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문제 정의
- Simulateimage는 치료계획 과정에서 얻어진 intensity map을 예상되는 선량 분포 형태로 바꾼 것이므로 RTP에서 만들어 낸 intensity map과의 선량분포 형태가 같아야 된다. 따라서 얻어진 simulate image와 RTP에서 만든 intensity map을 정성적으로비교 분석하여 치료 정보의 전달 과정에서 오차가 발생하였는지의 여부를 확인하였다. 계획된 intensity map과 simulate image가 차이를 보이지 않는다면, 다음 단계로 MLC file을이용하여 실제 치료기계에서의 dry run 결과를 film, 혹은 BIS 710 (Wellhoefer, Germany) 영상 장치를 통해서 얻고, 이것을 다시 simulate image와 육안으로 비교하여서 선소 세기분포 패턴의 차이가 있는지를 정성적으로 확인하는 과정을거쳤다.
- 이에 저자들은 IWT를 받는 환자를 대상으로 하는 QA의내용 및 방법을 개발하고 이를 임상에 적용한 후 타당성 실용성이 검증된 IMRT 환자 QA 방법을 제시하고자 하였다.
제안 방법
- Intensity map을 실제 치료에적용하기 위해서 MLC를 구동하여 각각 leaf의 위치와 시간등 leaf 운동 프로그램을 제어할 수 있는 leaf sequence 정보가 필요하다. Helax system에서 생성된 leaf sequence는 본원이 보유한 120 leaf MLC (MHlermium MLC, Varian, USA) 제어 컴퓨터에서 직접 읽지 못하므로 Helax의 leaf sequence를 Varian MLC 제어 file로 변환하는 프로그램(HelaeVarian File Converter)을 제작하였다. Helax는 step and shoot 방식의 IMRT민; 지원하므로 Helax-Varian File Converter 역시 step and shoot 방식으로 MLC가 구동되도록 알고리듬을 만들어 사용하였다.
- IMRT 치료 환자의 QA 항목을 치료 QA에 관한 미국 의학물리학회(AAPM)의 권고25)와 IWT의 특성을 감안하여 총 3 단계 16항목으로 QA progmm을 만들어 환자에 대해 적용하였고 적용 결과를 바탕으로 이 항목들의 타당성 및 실용성을 검토하였다. 치료기의 인수 검사 및 치료계획 장치의 성능 검사는 치료 개시 이전에 이루어지는 것이며, 개개의 환자에 대해 반복하는 것이 아니므로 이 연구에서는 제외하였다.
- 따라서 얻어진 simulate image와 RTP에서 만든 intensity map을 정성적으로비교 분석하여 치료 정보의 전달 과정에서 오차가 발생하였는지의 여부를 확인하였다. 계획된 intensity map과 simulate image가 차이를 보이지 않는다면, 다음 단계로 MLC file을이용하여 실제 치료기계에서의 dry run 결과를 film, 혹은 BIS 710 (Wellhoefer, Germany) 영상 장치를 통해서 얻고, 이것을 다시 simulate image와 육안으로 비교하여서 선소 세기분포 패턴의 차이가 있는지를 정성적으로 확인하는 과정을거쳤다. 최종적인 R1P 결과를 확인하기 위하여 치료와 동일한 MLC leaf sequence와 monitor unit 조건으로 물 팬톰에 대한 선량 계산을 실시하고 물 팬톰을 사용하여 치료 조건과 동일한 조건으로 측정을 시행하였다.
- 두 경우에 대해서선량분포가 완만한 지점에 대한 점선량을 재계산하고 그 지점에 대한 측정을 실시하여 허용값인 3% 이내를 얻을 수 있었다. 따라서 isocenter 측정점에서 급격한 선량 변화가 있으므로 측정상의 오차가 생길 수 있는 가능성이 큰 것으로 판단하여 보정 없이 치료를 진행하였다.
- 이를 위해 필요에 따라 고정용 실린더를 사용하거나, 표지자를 이용하여 매일 치료 위치의 정확성 여부를 확인하는 방법을 사용하였다. 또 localization image를 매일 확인하여 그 오차가 2 mm 이상일 경우에는 치료 전에 다시 set-up을 시행하여 오차를 최소화하였다.
