선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 2) 주변 영역의 방사선 장해를 최소화하기 위해 최근에는 호흡동기 방사선치료가 많이 시행되고 있으며 본원에서는 고도의 정밀함을 요하는 정위적 방사선 수술에서 뿐만 아니라 3D conformal therapy, 호흡 등으로 인한 표적의 움직임이 큰 폐의 아래엽에 위치한 종양이나 복부 종양 등 환자에게도 나선형 전산화 단층촬영(helical CT)이 아닌 호흡동기 전산화 단층촬영(4D CT)을 이용하여 각 개인의 종양 움직임을 분석하고 치료를 진행하며 불필요한 여지를 최소화 하고 있다. 본 저자는 움직임이 있는 종양의 방사선치료를 위한 입체 모의치료 시 촬영하는 helical CT와 4D CT의 영상 체적변화에 대하여 호흡주기와 표적의 움직임 크기가 다른 경우 helical CT나 4D CT가 이러한 변화 요소를 잘 반영하여 주는지와 그에 따른 영향에 대하여 의문이 생겼다. 이에 본 연구에서는 특히 크기가 작은 경우를 포함 하여 종양의 크기(size)에 따라 움직이는 표적의 CT 촬영 시 촬영기법 선택에 따른 체적의 재현성을 평가 하고, 호흡주기와 표적의 움직임 크기에 따라 체적 변화가 어떠한 상관관계가 있는지를 분석하고자 한다.
- 본 저자는 움직임이 있는 종양의 방사선치료를 위한 입체 모의치료 시 촬영하는 helical CT와 4D CT의 영상 체적변화에 대하여 호흡주기와 표적의 움직임 크기가 다른 경우 helical CT나 4D CT가 이러한 변화 요소를 잘 반영하여 주는지와 그에 따른 영향에 대하여 의문이 생겼다. 이에 본 연구에서는 특히 크기가 작은 경우를 포함 하여 종양의 크기(size)에 따라 움직이는 표적의 CT 촬영 시 촬영기법 선택에 따른 체적의 재현성을 평가 하고, 호흡주기와 표적의 움직임 크기에 따라 체적 변화가 어떠한 상관관계가 있는지를 분석하고자 한다.
제안 방법
- 4D CT 영상은 Advantage Workstation을 이용하여 최대 편차 오차(maximum phase error)를 5%이내로 하여 최대강도투사(Maximum Intensity Projection, MIP) 영상을 재구성 하였다(Fig. 5).
- 각 조건 별 helical CT와 4D CT로 획득된 모든 영상은 Eclipse planning system (Varian, CA, USA, V. 8.0)으로 전송하여 윤곽을 그렸다(Fig. 5). 윤곽을 그릴 때 발생 할 수 있는 오차를 줄이고 정확한 체적 측정을 위하여 CT Ranger tool을 이용해 CT number의 범위를 lower -300HU, upper 300HU으로 설정 하고 적용 한 후 각 실험 조건에 대하여 계산상의 체적과 측정된 체적을 비율로서 비교ㆍ분석하였다.
- 먼저 움직임이 없을 때 표적 1.5 cm, 3 cm, 6 cm에 대하여 나선형 주사로 10번 촬영하여 CT 영상의 재구성 알고리즘의 재현성을 확인하고, 팬텀의 움직임이 있을 때 초기 set up이 동일한 지점에서 움직이는 거리를 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm로 변화를 주고, 팬텀의 모터 분당 회전수(revolutions per minute, rpm)를 조절하여 호흡주기를 3초, 4초, 5초, 6초로 변화 하였을 때 표적에 대하여 10번의 helical CT, 그리고 3번의 4D CT 촬영을 하였다.
- 본원의 방사선치료용 전산화 단층 촬영장치(LightSpeed RT16 CT simulator, General Electric Co., Waukesha, WI, USA) (Fig. 1)와 X, Y축의 움직임은 배제하고 상 하위(superior-inferior)인 Z축으로만 움직이는 자체 제작 한 구동 팬텀(Fig. 2B)을 이용하여 120 kVp, 200 mA, 0.5 sec tube rotation, 2.5 mm slice thickness 의 고정된 조건으로 실험을 진행하였다. 표적으로는 RTOG (Radiation Therapy Oncology Group) 08133) LUNG SBRT 보고서를 바탕으로 4D CT 대상인 SBRT의 기준으로서 초기 병기 폐암인 5 cm 이하의 종양을 대변하는 1.
