방사선 수술시 예상되는 치료효과를 위해 종양에 미리 정의된 방사선량이 조사되도록 수술을 계획한다. 이러한 수술계획시 다양한 모양의 종양에 대해 수술 계획을 수행하는 것은 많은 시간과 숙련된 수술계획자가 요구된다. 최근 들어, 뛰어난 컴퓨터 기술의 발달로 컴퓨터를 이용한 수술계획 방법들이 많이 연구 발표되고 있으나 현재 대부분의 수술계획은 주로 시행착오를 통한 방법으로 이루어진다. 본 연구에서는 방사선 수술계획시 고려되는 많은 빔관련 변수들을 고려하고 다양한 형태의 종양들을 원통형으로 가정한 후 이 종양모델을 50％ 등선량 곡선내에 포함시킬수 있는 변수들을 찾아 이들을 비교 분석하였다. 수많은 변수들 중 본 연구에서 고려한 변수는 콜리메이터 크기, isocenter의 개수와 isocenter 간의 거리이고 이때 얻어진 선량분포는 Dose VolumeHistogram(DVH)과 Dose Profile로 서로 비교하였다. 비교결과 우리가 가정한 50％ 등선량 곡선내에 종양모델을 포함시키기 위해서는 일정 개수 이상의 isocenter의 사용은 치료의 복잡성만을 증가시킬뿐 Dose Profile과 DVH에서의 변화는 눈에 뛰게 향상되지 않았다. 또한 같은 콜리메이터 크기로 같은 개수의 isoceter를 사용할 때 isocenter의 거리가 지름대비 1.0-1.2일 경우의 DVH와 Dose profile이 상대적으로 우수하게 나타났다.
방사선 수술시 예상되는 치료효과를 위해 종양에 미리 정의된 방사선량이 조사되도록 수술을 계획한다. 이러한 수술계획시 다양한 모양의 종양에 대해 수술 계획을 수행하는 것은 많은 시간과 숙련된 수술계획자가 요구된다. 최근 들어, 뛰어난 컴퓨터 기술의 발달로 컴퓨터를 이용한 수술계획 방법들이 많이 연구 발표되고 있으나 현재 대부분의 수술계획은 주로 시행착오를 통한 방법으로 이루어진다. 본 연구에서는 방사선 수술계획시 고려되는 많은 빔관련 변수들을 고려하고 다양한 형태의 종양들을 원통형으로 가정한 후 이 종양모델을 50％ 등선량 곡선내에 포함시킬수 있는 변수들을 찾아 이들을 비교 분석하였다. 수많은 변수들 중 본 연구에서 고려한 변수는 콜리메이터 크기, isocenter의 개수와 isocenter 간의 거리이고 이때 얻어진 선량분포는 Dose Volume Histogram(DVH)과 Dose Profile로 서로 비교하였다. 비교결과 우리가 가정한 50％ 등선량 곡선내에 종양모델을 포함시키기 위해서는 일정 개수 이상의 isocenter의 사용은 치료의 복잡성만을 증가시킬뿐 Dose Profile과 DVH에서의 변화는 눈에 뛰게 향상되지 않았다. 또한 같은 콜리메이터 크기로 같은 개수의 isoceter를 사용할 때 isocenter의 거리가 지름대비 1.0-1.2일 경우의 DVH와 Dose profile이 상대적으로 우수하게 나타났다.
The radiosurgery is planned that prescribed dose was irradiated to tumor for obtaining expected remedial value in stereotactic radiosurgery. The planning for many irregular tumor shape requires long computation time and skilled planners. Due to the rapid development in computer power recently, many ...
The radiosurgery is planned that prescribed dose was irradiated to tumor for obtaining expected remedial value in stereotactic radiosurgery. The planning for many irregular tumor shape requires long computation time and skilled planners. Due to the rapid development in computer power recently, many optimization methods using computer has been proposed, although the practical method is still trial and error type of plan. In this study, many beam variables were considered and many tumor shapes were assumed cylinderical ideal models. Then, beam variables that covered the target within 50％ isodose curve were searched, the result was compared and analysed. The beam variables considered were isocenter separation distance, number of isocenters and collimator size. Dose distributions obtained with these variables were analysed by dose volume histogram(DVH) and dose profile at orthogonal plane. According to the results compared, the use of more isocenters than specified isocenter dosen't improve DVH and dose profile but only increases complexity of plan. The best result of DVH and dose profile are obtainedwhen isocenter separation was 1.0-1.2 in using same number of isocenter.