- 최종적인 R1P 결과를 확인하기 위하여 치료와 동일한 MLC leaf sequence와 monitor unit 조건으로 물 팬톰에 대한 선량 계산을 실시하고 물 팬톰을 사용하여 치료 조건과 동일한 조건으로 측정을 시행하였다. 물 팬톰에서 isocenter의 선량을 측정 비교하여 측정량과 계산값의 차이가 3% 이내이면 치료를 진행하고 3~5%인 경우에는 재측정, 혹은 원인을 찾아서 필요에 따라 보정하도록 하였고, 5% 이상의 차이를 보이면 재측정 및 원인 보정을 하도록 하였다.
- Varian MLC는 leaf의 끝이 둥근 형태를 띄고 있으며, 따라서 두개의 leaf가 만난 지점에 double focusing MLC와 달리 상당량의 선량 누출이 생기게 된다끄 즉, 치료가 이미 끝난 leaf의경우 leaf의 위치를 조사면 중앙에 오도록 leaf seqence를 설계하면, 방사선이 둥근 모양의 leaf end를 따라 새어 나오는현상 때문에 생긴 불필요한 과 선량 부위가 발생한 것이다. 이 문제를 없애기 위해서는, 본원에서 개발한 MLC converter 소프트웨어에서 RTP system에서 만든 leaf sequence를 변형하여 방사선 조사가 끝난 leaf는 leaf en(가 조사면 바깥으로 빠지도록 하였다. 이후에는 이런 선량분포를 보이지 않게 되었다(Fig.
- 치료기의 인수 검사 및 치료계획 장치의 성능 검사는 치료 개시 이전에 이루어지는 것이며, 개개의 환자에 대해 반복하는 것이 아니므로 이 연구에서는 제외하였다. 이 항목들은 치료의 전과정을 따라가며 각 과정마다 점검할 사항을 기술하므로 QA와 관계없이 치료 과정 check list로 활용하였다. 3단계 QA 항목은 전산화치료계획시스템(Radiation Treatment Planning System; RTP) QA, 치료 정보의전달 QA, 그리고 치료 전달 과정 QA 등으로 구성되어 있으며 전체적인 모식도와 IMRT 환자 QA 항목은 Fig.
- 치료계획 제약조건(constraint) 설정과 치료계획의 결과의 타당성과 합리성을 확인하고 단면 영상(axial image)에서의 선량분포 및 선량체적히스토그람(dose-volume histogram; DVH) 등을 얻는다.이러한 모든 치료계획의 결과를 바탕으로 최종적으로 치료계획 결과에 대한 재검토를 실시하여 치료계획 선택 여부를 결정하고 동시에 환자 치료와 동일한 조건아래 팬톰 치료계획을 실시하여 치료계획 확인 측정에 대한 준비도 시행한다. 이러한 전산화치료계획시스템 QA는 IMRT에서만 볼 수 있는 특이한 과정이라기보다는 치료계획 제약조건과 팬톰 치료계획을 제외하면, 일반적인 기존의 3차원 입체조형치료계획 QA와 큰 차이가 없다.
- IMRT는 앞에서 확인한 것처럼, 선소에 따라 선량 분포 차이가 있으므로무엇보다 정확한 환자의 set-up이 중요하다. 이를 위해 필요에 따라 고정용 실린더를 사용하거나, 표지자를 이용하여 매일 치료 위치의 정확성 여부를 확인하는 방법을 사용하였다. 또 localization image를 매일 확인하여 그 오차가 2 mm 이상일 경우에는 치료 전에 다시 set-up을 시행하여 오차를 최소화하였다.
- 5 cm 크기를 사용한다. 조사면 선량 분포를 최적화하기 위하여 치료 부위와정상 조직을 설정하고, 각 장기별로 처방 선량과 최대 허용선량을 지정하여 표적 부위에는 최대한의 선량을 균일하게집중하고,정상 조직은 선량 허용 범위 내에서 최소한의 선량이 조사되도록 최적화 치료 계획을 역계산(inverse calculation) 방식으로 수행한다. 이런 목표를 수행하기 위하여, 고안된 IMRT 방법으로는 치료 도중 gantry의 움직임 여부에 따라 분류할 때 gantry가 움직이는 Arc 방식의 IMRT로서 Tomotherapy, 14) IMAT (Intensity Modulated Arc Therapy)15* 등이있으며, gantry가 움직이지 않는 static gantry IMRT 방식이 있다.
