방사선치료를 위한 CT 검사 시 3DCT와 4DCT에 대한 피폭선량 고찰 Consideration on Measured Patients Dose of Three-Dimensional and Four-Dimensional Computer Tomography when CT-Simulation to Radiation Therapy원문보기
방사선치료를 위한 CT 검사 시 동일 환자에 대하여 3차원영상과, 호흡주기영상을 획득하기 위한 컴퓨터단층촬영에서 환자의 피폭선량을 측정하고자 SOMATON SENSATION OPEN(SIEMENS, GERMANY)을 이용하여 내원환자 중 폐암환자 10명, 간암환자 10명의 CT 검사 시 피폭선량을 측정했다. 환자가 받는 피폭선량은 The volume CT dose index(CTDIvol), Dose Length Product(DLP)를 이용하여 분석하였으며 각각의 장기들이 받는 피폭선량의 실측은 환자의 장기를 대상으로 할 수 없어 Rando 팬텀을 이용 흉부검사 시 폐와 심장, 척수를, 복부검사 시 간과 신장의 위치를 선택하여 in-vitro와 in-vivo 계측이 가능한 광유도발광선량계(Optically Stimulated Luminescent Dosimeter, Landauer, Inc., USA)를 이용하여 측정하였다. 폐암환자의 CT 검사 시 10명의 CTDIvol값은 5.7배, DLP값은 약 2.4배, 간암환자의 CTDIvol값은 3.8배, DLP값은 약 1.6배의 값을 나타내었고, OSLD를 이용한 실측정치 역시 폐암환자의 경우 6배, 간암환자의 경우 5.5배의 차이를 보이는 등 4DCT 검사에서 전체적인 피폭선량의 증가를 볼 수 있었다. 방사선치료 시 호흡에 의한 치료부위의 위치변화를 4DCT 검사를 이용하여 움직임을 보정하여 치료계획시 치료용적의 정확성을 높일 수 있으나 4DCT 검사로 인한 환자의 피폭선량 증가를 고려하여 검사시간과 검사범위를 줄여 피폭선량을 감소시키기 위한 노력이 필요하다.
방사선치료를 위한 CT 검사 시 동일 환자에 대하여 3차원영상과, 호흡주기영상을 획득하기 위한 컴퓨터단층촬영에서 환자의 피폭선량을 측정하고자 SOMATON SENSATION OPEN(SIEMENS, GERMANY)을 이용하여 내원환자 중 폐암환자 10명, 간암환자 10명의 CT 검사 시 피폭선량을 측정했다. 환자가 받는 피폭선량은 The volume CT dose index(CTDIvol), Dose Length Product(DLP)를 이용하여 분석하였으며 각각의 장기들이 받는 피폭선량의 실측은 환자의 장기를 대상으로 할 수 없어 Rando 팬텀을 이용 흉부검사 시 폐와 심장, 척수를, 복부검사 시 간과 신장의 위치를 선택하여 in-vitro와 in-vivo 계측이 가능한 광유도발광선량계(Optically Stimulated Luminescent Dosimeter, Landauer, Inc., USA)를 이용하여 측정하였다. 폐암환자의 CT 검사 시 10명의 CTDIvol값은 5.7배, DLP값은 약 2.4배, 간암환자의 CTDIvol값은 3.8배, DLP값은 약 1.6배의 값을 나타내었고, OSLD를 이용한 실측정치 역시 폐암환자의 경우 6배, 간암환자의 경우 5.5배의 차이를 보이는 등 4DCT 검사에서 전체적인 피폭선량의 증가를 볼 수 있었다. 방사선치료 시 호흡에 의한 치료부위의 위치변화를 4DCT 검사를 이용하여 움직임을 보정하여 치료계획시 치료용적의 정확성을 높일 수 있으나 4DCT 검사로 인한 환자의 피폭선량 증가를 고려하여 검사시간과 검사범위를 줄여 피폭선량을 감소시키기 위한 노력이 필요하다.
This study was to measure the patient dose difference between 3D treatment planning CT and 4D respiratory gating CT. Study was performed with each 10 patients who have lung and liver cancer for measured patient exposure dose by using SOMATON SENSATION OPEN(SIMENS, GERMANY). CTDIvol and DLP value was...