The radiosurgery is planned that prescribed dose was irradiated to tumor for obtaining expected remedial value in stereotactic radiosurgery. The planning for many irregular tumor shape requires long computation time and skilled planners. Due to the rapid development in computer power recently, many optimization methods using computer has been proposed, although the practical method is still trial and error type of plan. In this study, many beam variables were considered and many tumor shapes were assumed cylinderical ideal models. Then, beam variables that covered the target within 50％ isodose curve were searched, the result was compared and analysed. The beam variables considered were isocenter separation distance, number of isocenters and collimator size. Dose distributions obtained with these variables were analysed by dose volume histogram(DVH) and dose profile at orthogonal plane. According to the results compared, the use of more isocenters than specified isocenter dosen't improve DVH and dose profile but only increases complexity of plan. The best result of DVH and dose profile are obtainedwhen isocenter separation was 1.0-1.2 in using same number of isocenter.
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문제 정의
본 연구는 실제 환자의 영상자료를 바탕으로 하지 않고 임의로 정의한 계산영역과 표적에 대해 수행되었다. 이처럼 정의된 표적이 50% 등선량 곡선에 포함되도록 isocenter 간의 거리와 개수, 콜리메이터 크기를 변화시켜가면서 이에 따른 치료효과를 비교 연구하고자 하였다.
본 연구에서는 세 가지 표적모델에 대해 표적을 50% 등선량 곡선내에 포함시키기 위하여 세 가지 빔관련 변수들을 변화시켜가며 결과를 얻었다. 이상의 결과들에서 D:H=1:3, 1:5인 모델의 경우 콜리메이터 크기를 증가시키면 선량분포에 별다른 변화를 주지 않고 많은 수의 isocenter를 사용하는 것과 비슷한 dose profile을 얻을 수 있었으나, 높이가 지름에 근접하면(D:H=1:2) 콜리메이터 크기가 증가할 경우 dose profile의 차이가 증가하는 것을 확인할 수 있다(Table 4).
그러나 이러한 최적화 기법들은 너무 많은 변수들을 고려하기 때문에 많은 계산시간을 필요로 한다. 본 연구에서는 최적화 기법에서의 고려 변수를 줄이고자 위의 변수들의 변화와 선량분포와의 변화를 비교연구해 보고자 한다.
이처럼 정의된 표적이 50% 등선량 곡선에 포함되도록 isocenter 간의 거리와 개수, 콜리메이터 크기를 변화시켜가면서 이에 따른 치료효과를 비교 연구하고자 하였다. 이를 위해 정의된 계산영역은 4X4X4 cm3의 정육면체이고 이를 1 mm간격으로 40x40x40개의 point로 나누어 각 point에서 선량계산을 수행하였다.
수술계획 시 수술계획자는 병변에 처방선량내의 방사선이 조사되면서 주위의 정상조직에는 가능한 적은 양의 방사선이 조사되도록 수술계획을 수립한다. 현재 감마나이프, 선형가속기, 대전입자빔 등이 정위적 방사선 수술을 하는데 사용되고 있으며, 본 연구에서는 선형가속기를 사용한 방사선 수술의 수술계획에 대해 고려하고자 한다.
제안 방법
선량계산 프로그램은 표적 모텔의 높이와 지름을 입력받아 표적모델을 생성한 후, isocenter 의 개수, 각 isocenter의 x, y, z 좌표' 콜리메이터 크기를 입력받아 계산영역의 각 point에서의 선량을 계산한다. 계산 결과는 최대 값을 100으로 놓고 이에 대해 정량화(normalization) 하여 출력하도록 하였다.
위의 선량계산식을 바탕으로 C언어를 이용해 선량 계산프로그램을 작성하였다. 선량계산 프로그램은 표적 모텔의 높이와 지름을 입력받아 표적모델을 생성한 후, isocenter 의 개수, 각 isocenter의 x, y, z 좌표' 콜리메이터 크기를 입력받아 계산영역의 각 point에서의 선량을 계산한다.
본연구에서는 이러한 변수들 중에서 콜리메이터 크기, is。- center의 개수, isocenter 간의 거리, 세 가지만을 고려하였다(Table 2). 이 세가지 변수들을 변경시켜 가면서 이때의 선량 분포를 DVH”)와 Dose Profile을 통해 비교분석 하였다. 콜리메이터 크기는 표적의 지름(D)과의 비 (ratio)로서 L0, L5의 두 가지를 사용하였으며, isocenter 의 개수는 최소 2개에서 최대 7개까지 종양모델의 크기에 따라 다르게 하여 사용하였다.
이처럼 정의된 표적이 50% 등선량 곡선에 포함되도록 isocenter 간의 거리와 개수, 콜리메이터 크기를 변화시켜가면서 이에 따른 치료효과를 비교 연구하고자 하였다. 이를 위해 정의된 계산영역은 4X4X4 cm3의 정육면체이고 이를 1 mm간격으로 40x40x40개의 point로 나누어 각 point에서 선량계산을 수행하였다. 표적은 원통형의 표적을 선택하였으며 원통의 지름(D)과 높이 (H)의 비를 1:2, 1:3, 1:5로 다르게 하여 총 3종류의 모델에 대해 연구를 수행하였다 (Fig.
