[논문]CT 영상을 이용한 불균질 조직의 선량보정 평가

김가중

[국내논문] CT 영상을 이용한 불균질 조직의 선량보정 평가
Evaluation of Corrected Dose with Inhomogeneous Tissue by using CT Image 원문보기

대한방사선치료학회지 = The Journal of Korean Society for Radiation Therapy, v.18 no.2, 2006년, pp.75 - 80

김가중 (건양대학교병원 방사선종양학과)

초록
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목 적: 방사선치료에 있어 종양조직이나 정상조직의 정확한 선량계산은 치료의 성패를 좌우하는 가장 큰 요인이다. 이로 인해 방사선치료계획은 컴퓨터 단층 영상의 재구성을 통한 불균질 조직에 선흡수계수를 밀도로 변환하여 CT 번호에 의한 선량 보정이 유효하게 이루어지고 있다. 대상 및 방법: 이에 본 연구는 불균질 조직등가 팬톰을 제작하여 현재 사용 중인 방사선 치료 계획시스템을 이용한 CT 번호의 측정과 질량밀도를 계산하여 물을 기준으로 상대값을 구하였다. 또한 실제 방사선 조사 시 측정된 선량(nC)과 CT영상을 이용한 치료계획 시 선량(PDD)을 상대적으로 비교함으로써 실제 CT 번호를 이용한 불균질 조직의 보정에 대한 유용성과 정확성을 평가하고자 한다. 결 과: 측정결과 CT 번호를 이용하여 계산된 조직등가물질의 질량밀도와 실제 질량밀도는 $0.005{\sim}0.069g/cm^3$의 차이를 보였으며, 방사선 치료계획 시 심부선량(PDD)과 방사선 치료 장치로 조사하여 측정된 선량의 상대오차는 $-2.8{\sim}+1.06%$로 3% 이내의 유효범위이내의 결과를 얻었다. 결 론: 본 실험은 CT 영상을 이용한 불균질 조직의 보정에 대한 유용성을 확인할 수 있었고, 방사선 치료 계획 장치의 정도 관리(Quality Assurance; QA)의 기본 틀을 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: In radiation therapy, precise calculation of dose toward malignant tumors or normal tissue would be a critical factor in determining whether the treatment would be successful. The Radiation Treatment Planning (RTP) system is one of most effective methods to make it effective to the correction of dose due to CT number through converting linear attenuation coefficient to density of the inhomogeneous tissue by means of CT based reconstruction. Materials and Methods: In this study, we carried out the measurement of CT number and calculation of mass density by using RTP system and the homemade inhomogeneous tissue Phantom and the values were obtained with reference to water. Moreover, we intended to investigate the effectiveness and accuracy for the correction of inhomogeneous tissue by the CT number through comparing the measured dose (nC) and calculated dose (Percentage Depth Dose, PDD) used CT image during radiation exposure with RTP. Results: The difference in mass density between the calculated tissue equivalent material and the true value was ranged from $0.005g/cm^3\;to\;0.069g/cm^3$. A relative error between PDD of RTP and calculated dose obtained by radiation therapy of machine ranged from -2.8 to +1.06%(effective range within 3%). Conclusion: In conclusion, we confirmed the effectiveness of correction for the inhomogeneous tissues through CT images. These results would be one of good information on the basic outline of Quality Assurance (QA) in RTP system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

방사선 치료의 목적은 정상조직의 장해를 최소화함과 동시에 종양에 최적의 방사선을 조사하여 암의 완치율을 높이는데 있다. 방사선 치료계획 또한 기존의 X선 투시과정을 통한 2차원적인 치료에서 점차 3차원적 방사선 치료계획 시스템 (3-D Radiation Treatment Planning System; RTPS)으로 바뀌고 있는 상태이다.
본 실험에서는 CT 영상을 이용한 불균질 조직의 보정값에 대한 정확성을 평가하는데 중점을 두었다. 방사선 치료에 사용되는 광자선의 에너지는 수 MeV에 이르므로 조직에 흡수되는 선량은 조직의 전자밀도에 비례하게 되지만 CT 스캔의 광자선 에너지는 80-140 kVp 사이로 광전효과영역에 있으므로 조직 유효원자번호의 적은 변화에도 흡수차가 크게 변하게 되며 CT 번호는 에너지 스펙트럼에 따라서 영향을 받게 된다.
이에 본 연구는 불균질 조직 등가물질 팬텀(phantom)을 제작하여 현재 사용 중인 방사선 치료계획 시스템에서 CT 번호의 측정과 질량밀도를 계산하여 물을 기준으로 상대값을 구하고, 실제 방사선 조사 시 이온 전리함(Ionization cham-ber)에 의해 측정된 조직등가 팬텀의 선량을 상대적으로 비교함으로써 실제 CT 번호를 이용한 불균질 조직의 보정에 대한 유용성 및 정확성을 평가하고자 한다.
방사선 치료에 사용되는 광자선의 에너지는 수 MeV에 이르므로 조직에 흡수되는 선량은 조직의 전자밀도에 비례하게 되지만 CT 스캔의 광자선 에너지는 80-140 kVp 사이로 광전효과영역에 있으므로 조직 유효원자번호의 적은 변화에도 흡수차가 크게 변하게 되며 CT 번호는 에너지 스펙트럼에 따라서 영향을 받게 된다. 이에 본 연구에서는 자체 제작한 불균질 보정 정확도 QA 팬톰을 이용하여 본원의 치료계획장치의 불균질 보정 정확도를 평가하였다.