- 4%의 .차이를 보였고 또 다른 한 예에서는 -6%의 차이를 보여두 경우 모두 반복 측정을 시행하였고 차이를 보이는 2예를 QA program 지침에 따라 재검토하였다. 치료계획과 다른 모든 전달 과정에서의 문제는 찾을 수 없었다.
- image와의 비교를 첫번째 치료 시 시행하였다. 처음 치료에서 MLC file sequence와 실제 전달되는 MLC 움직임을육안으로 치료계획자가 확인하도록 하였으며, 그 이후부터는치료 방사선사가 매번 치료마다 확인하도록 하여 치료 시에있을 수 있는 문제에 대비하도록 하였다.
- 계획된 intensity map과 simulate image가 차이를 보이지 않는다면, 다음 단계로 MLC file을이용하여 실제 치료기계에서의 dry run 결과를 film, 혹은 BIS 710 (Wellhoefer, Germany) 영상 장치를 통해서 얻고, 이것을 다시 simulate image와 육안으로 비교하여서 선소 세기분포 패턴의 차이가 있는지를 정성적으로 확인하는 과정을거쳤다. 최종적인 R1P 결과를 확인하기 위하여 치료와 동일한 MLC leaf sequence와 monitor unit 조건으로 물 팬톰에 대한 선량 계산을 실시하고 물 팬톰을 사용하여 치료 조건과 동일한 조건으로 측정을 시행하였다. 물 팬톰에서 isocenter의 선량을 측정 비교하여 측정량과 계산값의 차이가 3% 이내이면 치료를 진행하고 3~5%인 경우에는 재측정, 혹은 원인을 찾아서 필요에 따라 보정하도록 하였고, 5% 이상의 차이를 보이면 재측정 및 원인 보정을 하도록 하였다.
- 치료 시 MLC leaf sequence 변화에 따르는 선량 분포를 최종 확인하기 위해 verification film과 simulate image 혹은 dry run image와의 비교를 첫번째 치료 시 시행하였다. 처음 치료에서 MLC file sequence와 실제 전달되는 MLC 움직임을육안으로 치료계획자가 확인하도록 하였으며, 그 이후부터는치료 방사선사가 매번 치료마다 확인하도록 하여 치료 시에있을 수 있는 문제에 대비하도록 하였다.
- 치료계획 전에 표적 및 정상 조직 설정의 타당성을 검토하고 치료 계획으로 들어간다. 치료계획 제약조건(constraint) 설정과 치료계획의 결과의 타당성과 합리성을 확인하고 단면 영상(axial image)에서의 선량분포 및 선량체적히스토그람(dose-volume histogram; DVH) 등을 얻는다.이러한 모든 치료계획의 결과를 바탕으로 최종적으로 치료계획 결과에 대한 재검토를 실시하여 치료계획 선택 여부를 결정하고 동시에 환자 치료와 동일한 조건아래 팬톰 치료계획을 실시하여 치료계획 확인 측정에 대한 준비도 시행한다.
- 치료계획과 관계된 QA로 첫번째 과정은 전산화 단층촬영을 이용한 모의 치료기(AcQSim, Marconi, USA)를 통하여 CT영상을 얻은 뒤, 각각의 단면에 정상 장기 및 치료계획용적을 표시한 후 이것을 역뱡향 치료계획과 IMRT 치료 계획이 가능한 Helax 치료 계획 시스템(MDS_NoMion, Canada)으로전환한 후 시작한다. 치료계획 전에 표적 및 정상 조직 설정의 타당성을 검토하고 치료 계획으로 들어간다.
- 환자의 이름, 차트번호 조사면의 넓이, gantry 각도 콜리메이터 정보, MLC pattern, 조사량(MU값) 등의 환자 치료에이용되는 각종 정보들을 Record and Verify system (Varis 6.0, Varian, USA)에 입력하여 입력된 정보대로 치료를 진행하였다.
대상 데이터
- 2001년 2월부터 2001년 7월까지 IMRT를 시행 받은 총 9 명의 환자를 대상으로 본 연구를 시행하였다. 한 환자에서 두 번 이상 치료계획을 시행한 경우가 있었으므로 실제로 분석에 적용된 치료계획의 수는 12예였다.
