간의 상하 운동 범위는 평균 8.63 mm이었고 표준편차는 1.48 mm 였다. 따라서 계획용표적체적 결정시 종양에 적어도 15 mm의 경계여유가 더 필요하다 결론 : EPID는 3차원 입체조형치료계획시 종양의 경계여유 결정에 매우 유용하며 나아가서 방사선치료의 정도관리에도 크게 기여할 것이다
목적 : 간암의 3차원 입체조형치료계획시 electronic portal imaging device (EPID)를 이용한 검증영상으로 경계여유 결정에 필요한 객관적 기초자료를 얻으므로써 방사선치료의 정확성을 높이고 본 기기를 이용하여 방사선치료의 정도관리 측면에서의 유용성을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 10명의 간암 환자에서 EPID를 이용하여 1회 방사선 치료 중 약 4극회의 검증영상을 획득하였고 총 10회 분할 치료기간 동안 반복하여 시행하였다. 방사선치료 자세 고정시 발생할 수 있는 각 개인의 자세 오차를 구하여 치료간 발생하는 환자의 위치 이동을 분석하였고, 호흡으로 인한 간의 상하 움직임의 정도를 측정하여 계획용표적체적(Planning Target Volume, PTV)의 결정시 필요한 적정 경계 여유를 구하였다. 결과 : 검증영상 분석 결과 간암의 치료시 자세이동에 의한 자세 오차는 x축으로 3.0 mm, 표준편차는 1.70 mm 였고 y축으로 3.7 mm, 표준편차 1.88 mm 였다. 따라서 각 축을 중심으로 5 mm 이내였다. 또한 호흡에 의한 간의 상하 운동 범위는 평균 8.63 mm이었고 표준편차는 1.48 mm 였다. 따라서 계획용표적체적 결정시 종양에 적어도 15 mm의 경계여유가 더 필요하다 결론 : EPID는 3차원 입체조형치료계획시 종양의 경계여유 결정에 매우 유용하며 나아가서 방사선치료의 정도관리에도 크게 기여할 것이다
Purpose : The goal of this study 닌as to improve the accuracy of three-dimensional conformal radiotherapy (3-D CRT) by measuring the treatment setup error and physiological movement of liver based on the analysis of images which were obtained by electronic portal imaging device (EPID). Materials and ...
Purpose : The goal of this study 닌as to improve the accuracy of three-dimensional conformal radiotherapy (3-D CRT) by measuring the treatment setup error and physiological movement of liver based on the analysis of images which were obtained by electronic portal imaging device (EPID). Materials and Methods : For 10 patients with hepatocellular carcinoma, 4-7 portal images were obtained by using EPID during the radiotherapy from each patient daiiy. We analyzed the setup error and physiological movement of liver based on the verification data. We also determined the safety margin of the tumor in 3-D CRT through the analysis of physiological movement. Results : The setup errors were measured as 3mm with standard deviation 1.70 mm in x direction and 3.7 mm with standard deviation 1.88 mm in y direction respectively. Hence, deviation were smaller than 5mm from the center of each axis. The measured range of liver movement due to the physiological motion was 8.63 mm on the average. Considering the motion of liver and setup error, the safety margin of tumor was at least 15 mm. Conclusion : EPID is a very useful device for the determination of the optimal margin of the tumor, and thus enhance the accuracy and stability of the 3-D CRT in patients with hepatocellular carcinoma.
Purpose : The goal of this study 닌as to improve the accuracy of three-dimensional conformal radiotherapy (3-D CRT) by measuring the treatment setup error and physiological movement of liver based on the analysis of images which were obtained by electronic portal imaging device (EPID). Materials and Methods : For 10 patients with hepatocellular carcinoma, 4-7 portal images were obtained by using EPID during the radiotherapy from each patient daiiy. We analyzed the setup error and physiological movement of liver based on the verification data. We also determined the safety margin of the tumor in 3-D CRT through the analysis of physiological movement. Results : The setup errors were measured as 3mm with standard deviation 1.70 mm in x direction and 3.7 mm with standard deviation 1.88 mm in y direction respectively. Hence, deviation were smaller than 5mm from the center of each axis. The measured range of liver movement due to the physiological motion was 8.63 mm on the average. Considering the motion of liver and setup error, the safety margin of tumor was at least 15 mm. Conclusion : EPID is a very useful device for the determination of the optimal margin of the tumor, and thus enhance the accuracy and stability of the 3-D CRT in patients with hepatocellular carcinoma.