- 실험조건은 본원에서 4D CT 촬영을 한 환자 중 임의로 100명을 선택하여 호흡주기를 분석한 결과(Fig. 3) 4초의 분포가 가장 많았기 때문에 호흡주기가 그 보다 빠른 3초와 느릴 때인 5초 호흡주기를 설정하였고 복식호흡 하는 분들이 있었기에 늦은 호흡주기를 감안하여 6초의 경우도 조건으로 두었다. 움직이는 거리는 AAPM report Task Group 764) (Fig.
- 3) 4초의 분포가 가장 많았기 때문에 호흡주기가 그 보다 빠른 3초와 느릴 때인 5초 호흡주기를 설정하였고 복식호흡 하는 분들이 있었기에 늦은 호흡주기를 감안하여 6초의 경우도 조건으로 두었다. 움직이는 거리는 AAPM report Task Group 764) (Fig. 4)에서 호흡으로 인한 장기의 움직임을 보고하였는데 이를 참고하여 1 cm에서 4 cm의 조건을 설정하고 각각의 조건에 따라 실험을 하였다.
- 5). 윤곽을 그릴 때 발생 할 수 있는 오차를 줄이고 정확한 체적 측정을 위하여 CT Ranger tool을 이용해 CT number의 범위를 lower -300HU, upper 300HU으로 설정 하고 적용 한 후 각 실험 조건에 대하여 계산상의 체적과 측정된 체적을 비율로서 비교ㆍ분석하였다.
- 5 mm slice thickness 의 고정된 조건으로 실험을 진행하였다. 표적으로는 RTOG (Radiation Therapy Oncology Group) 08133) LUNG SBRT 보고서를 바탕으로 4D CT 대상인 SBRT의 기준으로서 초기 병기 폐암인 5 cm 이하의 종양을 대변하는 1.5 cm, 3 cm 그리고 경계선 상에 있는 6 cm의 아크릴 구를 두 개의 스티로폼 사이에 각각 위치시켰다(Fig. 2A).
대상 데이터
- 표적의 움직임이 없는 상태에서 표적이 1.5 cm, 3 cm, 6 cm일 때 10번의 연속적인 helical 촬영을 하고, 획득된 영상에서 측정된 체적은 1.5 cm 표적에서 최대 1.78 cc, 최소 1.76 cc, 평균 1.77 cc로 측정 되었다. 3 cm 표적에서는 최대 13.
성능/효과
- 1) 전통적으로 호흡에 따른 움직임이 있는 흉부나 복부 등에 위치한 종양은 그 움직임을 고려하여 등방성으로 각 장기별 움직임을 고려한 여지를 충분히 주어 방사선치료의 범위에 포함될 수 있도록 하였다. 하지만 개개인의 호흡 특성은 매우 다양하여 종양의 움직임이 크게 혹은 적게 평가될 가능성이 있었다.
- 또한 호흡으로 인한 움직임은 등방성 원형이기보다는 늘어난 타원형 모양이거나 특정한 종양의 궤적을 가지고 있어 각각 독특한 이방성의 움직임을 보인다.2) 주변 영역의 방사선 장해를 최소화하기 위해 최근에는 호흡동기 방사선치료가 많이 시행되고 있으며 본원에서는 고도의 정밀함을 요하는 정위적 방사선 수술에서 뿐만 아니라 3D conformal therapy, 호흡 등으로 인한 표적의 움직임이 큰 폐의 아래엽에 위치한 종양이나 복부 종양 등 환자에게도 나선형 전산화 단층촬영(helical CT)이 아닌 호흡동기 전산화 단층촬영(4D CT)을 이용하여 각 개인의 종양 움직임을 분석하고 치료를 진행하며 불필요한 여지를 최소화 하고 있다. 본 저자는 움직임이 있는 종양의 방사선치료를 위한 입체 모의치료 시 촬영하는 helical CT와 4D CT의 영상 체적변화에 대하여 호흡주기와 표적의 움직임 크기가 다른 경우 helical CT나 4D CT가 이러한 변화 요소를 잘 반영하여 주는지와 그에 따른 영향에 대하여 의문이 생겼다.
