[논문]방사선치료계획의 임상적용을 위한 3차원 볼륨렌더링영상 체적변화의 모형연구

구은회; 이재승; 임청환

doi:10.5392/jkca.2009.9.11.280

방사선치료계획의 임상적용을 위한 3차원 볼륨렌더링영상 체적변화의 모형연구
A Phantom study of Displacement of Three Dimensional Volume Rendering for Clinical Application in Radiation Treatment Planning 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.9 no.11, 2009년, pp.280 - 288

구은회 (순천향대학교 물리학과) , 이재승 (순천향대학교 물리학과) , 임청환 (한서대학교 방사선학과)

초록
AI-Helper

본 연구는 3차원 볼륨렌더링 영상의 체적변화를 위한 정밀한 모형을 고안, 제작하고 방사선치료계획 시스템의 재구성 과정에서 모형의 길이, 면적, 부피에 대한 변화를 평가하고자 하였다. 모형을 이용한 표준화된 전산화치료조준계획을 절편두께 1.25, 2.5, 5, 10mm로 시행한 후 3차원 재구성 영상을 절편두께와 모형의 형태에 따라 스캔방향(X), 두께(Y), 테이블 이동거리(Z), 면적(A), 부피(V)에 대한 변화와 분석자간 측정편차 및 최소값과 최대값을 측정하였다. 모형의 횡단면을 재구성한 3차원 볼륨렌더링 영상에서 절편두께가 1.25mm와 2.5mm에서 모형의 형태에 따라 X, Y, Z축 방향으로 최대 0.13cm(p<0.05)의 감소를 보였고 길이, 면적, 부피에 대하여 0.1cm, $0.8cm^2$, $3.99cm^3$(p<0.05) 정도의 감소를 보여 모형과 매우 근접한 영상을 획득하였다. 그러나 절편두께 5mm, 10mm에서 절편두께와 스캔 단면적이 증가하고 원형의 모형일수록 X, Y, Z축 방향으로 최대 0.58cm(p<0.05)의 감소를 보였고 길이, 면적, 부피에 대하여 최대 0.45cm, $8.21cm^2$, $11.03cm^3$(p<0.05)의 감소를 보였다. 모형을 이용한 방사선치료계획의 3차원 볼륨렌더링 영상의 절편두께와 모형의 형태에 따라 체적의 변화가 다양하게 발생하였으며 전산화치료조준계획을 시행할 경우 절편두께가 3mm 이하일 때 임상적으로 적절한 3차원 볼륨렌더링 영상을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is to design and produce a detailed model for volume variety of three dimensional reconstruction images and to evaluate the changes of volume, area and the length of the model in the process of the reconstruction of RTP system. CT simulation was operated at the thickness of 1.25, 2.5, 5, 10mm and average, standard deviation of scan direction(X), thickness(Y), table movement direction(Z), area(A), and volume(V) of the three dimensional volume rendering, were measured according to the shape and thickness of the phantoms. As a result, at the thickness of 1.25, 2.5min, the phantom's shape decreased maximum 0.13cm(p<0.05) to the direction of X, Y, Z and length, area, volume decreased 0.1cm, $0.8cm^2$, $3.99cm^3$ which led to an approximate image of the phantoms. However, at the thickness of 5, 10mm, the phantom of the original form decreased maximum 0.58cm(p<0.05) and volume, area, length decreased maximum 0.45cm, $8.21cm^2$, $11.03cm^3$. Volume varieties according to the thickness and shape of the phantoms have occurred diversely, when CT simulation was operated, and it is considered that a clinically appropriate volume rendering can be obtained only when the thickness is below 3mm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 절편두께와 모형의 형태에 따른 재구성 단면적의 변화가 전산화 치료계획시스템에서 재구성되는 3차원 영상의 체적변화에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 촬영조건은 관전압 120KV, 관전류 225mA에서 절편두께를 1.
따라서 방사선종양 부분에서도 전산화 치료계획 시스템에서의 3차원적 체적 분포에 대한 정확도 평가가 선행되어져야 할 것이다. 본 연구는 다양한 조건에 따른 모형 (phantom)을 제작하여 표준화된 방법으로 전산화치료조준계획을 시행하고 DICOM 기반의 영상을 방사선치료계획 시스템에서 디지털화 재구성 영상을 재현하기 전 단계인 3차원 재구성 영상의 체적 변화에 대한 정확도 평가를 수행하였다. 이 결과 절편 두께 1.