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문제 정의
따라서 본 연구의 목적은 EPI2를 이용하여 간암 환자에서 얻은 검증영상(verificatkm pwtal image)을 분석하여 매번 치료 시 발생하는 자세 오차와 호흡에 의한 간의 움직임을 객관적으로 파악하여 3차원 입체조형치료계획시 적절한 경계 여유를 제시하고, 방사선 치료의 정도관리 측면에서의 유용성을 알아보고자 함이다.
6 mm의 차이가 발생하였다 (Table 3). 각기 다른 날에 얻은 검증영상의 간의 상하 움직임을 비교하고자 하였다. 그렇게 하기 위해서 매번 치료 시발 생하는 setup 오차를 일정한 날 얻은 검증영상에서 보정하여 주어야만 동일 얻은 검증영상과 같은 조건에서 간의 움직임을 평가할 수 있다고 생각하였다.
자세 이동에 의한 오차를 systemic 오차와 random 오차로 분석하여 오차 발생에 주된 원인을 밝혀내어 오차를 줄일 수 있는 방안을 제시하지 못했지만 앞으로 정밀한 치료를 위해서는 계속적인 관찰과 연구를 해야 할 것이다. 본 연구의 목적은 치료 중 발생하는 오차를 분석하였다기 보다는 일차적으로 검증 영상의 획득방법으로 EPID의 유용성을 알아보고자 하였기 때문에 모의치료와 실제치료사이에 발생할 수 있는 장비에 의한 오차는 장비의 질 관리에 의해 해결해야 할 부분이기 때문에 본 연구에서는 분석하지 않았다.
가설 설정
도식화한 해부학적 구조물들을 검증 영상에 겹치게 하여 자세 오차를 정량적으로 산출하였다. 방사선치료 중 환자의 움직임에 의한 오차는 없는 것으로 가정하고 매 치료 시 얻은 검증영상 중에서 첫 번째 검증 영상만을 골라 10개의 검증영상을 분석하였다. 모의치료사진의 척추뼈를 기준으로 하였는데, 호흡에 의해 움직임이 없는 척추의 위치를 이용하여 X축과 y축으로의 이동거리를 계산하였다.
제안 방법
검증영상을 모의치료사진과 비교하여 자세 오차를 구하였으며, 방사선조사 중 획득한 검증 영상들 중에서 종양의 해부학적 위치를 도식화하여 비교하고 호흡에 의한 종양 이동 거리를 측정하였다. 자세 이동에 의한 오차와 호흡에 의한 종양 이동 거리를 고려한 적정 경계를 확립하고자 하였는데, 이러한 일련의 과정은 다음과 같다.
매 치료 시 조사시간(Monitor Unit)이 허용 하는 범위에서 최대한의 검증영상을 구하였다. 환자에 따라 4회에서 7회의 검증영상을 얻을 수 있었고 2일간에 걸쳐서 증례당 펴균 55회의 검증영상을 얻을 수 있었다.
검증영상의 평가를 위하여 모의치료사진을 EPID 시스템에 입력한 후 모의치료사진의 스케일에 따라 검증영상의 확대 비율을 조정하여 일치시켰다. EPID 시스템에서 모의치료 사진과 검증영상을 불러내어 횡격막과 우측 늑골을 확인한 후 횡격막과 우측 늑골각(costal angle)을 도식화하였으며 조사 면에 포함되는 척추 및 척추 뼈의 번호를 확인하였다.
조정하여 일치시켰다. EPID 시스템에서 모의치료 사진과 검증영상을 불러내어 횡격막과 우측 늑골을 확인한 후 횡격막과 우측 늑골각(costal angle)을 도식화하였으며 조사 면에 포함되는 척추 및 척추 뼈의 번호를 확인하였다. 이를 토대로 모의치료사진에서 .
이를 토대로 모의치료사진에서 .도식화한 해부학적 구조물들을 검증 영상에 겹치게 하여 자세 오차를 정량적으로 산출하였다. 방사선치료 중 환자의 움직임에 의한 오차는 없는 것으로 가정하고 매 치료 시 얻은 검증영상 중에서 첫 번째 검증 영상만을 골라 10개의 검증영상을 분석하였다.
방사선치료 중 환자의 움직임에 의한 오차는 없는 것으로 가정하고 매 치료 시 얻은 검증영상 중에서 첫 번째 검증 영상만을 골라 10개의 검증영상을 분석하였다. 모의치료사진의 척추뼈를 기준으로 하였는데, 호흡에 의해 움직임이 없는 척추의 위치를 이용하여 X축과 y축으로의 이동거리를 계산하였다. 자세 오차는 X축과 y축에서 각각 분석하였고 환자를 중심으로 좌측을 (+)로 우측을 (-)로 정의하였으며 머리쪽을 (+)로 족부쪽을 (-)로 정의하였다.