- Helical CT 촬영 결과 지름 1.5 cm, 3 cm, 6 cm 표적의 Ratiohelical은 각각 32±14%, 45±14%, 58±13%로 나타났고 4D CT로 얻은 RatioMIP는 각각 98±8%, 97±5%, 95±1%였다(Table 1).
- 또한 MIP 영상에 그려진 표적의 체적은 helical CT 영상에 그려진 체적과 비교했을 때 표적의 움직임 궤적을 잘 나타내고 있었으며, 표적의 움직인 거리와 호흡주기에 대한 조건을 다양하게 설정하여 실험 한 결과 4D CT 촬영의 결과 호흡주기가 변하여도 표준편차가 2%로 거의 일정한 체적 값을 보였다. RatioMIP과 Ratiohelical은 1.5 cm, 3 cm, 6 cm로 표적의 크기가 커짐에 따라 helical CT의 경우 14%에서 13%로, 4D CT의 경우 8%에서 5%, 1%로 표준편차가 적어짐을(Table 1) 보였는데 이는 반대로 표적의 크기가 작을 때 체적의 반영률 편차가 크다는 것을 의미한다. 비록 가장 작은 표적이 가장 큰 움직임을 갖는 경우인, 1.
- 6). helical CT 촬영과 동일한 조건에서 3번의 4D CT 촬영 결과 162.08 cc, 162.12 cc, 162.09 cc로 측정되었으며 162 cc로 실험 후 영상의 형태와 체적이 거의 동일하게 나타났다(Fig. 7).
- Frank J Lagerwaard 등의 보고에 따르면 폐암환자에 대하여 훈련(training)없이 두 번의 연속적인 4D CT 촬영을 하여 획득된 두 영상의 선량포함 범위가 비슷하며 종양의 움직임이 포함되어 있는 표적의 체적을 측정한 결과 4D CT를 이용한 치료계획은 분할조사 간 재현성(intra-fractional reproducibility)이 좋다고 되어있어 저자도 intra-fractional reproducibility를 확인하기 위한 반복 실험 하였고 helical CT와 4D CT 모두 10번의 실험을 하려고 하였으나 동일한 체적의 결과를 보여 4D CT의 경우 3번으로 줄여 실험하였다. 그 결과 움직이는 표적의 입체 모의치료 촬영 시 4D CT를 이용한 전산화 단층 촬영은 움직이는 표적의 CT 촬영 시작 지점에 관계없이 같은 set up에서 연속된 촬영 결과 좋은 재현성을 확인 할 수 있었다. 또한 MIP 영상에 그려진 표적의 체적은 helical CT 영상에 그려진 체적과 비교했을 때 표적의 움직임 궤적을 잘 나타내고 있었으며, 표적의 움직인 거리와 호흡주기에 대한 조건을 다양하게 설정하여 실험 한 결과 4D CT 촬영의 결과 호흡주기가 변하여도 표준편차가 2%로 거의 일정한 체적 값을 보였다.
- 동일한 set up에서 10번의 연속적인 helical CT 촬영 후 측정된 체적은 최소 64 cc, 최대 147 cc로 측정된 체적은 물론 형성된 3D 영상 형태도 눈에 띄게 확연한 차이를 보였다(Fig. 6). helical CT 촬영과 동일한 조건에서 3번의 4D CT 촬영 결과 162.
- 또한 5초의 호흡주기에 대해서는 23.8±8.5%, 37.6±7.8%, 56.0±6.8%, 6초의 호흡주기에 대해서는 20.2±10.0%, 30.5±12.5%, 41.9±4.4%의 결과를 보였다(Table 2).
- 또한 5초의 호흡주기에 대해서는 98.1±6.8%, 97.3±6.1%, 95.4±1.5%, 6초의 호흡주기에 대해서는 102.0±1.4%, 94.9±0.8%, 94.4±0.1%의 결과를 보였다(Table 2).
- 그 결과 움직이는 표적의 입체 모의치료 촬영 시 4D CT를 이용한 전산화 단층 촬영은 움직이는 표적의 CT 촬영 시작 지점에 관계없이 같은 set up에서 연속된 촬영 결과 좋은 재현성을 확인 할 수 있었다. 또한 MIP 영상에 그려진 표적의 체적은 helical CT 영상에 그려진 체적과 비교했을 때 표적의 움직임 궤적을 잘 나타내고 있었으며, 표적의 움직인 거리와 호흡주기에 대한 조건을 다양하게 설정하여 실험 한 결과 4D CT 촬영의 결과 호흡주기가 변하여도 표준편차가 2%로 거의 일정한 체적 값을 보였다. RatioMIP과 Ratiohelical은 1.