This study was to measure the patient dose difference between 3D treatment planning CT and 4D respiratory gating CT. Study was performed with each 10 patients who have lung and liver cancer for measured patient exposure dose by using SOMATON SENSATION OPEN(SIMENS, GERMANY). CTDIvol and DLP value was used to analyze patient dose, and actual dose was measured in the location of liver and kidney for abdominal examination and lung, heart and spinal cord for chest examination. Rando phantom were used for the experiment. OSLD was used for in-vitro and in-vivo dosimetry. Increasing overall actual dose in 4D respiratory gated CT-simulation using OSLD increase the dose by 5.5 times for liver cancer patients and 6 times for lung cancer patients. In CT simulation of 10 lung cancer patients, CTDIvol value was increased by 5.7 times and DLP 2.4 times. For liver cancer patients, CTDIvol was risen by 3.8 times and DLP 1.6 times. The accuracy of treatment volume could be increased in 4D CT planning for position change due to the breaths of patient in the radiation therapy. However, patients dose was increased in 4D CT than 3D CT. In conclusion, constant efforts is required to reduce patients dose by reducing scan time and scan range.
This study was to measure the patient dose difference between 3D treatment planning CT and 4D respiratory gating CT. Study was performed with each 10 patients who have lung and liver cancer for measured patient exposure dose by using SOMATON SENSATION OPEN(SIMENS, GERMANY). CTDIvol and DLP value was used to analyze patient dose, and actual dose was measured in the location of liver and kidney for abdominal examination and lung, heart and spinal cord for chest examination. Rando phantom were used for the experiment. OSLD was used for in-vitro and in-vivo dosimetry. Increasing overall actual dose in 4D respiratory gated CT-simulation using OSLD increase the dose by 5.5 times for liver cancer patients and 6 times for lung cancer patients. In CT simulation of 10 lung cancer patients, CTDIvol value was increased by 5.7 times and DLP 2.4 times. For liver cancer patients, CTDIvol was risen by 3.8 times and DLP 1.6 times. The accuracy of treatment volume could be increased in 4D CT planning for position change due to the breaths of patient in the radiation therapy. However, patients dose was increased in 4D CT than 3D CT. In conclusion, constant efforts is required to reduce patients dose by reducing scan time and scan range.
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문제 정의
암을 치료하기 위한 방사선치료는 방사선이 종양부위에 최대선량이 조사되도록 하고 인접한 정상조직은 최소선량으로 치료효율을 극대화하는데 그 목적이 있다. 방사선치 료에 있어 인체의 장기는 정지해 있지 않고 호흡이나 장기 자체의 움직임에 따라 위치가 변화되는 어려움이 있다.
이에 본 연구에서는 방사선치료를 위한 CT 검사 시 주로 4DCT 검사를 시행하는 폐암과 간암환자의 3DCT와 4DCT 검사 시 피폭선량을 비교분석하여 주요 장기의 피폭선량 차이를 측정하는데 그 목적이 있다.
이에 본원에서는 4DCT 검사 전 체계적인 호흡교육을 통한 일정한 호흡주기영상 획득과 불필요한 검사시간을 줄이고 투시영상을 통하여 호흡 시 움직임을 파악하여 제한적인 범위 내에서 4DCT 검사를 시행하고 있다.
제안 방법
4DCT 검사의 피폭선량를 비교하기 위하여 본 연구에서 측정한 4DCT 검사의 평균 DLP값과 2003년 발표된 ICRP Supporting Guidance 2(Table 6)의 권고 DLP값을 비교하였다.
또한 부위별 장기에 들어가는 피폭선량의 실측을 위하여 Rando Phantom의 각각 장기 위치에 OSLD를 삽입하여 측정하였다. OSL system은 Landaur 사의 InLightTM microstar reader를 사용했고, detector는 InLight/OSL NanoDot dosimeter를 사용했다(Figure 3).
복부3DCT 검사 시 피부표면, 간, 신장, 척수를 Rando 팬텀 내 OSLD를 이용하여 측정한다.
복부4DCT 검사 또한 ARMS와 연결시킨 후 관전압 120 kVp, 고정 관전류법을 사용하여 Rando 팬텀 내 폐영역인 9번 등뼈에서 3번 허리뼈까지 절편두께 3 mm, FOV 500 mm, pitch 0.1, 검사길이 250 mm, 검사시간 85 sec로 설정하여 측정했다(Table 1).
본 연구에서 선량측정은 임상에서 선량의 중요한 척도로 국소선량을 표시하는 CTDIvol과 전체 스캔선량을 표시하는 DLP를 이용하여 4,14) 폐암환자와 간암환자 각각 10명의 데이터를 측정하여 그 결과를 분석하였다.