간의 호흡에 의한 상하 움직임은 같은 날 얻은 검증영상에서 서로 비교하여 횡격막이 최하로 내려간 검증영상과 최상으로 올라간 검증영상에서 횡격막 위치의 차로 정의하였다. 검증영상이 간의 상하 움직임이 최고점이 되는 곳에서 시행되었는 지 확인하기 위하여 모의치료 계획 시 모니터로 호흡에 따른 간의 움직임을 측정하였다.
호흡에 의해 움직임이 없는 척추의 위치를 모의치료사진 과 검증영상에서 비교하여 X축과 y축으로의 오차를 계산하였다. 최대 자세 오차의 범위는 —7 nun에서 +7 mm이었지 만 대부분의 자세 오차는 각 축의 방향으로 5 mm 이내임을 알 수 있었다(Fig.
대상 데이터
1998년 6월부터 1999년 2월까지 연세암센터 방사선종양학과에서 간암으로 진단을 받고 방사선치료를 시행한 10명의 환자를 대상으로 하였다. 연구대상은 EPID (Portal Vision, Matrix ion chamber type, Vaiian)가 장착된 선형가속기 (Clinac 21OO0D)에서 10회 이상 분할 방사선치료를 받고, 치료계획에서 전후면조사(anterior-posterior port)가 포함되며, 전후면 조사면(anterior-posterior radiatioi field)에서 setup 오차를 측정하기 위해서 척추의 번호를 용이하게 확인할 수 있고, 간의 호흡에 의한 상하 운동범위를 확인하기 위해서 횡격막이 조사영역에 포함된 환자들을 대상으로 하였다(Fig.
대상으로 하였다. 연구대상은 EPID (Portal Vision, Matrix ion chamber type, Vaiian)가 장착된 선형가속기 (Clinac 21OO0D)에서 10회 이상 분할 방사선치료를 받고, 치료계획에서 전후면조사(anterior-posterior port)가 포함되며, 전후면 조사면(anterior-posterior radiatioi field)에서 setup 오차를 측정하기 위해서 척추의 번호를 용이하게 확인할 수 있고, 간의 호흡에 의한 상하 운동범위를 확인하기 위해서 횡격막이 조사영역에 포함된 환자들을 대상으로 하였다(Fig. 1).
모의치료계획시나 실제 방사선치료시 호흡은 평상시 호흡하듯이 얕은 호흡을 하게 하였다 검증 영상은 전면조사에서 획득하였다. 매 치료 시 조사시간(Monitor Unit)이 허용 하는 범위에서 최대한의 검증영상을 구하였다.
성능/효과
매 치료 시 조사시간(Monitor Unit)이 허용 하는 범위에서 최대한의 검증영상을 구하였다. 환자에 따라 4회에서 7회의 검증영상을 얻을 수 있었고 2일간에 걸쳐서 증례당 펴균 55회의 검증영상을 얻을 수 있었다. 단 검증 영상을 얻는 기간 중 자세 오차의 교정은 시행하지 않았고 치료 과정의 실수에 의한 심각한 자세 오차의 교정이 필요한 경우는 연구 대상에서 제외하였다.
호흡에 의해 움직임이 없는 척추의 위치를 모의치료사진 과 검증영상에서 비교하여 X축과 y축으로의 오차를 계산하였다. 최대 자세 오차의 범위는 —7 nun에서 +7 mm이었지 만 대부분의 자세 오차는 각 축의 방향으로 5 mm 이내임을 알 수 있었다(Fig. 2). X축으로 5 mm 보다 큰 경우는 100번 의 측정 중 15번이었고, y 축으로는 16번이었다.
88 mm 였다fTable 1). 결과에 의해 방사선치료 범위를 결정하기 위해서 경계 범위를 정하는객관적인 자료를 얻을 수 있었는데 systemic 오차와 random 오차로 분석하지는 않은 상태에서 자세 오차에 의한 자세 이동은 5.0 mm 이내로 발생한다고 예측할 수 있었다.
본 연구에서는 검증영상을 얻는 중에 자세이동에 의한 오차를 교정 하지 않았기 때문에 실제 치료시에는 측정된 결과보다 작은 오차범위를 보일 것으로 생각되었다. 자세 이동에 의한 오차를 systemic 오차와 random 오차로 분석하여 오차 발생에 주된 원인을 밝혀내어 오차를 줄일 수 있는 방안을 제시하지 못했지만 앞으로 정밀한 치료를 위해서는 계속적인 관찰과 연구를 해야 할 것이다.