제안 방법

la], 삽입형 아크릴 판은 40xQ5x50cm크기의 직사각형 이며 아크릴 판의 변형을 방지하기 위한 조치를 취하였다. 판 윗면에 5x5cm 간격으로 격자 모양의 0.93mm 홈을 내고 영상결손이 최소화되면서 CT 영상에서 잘 구별할 수 있는 0.89mm 방사선 비투과성 줄(Radifocus guide wire M(0.035"), Terumo, Japan)을 X자 모양으로 삽입하여 연구방법에 따른 부속물의 정확한 위치를 재현할 수 있도록 고안 제작하였다. 부속물 모형은 길이, 면적, 부피 측정을 목적으로 제작되었으며 길이 모형은 내경 lmmQ 길이 50mm의 관으로 제작하였으몌item 1], 면적 모형은 원의 지름이 SOmmQ 두께 1mm의 원형[item 2]과 면적 50x30mm, 두께 1mm의 직사각형[item 3]으로 제작하였다.
3차원 재구성 영상을 전산화치료계획 컴퓨터의 VR rnode(volume rendering) 에서 영상조절기능(cut plane function)을 이용하여 관상면(coronal plane), 시상면 (sagittal plane), 횡단면(axial plane)으로 변화시켜 가면서 측정 자(measurement caliper)를 이용하여 측정하였다[그림 2〕. 측정방법은 전산화단층촬영 장치의 갠트리 회전 방향을 X축, 모형의 두께를 Y축, 테이블 이동 거리를 Z축으로 정하여 각각 측정하고 길이는 Z방향, X축과 Z축을 곱하여 모형의 면적을 산출하였고 X, Y, Z축을 곱하여 모형의 부피를 산출하였다.
본 연구는 방사선종양 그룹에서 사용되어진 표준 절차에 따라 CT-Simulation을 시 행하고 방사선 치료계획시스템에서 재구성된 3차원 영상의 길이, 면적, 부피에 대한 측정 값과 부속물 모형을 비교하여 평가하였다. 실험에 사용되어진 전산화치료조준장치는 평탄형 치료대 (Lightspeed MT-IL3311, GE, USA) 가 장착된 CT scanner(LightSpeed, GE, USA)와 레이저 정렬 시스템 (AS-KR, LAP, Germany)으로 구성되어 있다.
035"), Terumo, Japan)을 X자 모양으로 삽입하여 연구방법에 따른 부속물의 정확한 위치를 재현할 수 있도록 고안 제작하였다. 부속물 모형은 길이, 면적, 부피 측정을 목적으로 제작되었으며 길이 모형은 내경 lmmQ 길이 50mm의 관으로 제작하였으몌item 1], 면적 모형은 원의 지름이 SOmmQ 두께 1mm의 원형[item 2]과 면적 50x30mm, 두께 1mm의 직사각형[item 3]으로 제작하였다.
5mm, 5mm, 10mml로 하여 4회 촬영하여 241장, 121 장, 61장, 31장의 횡단면 영상을 획득하였다. 부속물 모형의 설치는 삽입형 아크릴판의 중심점에서 5cm 간격으로 2개의 부속물 고정틀을 올려놓고 고정한 후, [iteml]을 중심선상에 배열하고, 원 모형의 [item2], [item6], [item8]과 사각 모형의 [item3], [item4], [item5], [item기을 부속물 고정틀에 분리하여 순차적으로 배열하였다[그림 lb],
부피 모형은 30x30x30mm의 정육면체[item 4], 30x30x50mm의 직육면체[item 5, 7], 원의 지름이 29mm 4>, 높이를 50mm의 원기둥[item 6, 8] 모양으로 제작하였다[Fig. lb] 내부에 부속물의 경계부위가 명확하도록 감쇄 계수 350+20HU(Hounsfield Unit) 정도가 되도록 조영제와 생리식염수 비율을 1:20으로 희석된 비이온성 조영제(Optiray350, Tyco, Canada)를 주입하였으며 부속물 고정 틀을 고안하여 실험방법에 따른 부속물 모형의 설치과정에서 오차를 최소화 할 수 있도록 하였다. 제작된 모형은 방사선종양부분에서 고정용구를 제작하는 업체(Chun Sung corp.
전산화치료조준계획에서 얻어진 횡단면 영상을 DICBM 기반의 PACS을 통하여 전산화치료계획 시스템 (OncentraMasterPlan, Nucletron, Nederland) 으로 옮겨서 3차원 영상을 재구성하였다. 사용되어진 전산화 치료계획 시스템은 종양 또는 장기 및 체표면 윤곽선을 표시하거나(image registration.
구성되어 있다. 정육면체 모형은 선형가속기 (linear accelerator. LINAC)에서 재현할 수 있는 최대조사면 40x40cm과 동중심점 (isocenter point)으로부터 20cm 깊이에서 최대 선속 확산을 고려하여 40x40x50cm인 정육면체 모형으로 제작하였다. 모형의 외면은 레이저 정렬 시스템이 한 점에서 교차할 수 있도록 중심선을 표시하였고 모형의 내면은 5개의 아크릴 판을 삽입할 수 있도록 동중심선으로부터 10cm 간격마다 홈을 내었으며 하단에 수평조절장치를 부착하여 모형이 중심선속에 수직되게 하였다[Fig.
lb] 내부에 부속물의 경계부위가 명확하도록 감쇄 계수 350+20HU(Hounsfield Unit) 정도가 되도록 조영제와 생리식염수 비율을 1:20으로 희석된 비이온성 조영제(Optiray350, Tyco, Canada)를 주입하였으며 부속물 고정 틀을 고안하여 실험방법에 따른 부속물 모형의 설치과정에서 오차를 최소화 할 수 있도록 하였다. 제작된 모형은 방사선종양부분에서 고정용구를 제작하는 업체(Chun Sung corp. Korea)에 의뢰하여 정밀하게 설계 제작하였다.
2〕. 측정방법은 전산화단층촬영 장치의 갠트리 회전 방향을 X축, 모형의 두께를 Y축, 테이블 이동 거리를 Z축으로 정하여 각각 측정하고 길이는 Z방향, X축과 Z축을 곱하여 모형의 면적을 산출하였고 X, Y, Z축을 곱하여 모형의 부피를 산출하였다. 측정에 참여한 분석자는 방사선종양학과 전문의, 의학물리사, 방사선치료 전문방사선사 각 1인이 3회씩 측정하여 평균값과 표준편차, 최소값과 최대값을 구하고 평균치를 평균 土표준편차 형태로 기술하였다.