- 8∼11). 또한 correlation coefficient (p)를 비교 하였을 때 호흡주기의 변화보다 움직인 거리의 변화가 RatioMIP에 영향을 미치는 정도가 큼을 알 수 있어, 4D CT 입체모의치료 과정에서 환자의 호흡이 불규칙하게 변하는 것도 주의 깊게 관찰하여야 하는 요인이 되지만 그로 인한 체적의 변화는 움직인 거리가 변하는 것 보다 영향이 크지 않으므로 호흡이 불규칙한 환자의 4D CT 촬영의 임상적용에도 이점이 있었다. 호흡이 불규칙한 환자에 대해서는 입체모의치료 시 4D CT 촬영을 이용하는 것도 필요하지만, 치료 시 비디오를 이용한 코칭이나 호흡 연습을 바탕으로 한 치료가 도움이 될 것이라 기대한다.
- 비록 가장 작은 표적이 가장 큰 움직임을 갖는 경우인, 1.5 cm 표적이 4 cm의 움직였을 때 실험 한 모든 호흡주기에서 표적의 RatioMIP는 86%로 실제보다 적게 평가될 수 있었지만 나머지의 경우에는 97.1±4.4%의 체적 반영을 나타냈다(Fig. 8∼11).
- helical CT촬영의 경우 호흡주기와 움직인 거리에 따라 체적 비율의 차이를 보였으며, 움직이는 거리가 증가 할수록 얻어진 체적은 더 작게 측정되었다. 선형적인 관계는 아니었지만 호흡주기도 마찬가지로 호흡의 주기가 길어질수록 측정된 체적의 비율 차이가 컸다.
- 움직이는 거리를 일정하게 설정하고 호흡주기를 변화시켜 4D CT 실험한 결과 3초의 호흡주기에 대하여서는 1.5 cm, 3 cm, 6 cm 표적에 대하여 RatioMIP가 각각 92.9±7.8%, 94.3±5.1%, 94.0±1.1%였고 4초의 호흡주기에 대해서는 94.8±7.8%, 96.7±5.2%, 94.9±1.5%였다.
- 움직인 거리를 일정하게 하고 호흡 주기를 변화하여 helical CT 촬영으로 영상 획득 한 결과 3초의 호흡주기에 대하여서는 1.5 cm, 3 cm, 6 cm 표적에 대하여 Ratiohelical이 각각 50.9±3.7%, 56.8±6.2%, 74.5±2.3%였고 4초의 호흡주기에 대해서는 34.9±7.2%, 55.2±7.7%, 58.1±4.9%였다.
- 종양의 크기 별 각 호흡주기와 움직인 거리에 따라 얻어진 체적에 대하여 4D CT를 이용해 측정된 체적을 100(%)로 하였을 때 helical CT촬영으로 획득 된 체적의 비율은 1.5 cm 표적에서 최소 15%, 최대 55%의 체적 반영을, 3 cm 표적에서는 최소 18%, 최대 68%를 보였다. 6 cm 표적에서는 최소 43%, 최대 82%의 체적 반영을 보였다(Table 4).
- 지름 1.5 cm 표적에서 호흡주기가 3초, 4초, 5초, 6초로 길어짐에 따른 RatioMIP의 correlation coefficient(p)는 0.61, 0.97, 0.99, 0.95이고 지름 3 cm 표적에서의 RatioMIP correlation coefficient(p)는 −0.68, 0.95, 0.97, 0.98이었다.
- 표적의 움직이는 거리 증가에 따른 상관계수는 지름이 1.5 cm 표적에서 RatioMIP correlation coefficient(p)는 0.99, 0.98, 0.98, 0.97이고 3 cm 표적에서는 0.97, 0.97, 0.97, 0.97, 지름이 6 cm 크기의 표적에서는 움직이는 거리가 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm으로 증가할 때 1.0. 1.