- 환자를 대상으로 본 연구를 시행하였다. 한 환자에서 두 번 이상 치료계획을 시행한 경우가 있었으므로 실제로 분석에 적용된 치료계획의 수는 12예였다. 각각을 치료 부위별로 나누어 보았을 때, 두경부 종양이 전체 치료 계획 중 6 예를 차지하였고 자궁경부종양과 전립선 종양 등 골반 내에 분포하는 종양이 5예, 식도 종양이 1예였다.
성능/효과
- Set-up 및 MLC leaf sequence에서는 이상을 발견할 수 없었다. 1예에서 leaf sequence/} 치료 계획과 차이가 나는 것을 발견하여 즉시 치료를 중단하였고, 재검토를 시행한 결과 환자 정보의 입력과정에서 오차가 생긴 것을 발견할 수 있었다. 이를 재입력하고 다시 치료를 시행하였고 이후에는 특별한 문제가 발생하지 않았다.
- 표에서 보이는 처음 leaf sequence의 오류는 본원에서 R&V system을 사용하지 않고 수동으로 입력하여 생긴 오류이며, 이후에 다시 발생하지 않았지만, 이항목을 계속 유지하여야할 필요성을 보여주고 있다. 2 예에서 보이는 3% 이상의 선량율 차이는 IMRT 치료 시스템의 문제라기보다는 개별 환자의 특성에서 기인한 것으로 생각할 수 있다. 즉 선량 분포의 변화가 급격한 경우에 해당하는 것이다.
- 한 환자에서 두 번 이상 치료계획을 시행한 경우가 있었으므로 실제로 분석에 적용된 치료계획의 수는 12예였다. 각각을 치료 부위별로 나누어 보았을 때, 두경부 종양이 전체 치료 계획 중 6 예를 차지하였고 자궁경부종양과 전립선 종양 등 골반 내에 분포하는 종양이 5예, 식도 종양이 1예였다. 각 환자별 치료계획의 특성을 Table 2에 제시하였다.
- 치료계획과 다른 모든 전달 과정에서의 문제는 찾을 수 없었다. 그러나 두 경우모두 다른 예와는 달리 측정점인 isocenter의 주변 선량 분포가 급격히 변화하는 것을 알 수 있었다. 두 경우에 대해서선량분포가 완만한 지점에 대한 점선량을 재계산하고 그 지점에 대한 측정을 실시하여 허용값인 3% 이내를 얻을 수 있었다.
- 그러나 두 경우모두 다른 예와는 달리 측정점인 isocenter의 주변 선량 분포가 급격히 변화하는 것을 알 수 있었다. 두 경우에 대해서선량분포가 완만한 지점에 대한 점선량을 재계산하고 그 지점에 대한 측정을 실시하여 허용값인 3% 이내를 얻을 수 있었다. 따라서 isocenter 측정점에서 급격한 선량 변화가 있으므로 측정상의 오차가 생길 수 있는 가능성이 큰 것으로 판단하여 보정 없이 치료를 진행하였다.
- 그러나 IMRT가 신기술이고, 또 선소의 변화에 따라 선량 분포를 재단할 수 있는, 유용하지만 잘 관리되지 않을 때는 오히려 위험할 수도 있는 치료법이라는 점을 감안할 때, 단 1예에 대한 실험만으로 계속 사용하기에는 현재의 기술 수준을 신뢰하기에는 무리가 따른다. 본 연구에서 12예에 대한 QA program 시행 결과, 선량 분포 및 선량율은 설명이 가능한 예외적인 경우를 제외하고는 예상 값과 측정값이 허용 오차 범위 3%를 벗어나지 않았다. 따라서 앞으로 모든 환자에 대해 측정을 반복하는 것보다는 현재 12 예 이후의 10여 예에 대해서는 한 예 걸러 한번씩 측정을 실시하고, 다시 그 후에는 통상적인 치료 계획과 같이 샘플링 개념의 측정을 실시할 계획이다.
- 26) IMRT data commissioning 및 확인 과정은 이 논문의 범위를 벗어나므로 논의에서 제외하였고, 이미 조병철 등24)이 2001년에 이에 관한 상세한 보고를 한 바 있다. 이 보고와 같은 방법으로 RTP에서 사용할 수 있도록 beam data commissioning을 정상적으로 마쳐서 RTP가 생성하는 결과의 정확도 및 정밀성이 확인된 경우, 환자에 관한 IMRT 최적화 및 선량 계산 확인은 최초 1회만으로도 충분하다. 그러나 IMRT가 신기술이고, 또 선소의 변화에 따라 선량 분포를 재단할 수 있는, 유용하지만 잘 관리되지 않을 때는 오히려 위험할 수도 있는 치료법이라는 점을 감안할 때, 단 1예에 대한 실험만으로 계속 사용하기에는 현재의 기술 수준을 신뢰하기에는 무리가 따른다.