대상 데이터

(b) This shows adjunct phantoms (item 1-8) and fixed frames according to the experiment methods. The RTP was operated at intervals of 1.25mm, 2.5mm, 5mm, and 10mm according to the CT slice thickness.
실험에 사용되어진 전산화치료조준장치는 평탄형 치료대 (Lightspeed MT-IL3311, GE, USA) 가 장착된 CT scanner(LightSpeed, GE, USA)와 레이저 정렬 시스템 (AS-KR, LAP, Germany)으로 구성되어 있다.
따라서 본 연구에서는 절편두께와 모형의 형태에 따른 재구성 단면적의 변화가 전산화 치료계획시스템에서 재구성되는 3차원 영상의 체적변화에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 촬영조건은 관전압 120KV, 관전류 225mA에서 절편두께를 1.25mm, 2.5mm, 5mm, 10mml로 하여 4회 촬영하여 241장, 121 장, 61장, 31장의 횡단면 영상을 획득하였다. 부속물 모형의 설치는 삽입형 아크릴판의 중심점에서 5cm 간격으로 2개의 부속물 고정틀을 올려놓고 고정한 후, [iteml]을 중심선상에 배열하고, 원 모형의 [item2], [item6], [item8]과 사각 모형의 [item3], [item4], [item5], [item기을 부속물 고정틀에 분리하여 순차적으로 배열하였다[그림 lb],