- 표적의 체적에 대한 분석을 위하여 촬영한 CT 영상의 재구성 알고리즘의 재현성을 확인하기 위하여 움직임이 없는 조건으로 실험 한 결과 1.5 cm, 3 cm, 6 cm 모두에서 재현성이 있음을 확인할 수 있었다. Frank J Lagerwaard 등의 보고에 따르면 폐암환자에 대하여 훈련(training)없이 두 번의 연속적인 4D CT 촬영을 하여 획득된 두 영상의 선량포함 범위가 비슷하며 종양의 움직임이 포함되어 있는 표적의 체적을 측정한 결과 4D CT를 이용한 치료계획은 분할조사 간 재현성(intra-fractional reproducibility)이 좋다고 되어있어 저자도 intra-fractional reproducibility를 확인하기 위한 반복 실험 하였고 helical CT와 4D CT 모두 10번의 실험을 하려고 하였으나 동일한 체적의 결과를 보여 4D CT의 경우 3번으로 줄여 실험하였다.
- 호흡 주기를 일정하게 하고 움직이는 거리를 변화시킨 4D CT 실험의 결과 표적이 1 cm 움직이는 경우 RatioMIP는 102.0±1.4%, 94.9±0.8%, 94.4±0.1%로 나타났으며, 2 cm 움직이는 경우는 99.5±4.7%, 96.5±2.6%, 96.7±1.1%를, 3 cm 움직이는 경우에는 99.2±5.5%, 104.4±3.1%, 93.4±0.6%, 표적이 4 cm 움직일 때는 각각 85.9±3.0%, 91.6±2.7%, 95.4±1.3%를 보였다(Table 2).
- 호흡 주기를 일정하게 하고 움직이는 거리를 변화하여 helical CT 촬영 실험 결과 표적이 1 cm 움직이는 경우 Ratiohelical은 27.8±19.4%, 48.7±11.2%, 59.8±13.4%로 나타났으며, 2 cm 움직이는 경우는 36.1±13.0%, 45.0±14.9%, 52.7±16.9%를, 3 cm 움직이는 경우에는 37.5±12.1%, 39.1±21.0%, 58.5±11.5%, 표적이 4 cm 움직일 때는 각각 28.4±14.3%, 45.0±11.5%, 59.6±12.9%를 보였다(Table 2).
후속연구
- 그러나 4D CT 촬영으로 환자가 받는 유효선량은 4초의 호흡주기 시 일반적인 helical CT 촬영으로 받은 선량보다 6배가 많으며5) 호흡을 분석하고 평가하는 등 시간과 인력이 요구된다는 단점이 있어 모든 방사선 치료에 4D CT 촬영을 적용하는 것에는 무리가 있으며 꼭 필요한 환자에게 선별적으로 사용 할 필요성이 있겠다. 본 연구의 결과 움직임이 있는 표적의 방사선치료 시, 특히 종양이 빠른 호흡주기와 큰 움직임6-12)을 갖는다면, 주변 정상조직과의 위치를 고려한 장해를 줄이고자 할 때 4D CT를 이용한 입체모의치료 및 전산화 방사선 치료계획이 정확한 방사선치료를 가능하게 하고 방사선장해를 최소화 할 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한 correlation coefficient (p)를 비교 하였을 때 호흡주기의 변화보다 움직인 거리의 변화가 RatioMIP에 영향을 미치는 정도가 큼을 알 수 있어, 4D CT 입체모의치료 과정에서 환자의 호흡이 불규칙하게 변하는 것도 주의 깊게 관찰하여야 하는 요인이 되지만 그로 인한 체적의 변화는 움직인 거리가 변하는 것 보다 영향이 크지 않으므로 호흡이 불규칙한 환자의 4D CT 촬영의 임상적용에도 이점이 있었다. 호흡이 불규칙한 환자에 대해서는 입체모의치료 시 4D CT 촬영을 이용하는 것도 필요하지만, 치료 시 비디오를 이용한 코칭이나 호흡 연습을 바탕으로 한 치료가 도움이 될 것이라 기대한다. 그러나 4D CT 촬영으로 환자가 받는 유효선량은 4초의 호흡주기 시 일반적인 helical CT 촬영으로 받은 선량보다 6배가 많으며5) 호흡을 분석하고 평가하는 등 시간과 인력이 요구된다는 단점이 있어 모든 방사선 치료에 4D CT 촬영을 적용하는 것에는 무리가 있으며 꼭 필요한 환자에게 선별적으로 사용 할 필요성이 있겠다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.