후속연구
- Film dosimetry 자체가 갖고 있는 선량 비선형성 문제를 극복하고 RTP와 dosimetry의 registration 방법에 대한 연구가 선행되어야 할 필요가 있다. IMRT QA에서 dry run image와 simulate immge의 자동 비교방법 개발과 함께 추후 계속 연구가 진행될 필요가 있다고 사료된다.26) IMRT data commissioning 및 확인 과정은 이 논문의 범위를 벗어나므로 논의에서 제외하였고, 이미 조병철 등24)이 2001년에 이에 관한 상세한 보고를 한 바 있다.
- 결론적으로 본원에서 시행한 세기 변조방사선치료 환자의 QA는 적절하였으며 앞으로 더욱 많은 임상 적용을 통해서 QA 항목의 조정과 고찰이 필요할 것으로 보인다.
- 본 연구에서 12예에 대한 QA program 시행 결과, 선량 분포 및 선량율은 설명이 가능한 예외적인 경우를 제외하고는 예상 값과 측정값이 허용 오차 범위 3%를 벗어나지 않았다. 따라서 앞으로 모든 환자에 대해 측정을 반복하는 것보다는 현재 12 예 이후의 10여 예에 대해서는 한 예 걸러 한번씩 측정을 실시하고, 다시 그 후에는 통상적인 치료 계획과 같이 샘플링 개념의 측정을 실시할 계획이다. Dry run 역시 정규 시간 이외에 측정을 하여야 한다는 측면에서 같은 개념으로 접근할 수 있겠다.
- 차후 DICOM RT 지원이 이루어지더라도, 이 부분에 대한 관심은 유지할 필요가 있으며, 이는 Helax System 만의 문제가 아닌 다른 RTP system에서도 관심을 갖고 관찰할 필요가 있는 대목이다. 이 점이 이 항목의 정당성을 확인해 주는 대목이기도 하지만, 일정한 횟수 이상 확인을 거치면, 그 이후는 개별적 환자에 대한 QA 보다는 MLC의 QA를실시함으로써 대체할 수 있을 것으로 생각한다. Table 4는이런 논의를 바탕으로 하여 충분한 횟수의 환자에 대한 QA 경험이 있을 경우에 권고할 수 있는 QA program이다.
- 치료 전달 과정에 관한 4개의 QA 항목은 verification 영상을 dry run 영상과 비교하는 과정을 제외하고는 통상의 치료 QA와 동일하다. 이상에서 살펴 본 바와 같이 3단계 16항목의 QA progmle 통상의 입체조형치료 QA와 동일한 항목이고 IBRT를 위해 추가된 항목들도 모두 필수적으로 수행되어야 할 것임을 알 수 있다.
- 아직 IMRT 기술이 완벽하지 않아서 사정에 따라 각 병원에서 일부 변형을 시도하여야 하는 경우가 있으므로 이에 상응하는 QA에 대한 고려가 더 필요하다. 점차로 DICOM RT 포맷을 RTP 시스템에서 지원하는 방향으로 개발하는 추세이고, 치료용 R&V (Record and Verify) system 역시 DICOM RT 를 지원하는 추세이므로 궁극적으로는 치료계획 정보의 전송이 DICOM RT를 이용하게 되&라 예상하지만, 이 역시 엄밀한 QA 과정을 거쳐서 결과를 확인할 필요.가 있다.
- 8B). 차후 DICOM RT 지원이 이루어지더라도, 이 부분에 대한 관심은 유지할 필요가 있으며, 이는 Helax System 만의 문제가 아닌 다른 RTP system에서도 관심을 갖고 관찰할 필요가 있는 대목이다. 이 점이 이 항목의 정당성을 확인해 주는 대목이기도 하지만, 일정한 횟수 이상 확인을 거치면, 그 이후는 개별적 환자에 대한 QA 보다는 MLC의 QA를실시함으로써 대체할 수 있을 것으로 생각한다.
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