데이터처리

측정에 참여한 분석자는 방사선종양학과 전문의, 의학물리사, 방사선치료 전문방사선사 각 1인이 3회씩 측정하여 평균값과 표준편차, 최소값과 최대값을 구하고 평균치를 평균 土표준편차 형태로 기술하였다. 또한 분석자간 주관적 편차를 최소화하고 왜곡을 방지하기 위하여 측정 과정에서 재구성 영상의 매트릭스 수는 1024X1024, 윈도우폭(window widthX 400, 윈도우 중심 (window center) 을 30, 확대율은 500%로 고정하고 통계작업은 SPSS 소프트웨어 (SPSS version 12.0, Chicago, IL, U.S.A)를이용하였다.
측정방법은 전산화단층촬영 장치의 갠트리 회전 방향을 X축, 모형의 두께를 Y축, 테이블 이동 거리를 Z축으로 정하여 각각 측정하고 길이는 Z방향, X축과 Z축을 곱하여 모형의 면적을 산출하였고 X, Y, Z축을 곱하여 모형의 부피를 산출하였다. 측정에 참여한 분석자는 방사선종양학과 전문의, 의학물리사, 방사선치료 전문방사선사 각 1인이 3회씩 측정하여 평균값과 표준편차, 최소값과 최대값을 구하고 평균치를 평균 土표준편차 형태로 기술하였다. 또한 분석자간 주관적 편차를 최소화하고 왜곡을 방지하기 위하여 측정 과정에서 재구성 영상의 매트릭스 수는 1024X1024, 윈도우폭(window widthX 400, 윈도우 중심 (window center) 을 30, 확대율은 500%로 고정하고 통계작업은 SPSS 소프트웨어 (SPSS version 12.

성능/효과

os)의 면적의 감소를 보였다. X축과 Y축, Z축을 곱한 부피에 대한 3차원 재구성 영상의 변화는 1.25mm, 2.5mm에서 최대 3.99crri3(p<0.05), 5mm와 10mm에서는 원통형 모형(item6)에서 최대 8.21cm³, 11.03cm³(p<0.05) 11.03cm³부피의 감소를 보였다. 측정결과는 절편두께와 모형에 따른 스캔 단면적이 상대적으로 큰 모형의 재구성 과정에서 영상의 경계가 불확실하여 발생하는 Z 방향의 오차에 기인됨을 알 수 있었다[표 2][그림 3d],
일치여부가 모호했던 경험이 있을 것이다. 본 연구를 통하여 최근 방사선치료 동향에 따른 매우 정밀한 치료를 요하는 방사선종양학과 그룹에서의 전산화 치료 조준계획은 절편두께를 3mm 이내에서 시행하는 것이 옳다고 사료되며 비록 기계적으로 측정한 정량적인 결과는 아니지만 시각적 오차범위가 분석자간 매우 컸음을 알 수 있었다. 향후 본 연구를 근거하여 디지털화재구영상에서 임의의 좌표점 및 공간적 모형의 분포, 표적 용적(traget volume)에 대한 차폐물의 조형의 일치성 여부를 치료조준 투시영상과 비교하여야 할 것이다.
본 연구는 다양한 조건에 따른 모형 (phantom)을 제작하여 표준화된 방법으로 전산화치료조준계획을 시행하고 DICOM 기반의 영상을 방사선치료계획 시스템에서 디지털화 재구성 영상을 재현하기 전 단계인 3차원 재구성 영상의 체적 변화에 대한 정확도 평가를 수행하였다. 이 결과 절편 두께 1.25mm와 2.5mm에서 3차원 재구성 영상(volume rendering)^ 변화는 X, Y, Z축 방향으로 최대 1.3mm(p<0.05)의 영상 감소를 보였고, 분석자간 측정 편차도 최대 0.6mm 이내로 측정되었으며, 길이, 면적, 부피에 대하여 1mm, 0.8cm², 3.99cm³(p<0.05)5. 측정되어 실제 모형에 대한 3차원 재구성된 영상의 재현성은 매우 높은 것으로 사료된다.
다양하게 나타났다. 절편두께가 1.25mm와 2.5mm 에서 모형의 형태에 따라서 0.5mm~1.3mm(p<0.001)이내에서 영상의 감소를 보였고 분석자간 표준편차는 최대 0.6mm로 Z 방향에 대한 3차원 재구성 영상의 재현성이 부속물 모형과 매우 근접함을 알 수 있었다. 그러나 절편두께 5mm에서는 1.
4mm의 측정 편차를 보였다. 절편두께가 5mm와 10mm에서는 모형의 형태에 따라서 사각형 모형 (item4, 5, 7)에서는 1.5mm (p>0.05) 이내에서 영상의 감소를 보이지만 원형모형(item 6, 8)에서는 최대 2.6mm(p<0.05)의 감소를 보였고 분석자간 측정 편차는 최대 0.9mm, 최소값과 최대값의 폭이 최대 3.2mm로 Y축 방향에서도 절편 두께에 따라 원형이고 스캔 단면적이 증가할수록 3차원 재구성 영상의 체적 변화가 심하게 나타났다[표 lb][그림 3b],
03cm³부피의 감소를 보였다. 측정결과는 절편두께와 모형에 따른 스캔 단면적이 상대적으로 큰 모형의 재구성 과정에서 영상의 경계가 불확실하여 발생하는 Z 방향의 오차에 기인됨을 알 수 있었다[표 2][그림 3d],
테이블 이동방향(Z)으로 측정한 3차원 재구성 영상에서 체적의 변화는 평균과 분석자간 표준편차 및 최소값과 최대값의 변동률이 절편두께와 모형의 형태에 따라서 다양하게 나타났다. 절편두께가 1.