연구를 위하여 폐암치료를 받는 환자 10명, 간암치료를 받는 환자 10명을 대상으로 하였으며, 진단명은 소세포폐 암(small cell lung cancer)과 비소세포폐암(non-small cell lung cancer) 등 폐 부위에 방사선치료 받는 환자들과 간세포암(hepatocellular carcinoma) 환자로 복부 방사선치료를 받는 환자들이다. 실제 방사선치료 전 시뮬레 이션 과정에서 4DCT 검사 전에 자신의 호흡을 일정하도록 하기위해 사전에 호흡연습을 시행한 환자를 대상으로 CTDIvol(The volume CT dose index)과 DLP(Dose Length Product)값을 획득하였으며 환자를 대상으로 측정할 수 없는 주요 장기 선량측정은 물리적 실측 팬텀인 Rando 팬텀을 이용해 흉부CT 검사 시 심장, 폐, 척수, 피부표면에서 복부CT 검사 시 간, 신장, 척수, 피부표면 에서 각각 측정했다. 선량측정은 광유도발광선량계 (Optically Stimulated Luminescent Dosimeter; OSLD) 를 이용했다(Figure 1).
흉부3DCT 검사 시 피부표면, 폐의 심부와 표면, 심장, 척수를 Rando 팬텀 내 OSLD를 이용하여 측정한다. 피부 표면을 제외한 다른 장기 측정은 슬라이스 내 3 mm Bolus 위에 OSLD를 올려놓고 관전압 120 kVp, 자동노출 조절(Automatic Exposure Control; AEC)기법을 사용하여 4번 목뼈에서 2번 허리뼈까지 절편두께 5 mm, FOV 500 mm, pitch 1.2, 검사길이 500 mm, 검사시간은 15 sec로 설정하여 측정하였다.
흉부3DCT 검사 시 피부표면, 폐의 심부와 표면, 심장, 척수를 Rando 팬텀 내 OSLD를 이용하여 측정한다. 피부 표면을 제외한 다른 장기 측정은 슬라이스 내 3 mm Bolus 위에 OSLD를 올려놓고 관전압 120 kVp, 자동노출 조절(Automatic Exposure Control; AEC)기법을 사용하여 4번 목뼈에서 2번 허리뼈까지 절편두께 5 mm, FOV 500 mm, pitch 1.
흉부4DCT 검사 시 호흡위상별 CT 데이터를 얻을 수있는 4D System(ANZAI Respiratory Monitoring system; ARMS)과 연결시킨 후 관전압 120 kVp, 고정 관전류법을 사용하여 Rando 팬텀 내 폐 영역인 7번 목뼈 에서 12번 등뼈까지 절편두께 3 mm, FOV 500 mm, pitch 0.1, 검사길이 280 mm, 검사시간은 95 sec로 설정 하여 측정했다(Figure 2).
대상 데이터
연구를 위하여 폐암치료를 받는 환자 10명, 간암치료를 받는 환자 10명을 대상으로 하였으며, 진단명은 소세포폐 암(small cell lung cancer)과 비소세포폐암(non-small cell lung cancer) 등 폐 부위에 방사선치료 받는 환자들과 간세포암(hepatocellular carcinoma) 환자로 복부 방사선치료를 받는 환자들이다. 실제 방사선치료 전 시뮬레 이션 과정에서 4DCT 검사 전에 자신의 호흡을 일정하도록 하기위해 사전에 호흡연습을 시행한 환자를 대상으로 CTDIvol(The volume CT dose index)과 DLP(Dose Length Product)값을 획득하였으며 환자를 대상으로 측정할 수 없는 주요 장기 선량측정은 물리적 실측 팬텀인 Rando 팬텀을 이용해 흉부CT 검사 시 심장, 폐, 척수, 피부표면에서 복부CT 검사 시 간, 신장, 척수, 피부표면 에서 각각 측정했다.
이론/모형
실제 방사선치료 전 시뮬레 이션 과정에서 4DCT 검사 전에 자신의 호흡을 일정하도록 하기위해 사전에 호흡연습을 시행한 환자를 대상으로 CTDIvol(The volume CT dose index)과 DLP(Dose Length Product)값을 획득하였으며 환자를 대상으로 측정할 수 없는 주요 장기 선량측정은 물리적 실측 팬텀인 Rando 팬텀을 이용해 흉부CT 검사 시 심장, 폐, 척수, 피부표면에서 복부CT 검사 시 간, 신장, 척수, 피부표면 에서 각각 측정했다. 선량측정은 광유도발광선량계 (Optically Stimulated Luminescent Dosimeter; OSLD) 를 이용했다(Figure 1).
실험은 본원의 CT simulation 장비인 SOMATON SENSATION OPEN(SIEMENS, GERMANY)을 이용했다.
성능/효과
3 mGy 과 NRPB의 권고 DLP값 800 mGy를 비교할 때 2%의 선량이 더 크게 나타났다. EC 권고치 780 mGy와 비교 시 5%의 선량 증가를 나타내며 일반적인 진단용CT 검사와 비교하여 상대적으로 높은 피폭선량을 나타났다.