를 중심으로 구형으로 이루어진다 L 2)이러한 성질을 이용하여, 선형가속기를 이용한 정위적 방사선 수술에서의 수술계획은 표적의 대략적인 3차원적 모양을 바탕으로 하여 isocenter의 수를 결정한 훅 각 isocenter의 위치와 콜리메이터의 크기, isocenter에 대한 호(arc)의 위치를 결정한다. 이후 선량계산을 통해, 등선량 곡선이 표적과 일치하는지를 확인한다. 이 과정에서 만족스럽지 못한 등 선량 곡선이 얻어질 경우 위의 과정을 반복하여 최종적인 수술계획을 수립한다*
이를 위해 정의된 계산영역은 4X4X4 cm3의 정육면체이고 이를 1 mm간격으로 40x40x40개의 point로 나누어 각 point에서 선량계산을 수행하였다. 표적은 원통형의 표적을 선택하였으며 원통의 지름(D)과 높이 (H)의 비를 1:2, 1:3, 1:5로 다르게 하여 총 3종류의 모델에 대해 연구를 수행하였다 (Fig. 1).
대상 데이터
본 연구에서 사용한 선량계산식은 Single isocentric dose model을 5개의 상수를 사용해 곡선회귀 시킨 Spherical Dose Model®이다. SAD에서의 콜리메이터의크기가 C일 경우 isocenter에서 C/2이내의 거리에 위치 한곳에서의 선량은
이 세가지 변수들을 변경시켜 가면서 이때의 선량 분포를 DVH”)와 Dose Profile을 통해 비교분석 하였다. 콜리메이터 크기는 표적의 지름(D)과의 비 (ratio)로서 L0, L5의 두 가지를 사용하였으며, isocenter 의 개수는 최소 2개에서 최대 7개까지 종양모델의 크기에 따라 다르게 하여 사용하였다. isocenter 간의 거리는 콜리메이터 크기(C)와의 비(ratio)로 0.
성능/효과
세 가지 표적모델(D:H=1:2, 1:3, 1:5) 각각에서의 연구 결과 중 목적으로 한 50% 이상의 등선량 곡선내에 표적을포함시키는 경우들이 많이 나타났다. Fig.
2 배만큼 균등하게 위치시켰을 경우의 결과임을 나타낸다. 이 그래프들 중 표적영역에서의 DVH를 살펴보면 iso- center의 개수가 적을지라도 50% 내에 표적을 포함시킬수 있음을 확인할 수 있다.
이상의 결과들에 대한 Dose Profile을 원점에서의 원통의 z축 방향(H), X축 방향(C), 원통의 윗면에서의 y축 방향(T)으로 도시하였다(Fig. 3-5).
변화시켜가며 결과를 얻었다. 이상의 결과들에서 D:H=1:3, 1:5인 모델의 경우 콜리메이터 크기를 증가시키면 선량분포에 별다른 변화를 주지 않고 많은 수의 isocenter를 사용하는 것과 비슷한 dose profile을 얻을 수 있었으나, 높이가 지름에 근접하면(D:H=1:2) 콜리메이터 크기가 증가할 경우 dose profile의 차이가 증가하는 것을 확인할 수 있다(Table 4). 종양의 비대칭성이 감소 (D/H가 1에 근접)할 경우 콜리메이터 크기를 증가시키기보다는 isocenter의 수를 증가시키는 것이 선량 균일성에 좋은 영향을 미칠 것이라 사료되어진다(Fig.
4의 거리를 두고 배치한 경우보다 상대적으로 우수한 DVH를보이고 있다. 콜리메이터 크기를 증가시켰을 경우에 대해서도 많은 수의 isocenter를 사용할 경우보다 콜리메이터를 증가시켜 사용되는 isocenter의 수를 줄이더라도 DVH 결과는 비슷하거나 오히려 뛰어남을 확인할 수 있다. 또한 적은 크기의 콜리메이터를 사용할 경우보다 사용되는 isocenter의 수를 줄이면서도 비슷한 결과를 보이고 있다.
후속연구
이를 통해 각기 다른 모양의 실제 종양을 우리가 구한 이상형 종양모델로 근사하고 이후 미리 수행된 연구 결과를 바탕으로 방사선수술시 빔관련 변수들을 설정함으로 수술계획시 계획의 초기값으로서 도움이 될 것이다.
이번 연구에서는 원통형 모델의 경우에 대해 수행되었으나 다른 모델들에 대해서도 후속연구가 필요하다고 보여진다. 이를 통해 각기 다른 모양의 실제 종양을 우리가 구한 이상형 종양모델로 근사하고 이후 미리 수행된 연구 결과를 바탕으로 방사선수술시 빔관련 변수들을 설정함으로 수술계획시 계획의 초기값으로서 도움이 될 것이다.
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