후속연구

그러나 전산화 치료 조준계획 및 방사선치료계획에서 사용되어지는 영상은 알고리즘에 의한 재구성된 영상이며 재구성 변화 인자에 의한 영향을 받게 되고 그로 인한 많은 연구가 선행되어져 왔다. 따라서 방사선종양 부분에서도 전산화 치료계획 시스템에서의 3차원적 체적 분포에 대한 정확도 평가가 선행되어져야 할 것이다. 본 연구는 다양한 조건에 따른 모형 (phantom)을 제작하여 표준화된 방법으로 전산화치료조준계획을 시행하고 DICOM 기반의 영상을 방사선치료계획 시스템에서 디지털화 재구성 영상을 재현하기 전 단계인 3차원 재구성 영상의 체적 변화에 대한 정확도 평가를 수행하였다.
8°를 보고하고 있다. 본 연구와 McGee 등의 연구결과를 비교하였을 때 최대 2.2mm의 오차범위에서 본 연구의 2.5mm 절편두께에서 1.3mm의 오차가 기본적인 3차원 영상의 재구성 과정에서 발생하였다면 1mm 이내에서 모형의 설치 및 장비의 기계적 오차가 발생했을 것으로 사료되며 본 연구결과를 토대로 디지털화재구성영상의 오차에 대한 원인분석 및 평가가 가능할 것이며 좀 더 정밀한 전산화치료계획을 수립할 수 있을 것이다.
따라서 방사선치료계획 시스템을 임상에 적용하기 위하여 기하학적인 성능평가뿐 만 아니라 방사선치료계획의 재구성 과정에서 모형의 체적 변화에 대한 평가가 선행되어야 할 것이다. 이러한 이유로 정밀한 모형(Phantom)을 제작하고 방사선 종양 그룹에서 시행하고 있는 표준 절차에 따른 CT-simulation을 시행하여 방사선치료계획 시스템에서 3차원 볼륨렌더링 영상 변환과정에서 모형의 체적변화를 평가해보자 하였으며 이는 기하학적 일치성을 평가하는 품질보증 목적을 넘어 임상적인 관점에서 중요한 의미를 가질 것이다.
본 연구를 통하여 최근 방사선치료 동향에 따른 매우 정밀한 치료를 요하는 방사선종양학과 그룹에서의 전산화 치료 조준계획은 절편두께를 3mm 이내에서 시행하는 것이 옳다고 사료되며 비록 기계적으로 측정한 정량적인 결과는 아니지만 시각적 오차범위가 분석자간 매우 컸음을 알 수 있었다. 향후 본 연구를 근거하여 디지털화재구영상에서 임의의 좌표점 및 공간적 모형의 분포, 표적 용적(traget volume)에 대한 차폐물의 조형의 일치성 여부를 치료조준 투시영상과 비교하여야 할 것이다.

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저자의 다른 논문 :

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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