OSLD를 이용한 측정된 선량 값은 흉부3D CT 검사 시심장 8.59 mGy, 심부 폐 7.68 mGy, 표면 폐 8.22 mGy, 척수 5.42 mGy, 피부표면 9.32 mGy가 측정되었고, 흉부 4DCT 검사 시 심장 50.41 mGy, 심부 폐 43.57 mGy, 표면 폐 44.27 mGy, 척수 36.49 mGy, 피부표면 55.18 mGy가 측정되어 4DCT 검사 시의 피폭선량이 3DCT 검사 시 피폭선량에 비해 평균 5.9±0.51배의 값을 가졌다 (Table 4, Figure 7).
복부3DCT 검사 시 CTDIvol 평균값은 9.28±1.28 mGy 의 값을 가졌으며 DLP값은 평균 515.2±77.93 mGy·cm 값을 가졌다.
복부3DCT 검사 시에는 간 9.19 mGy, 신장 9.58 mGy, 척수 6.43 mGy, 피부표면 12.52 mGy가 측정되었고, 복부4DCT 검사 시, 간 57.58 mGy, 신장 64.07 mGy, 척수 38.11 mGy, 피부표면 41.36 mGy가 측정되어 4DCT 검사시의 피폭선량이 3DCT 검사 시 피폭선량에 비해 평균 5.5±1.52배 높았다(Table 5, Figure 8).
복부4DCT 검사 시 고정 관전류법으로 35.8 mGy가 측정되었고 DLP값은 평균 821.6±60.32 mGy·cm로 측정됐다(Table 3, Figure 6).
복부검사 시 본 연구의 평균 DLP값 821.6±60.3 mGy 과 NRPB의 권고 DLP값 800 mGy를 비교할 때 2%의 선량이 더 크게 나타났다.
흉부3DCT 검사 시 폐암환자 각각의 CTDIvol 평균값은 6.21±1.14 mGy로 측정되었고 DLP값은 평균 373.5± 102.8 mGy·cm로 측정되었다.
흉부4DCT 검사 시 고정 관전류법에서 35.6 mGy의 고정된 선량값이 측정되었으며 각각의 DLP값은 평균 899.4± 54.95 mGy·cm 값을 가졌다(Table 2, Figure 5).
흉부검사 시 영국 방사선방호위원회(National Radiolo? gical Protection Board; NRPB, U.K)와 유럽공동체 (European Commission; EC) 기준의 DLP값은 650 mGy 로 본 연구의 DLP값 899.4±54.95 mGy와 비교하여 38% 선량이 더 크게 나타났다.
후속연구
결론적으로 환자의 피폭선량을 경감시킬 수 있도록 방사선치료계획용 4DCT 검사의 기준을 제시하여야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
환자호흡에 의한 내부적 움직임은 무엇으로 측정할 수 있는가?
환자호흡에 의한 내부적 움직임은 투시, 컴퓨터단층촬영 (Computed Tomography; CT), 초음파 이용한 검사를 통해 획득한 영상으로 측정할 수 있다. 내부장기 움직임을 구체화하기 위해서 현재 CT 영상을 기본으로 많은 연구가 진행되고 있다.
CT 영상에서 인체의 장기가 움직임에 따라 초래하는 현상은?
이러한 움직임은 진단을 목적으로 시행하는 CT 영상에 서는 해부학적 오류를 가져오며 치료목적으로 시행하는 영상에서는 종양이나 주위 정상조직 또는 결정장기의 왜곡을 초래하게 된다 1) . 방사선치료계획 시 환자의 호흡으로 인한 종양의 움직임은 표적용적에 큰 영향을 줄 수 있다.
방사선 치료목적의 컴퓨터단층촬영은 환자의 호흡상태를 유지하며 검사를 시행함으로 어떤 문제를 발생시키는가?
대부분의 진단목적의 CT 검사는 환자의 호흡을 멈춘 상태에서 시행한다. 반면 방사선 치료목적의 CT 검사는 환자의 호흡 상태를 유지하며 검사를 시행함으로 방사선치료 시 환자호흡에 의한 종양의 움직임은 치료선량 분포에 오차를 발생시킬 수 있다. 환자의 호흡에 따른 종양의 움직임에 대한 보완적 방법으로 현재 호흡주기영상검사 (4 Dimensional Computed Tomography; 4DCT)를 도입 하여 환자의 호흡주기 동안 내부종양 및 주변장기의 움직임 등 환자 개개인 특정정보의 영상을 얻을 수 있다는 장점 으로 인해 4DCT 검사가 증가하고 있다 1-2) .
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