제안 방법

1). CT 스캔은 본원 SOMATOM PLUS4 (SIEMENS, USA)를 이용하여 2 mm 절편두께 (slice thickness), 120 kVp, 200 mAs 조건하에 실시하였으며 CT 영상을 Dicom System (MAROTECH, Korea)을 통하여 이미지 손실을 최소화하여 치료계획장치(Prowess, Prowess, USA)로 전달하여 평가를 하였다(Fig. 2). 치료 계획장치를 이용하여 각 조직등가물질의 질량 밀도(Mass density)와 CT 번호를 측정하여 식에 의해 구해진 질량밀도와 값을 서로 비교 평가하였다(식-4).
CT 영상을 이용한 치료계획 시 조직등가물질의 선량보정평가를 위해 방사선 치료계획 장치로 표준 측정조건하(SSD: 100 cm, 조사야 10X10 cm?)에서 6 MV, 10 MV 광자선(Photon) 빔을 가상으로 조사하여 심부선량 백분율을 구하였고 실제 본원 선형가속장치를 동일 측정 조건으로 이온 전리함에 의해 심부선량을 측정하였다. 측정된 선량 값은 증류수를 기준으로 방사선 치료계획 시 보정된 상대값과 실제 치료장치로 구한 상대 값을 계산하였으며, 계산된 결과는 6 MV 광자선(Photon)에서 Cork -1.
cm?의 조건으로 방사선 빔(6 MV, 10 MV Photon)을 각 조직등가 물질의 중심에 조사하였을 때 심부선량 백분율과 실제 방사선 치료장치 (PRIMUS, SIEMENS, USA)로 동일조건하에서 이온 전리함(PTW, 0.6 cc Farmer type, USA)에 의해 측정된 흡수선량 값과 비교 평가하였다(Fig. 3, 4).
42 g/cm3인 Polyacetal (POM; Bone equivalent material)을 각각 5×5×5 cn?로 제작하여 팬텀(phantom)에 삽입하여 CT 스캔 하였다. 이후 얻어진 CT 영상의 감약계수를 이용하여 조직등가물질의 질량밀도와 CT 번호(Hounsfield Unit)를 측정하였다(Fig. 1). CT 스캔은 본원 SOMATOM PLUS4 (SIEMENS, USA)를 이용하여 2 mm 절편두께 (slice thickness), 120 kVp, 200 mAs 조건하에 실시하였으며 CT 영상을 Dicom System (MAROTECH, Korea)을 통하여 이미지 손실을 최소화하여 치료계획장치(Prowess, Prowess, USA)로 전달하여 평가를 하였다(Fig.
2). 치료 계획장치를 이용하여 각 조직등가물질의 질량 밀도(Mass density)와 CT 번호를 측정하여 식에 의해 구해진 질량밀도와 값을 서로 비교 평가하였다(식-4).

성능/효과

방사선 치료계획 또한 기존의 X선 투시과정을 통한 2차원적인 치료에서 점차 3차원적 방사선 치료계획 시스템 (3-D Radiation Treatment Planning System; RTPS)으로 바뀌고 있는 상태이다.1,2) 이러한 3차원 방사선 치료계획은 CT 영상의 재구성을 통하여 종양이나 주요장기의 위치나 크기를 정확히 파악할 수 있고 CT 횡단면상에 직접 선량 분포도를 작성하여 만족할 만한 공간적 선량분포를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 체표면의 곡면이나 요철, 밀도가 다른 인체의 불균질 조직의 선량보정을 CT 번호(Hounsfield Unit)를 이용하여 교정함으로써 보다 정확한 치료를 시행할 수 있게 되었다.
각 조직등가물질의 CT 스캔을 통해 얻어진 횡단면상을 치료계획 장치로 CT번호를 측정한 평균값은 증류수 +5, Cork -771, PMMA +125, POM +351이었다. 측정된 CT 번호를 식4를 이용하여 질량 밀도로 환산한 결과, 증류수 1.
그러나 원자번호가 높은 조직등가물질에서 약간의 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 그리고 방사선 치료계획 시 심부선량과 실제 방사선 치료장치로 조사하여 측정된 선량(nC)의 상대값은 -2.8~+1.06% 오차로 Kapp%와 Rosenwald10), Van Dyk 등의 연구논문과 비교하여 허용 오차범위 3% 이내에 포함되어있는 것을 알 수 있었다.
본 실험을 통해 CT 영상을 이용한 불균질 조직의 적절성 평가는 비교적 유효범위 이내의 결과를 얻을 수 있었다. 그러나 폐 등가물질인 코르크(Cork)는 비교적 큰 오차(-2.
PMMA +125, POM +351이었다. 측정된 CT 번호를 식4를 이용하여 질량 밀도로 환산한 결과, 증류수 1.005 g/cm³, Cork 0.229 g/cm: PMMA 1.128 g/cm: POMe 1.351 g/cm3로 실제 질량밀도에 비해 최소 0.005 g/cm³ (증류수)에서 최대 0.069 g/cm³ (POM)의 차이를 보였다(Table 1).
의해 심부선량을 측정하였다. 측정된 선량 값은 증류수를 기준으로 방사선 치료계획 시 보정된 상대값과 실제 치료장치로 구한 상대 값을 계산하였으며, 계산된 결과는 6 MV 광자선(Photon)에서 Cork -1.8%, PMMA +1.02%, POMe +1.06%의 오차를 보였으며 10 MV 광자선(Photon)에서는 Cork -2.8%, POMe - 1.04 %의 오차를 보였고 PMMA는 상대오차가 일치하였다(Table 2).

후속연구

실시하고 있다. 본 실험을 통해 CT 영상을 통한 조직의 보정은 비교적 허용범위 안에 포함되어 있어 방사선 치료계획의 적정성을 평가할 수 있었으며 측정치의 객관적 신뢰성을 바탕으로 양질의 방사선 치료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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