후속연구
''2)따라서 계획된 방사선량이 정확하게 조사되는지 여부를 확인하는 것은 매우 중요하다. 검증 영상의 획득은 조사면이 종양을 충분히 포함하는지를 확인할 수 있는 좋은 방법중의 하나이며 검증영상의 확보는 앞으로 발생할 수 있는 의료분쟁에서 중요한 법적 증거로도 활용될 수 있음으로 방사선치료의 근거로 보관해야 할 것이다.
차원으로 재구성하여 경계여유(safety margin)의 최소화를 필요로 하기 때문에 자세 오차를 최소화하고 검증영상을 통해 치료의 정확도를 정량적으로 분석할 수 있어야 한다6M). 3차원 입체 조형 치료는 매우 우수한 치료법임에는 틀림 없지만 그 과정 자체가 매우 복잡하므로 계획된 치료가 오차 없이 실행될 가능성이 기존의 치료방법에 비해 상대적으로 낮을 것으로 기다 되는데, 이와 같은 치료의 불확실성은 종양제어 실패 나방 사선 치료에 의한 합병증 발생에 지대한 영향을 미치게 되므로 정도관리 (quality assurance) 측면에서 3차원 입체 조형 치료의 안정성을 최대한 유지하기 위하여 EPI2를 이용한 기초모델 연구가 필요하다고 하겠다.
모의치료사진과의 비교를 통해 수치적으로 객관적 인비교도 가능하다는 장점을 가지고 있으며 이를 이용하여 자세 오차나 종양의 움직임을 측정한 결과도 보고되고 있다.3-7, 11, 13, 14, 25)epid를 이용해 얻은 검증영상(verification portal image)을 분석하여 부정확한 자세고정에 의한 오차와 종양의 움직임 정도를 객관적으로 수치화 함으로써 방사선치료의 정확도를 높여 3차원 입체조형치료의 정도관리에 필요한 기초자료를 제공하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
자세 이동에 의한 오차를 systemic 오차와 random 오차로 분석하여 오차 발생에 주된 원인을 밝혀내어 오차를 줄일 수 있는 방안을 제시하지 못했지만 앞으로 정밀한 치료를 위해서는 계속적인 관찰과 연구를 해야 할 것이다. 본 연구의 목적은 치료 중 발생하는 오차를 분석하였다기 보다는 일차적으로 검증 영상의 획득방법으로 EPID의 유용성을 알아보고자 하였기 때문에 모의치료와 실제치료사이에 발생할 수 있는 장비에 의한 오차는 장비의 질 관리에 의해 해결해야 할 부분이기 때문에 본 연구에서는 분석하지 않았다.
한편 소프트웨어적으로 모의치료 사진과 좀더 빠른 시간 내에 자동화 프로그램에 의해 겹쳐져서 setup 오차를 파악하여 교정한다면 다른 각도에서의 방사선 조사도 정확해지는 장점을 가질 수 있을 것이다. 흉부 및 복부 방사선치료 시환 자의 자세를 고정하는 기구를 사용하는 것이 setup 오차를 줄일 수 있는지에 대한 결과는 논란이 있지만 대체적으로부정적인 시각이 우세하다.
모의치료계획에서 확인된 간의 상하 운동 범위와 비교하여 EPID를 이용한 검증영상의 상하 움직임이 작게 측정되었는데 그 이유는 간이 실제 움직이는 범위 중 정확하게 상하 정점에서 영상을 얻을 수 없었기 때문으로 생각된다. 따라서 실시간 동영상이 가능한 EPID의 개발이 필요하다 할 수 있겠다 만약 실시간 동영상이 가능한 EPID가개발된다면 환자의 호흡정도를 검증영상으로 파악하여 상하 경계 여유보다 작게 줄일 수 있을 것이다.
이와 같이 EPID에 대한 지속적인 연구를 통하여 간암의 3 차원 입체조형치료계획에서 자세 오차와 종양의 움직임에 대한 객관적 수치를 측정하여 치료의 정확도를 높일 수 있을 것으로 기대되며, 고가의 장비인 EPID의 성능 및 구성에 대한 지식을 축적시켜 향후 국내에서도 자체 생산할 수 있는 기술적 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 최근에 와서 그 중요성이 매우 강조되고 3차원 입체 조형 치료의 정도관리에도 크게 기여할 것으로 보인다.
기술적 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 최근에 와서 그 중요성이 매우 강조되고 3차원 입체 조형 치료의 정도관리에도 크게 기여할 것으로 보인다.
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