세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT)의 정도관리를 위해서 독립적인 방법으로 선량검증을 하는 것은 중요하다. 독립적 선량검증을 위해 팬톰과 이온전리함을 이용한 측정 방법이 보편적으로 이루어지지만 많은 시간과 노력이 요구된다. 본 연구에서는 세기조절방사선치료 시 시간에 따른 다엽콜리메이터의 움직임을 기록한 dynalog 파일을 이용하여 치료계획에서 도출된 총 실제 플루언스와 실제 치료 시의 모니터유닛(monitor unit, MU) 공간분포를 비교함으로써 간편한 세기조절방사선치료 정도관리 기술을 개발하였다. DICOM RT plan 파일로부터 총 실제 플루언스를 추출하고 MATLAB 코드를 이용하여 실제 치료 시 MU 공간분포를 dynalog 파일로부터 계산하였다. 개발된 방법의 효용성을 검증하기 위해 단계별조사기법과 동적조사기법으로 치료 받은 각 5명의 환자 데이터를 후향적으로 분석하였다. 분석 방법은 상용프로그램(Verisoft 3.1, PTW, German)에서 제공하는 감마인덱스를 사용하였다. 분석 결과 실제 치료 시의 MU 공간분포와 치료계획 상의 MU 공간분포 일치도가 평균 $97.8{\pm}1.33$%로 높은 일치도를 나타냈다. MU 공간분포 재구성의 정확도는 동적조사기법보다 단계별조사기법이 평균 1.4% 높았다. 본 연구에서 개발된 기술을 통해 세기조절방사선치료의 선량검증을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한 분할치료 시 선량보정에 적용함으로써 맞춤형치료(adaptive radiotherapy)를 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.
세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT)의 정도관리를 위해서 독립적인 방법으로 선량검증을 하는 것은 중요하다. 독립적 선량검증을 위해 팬톰과 이온전리함을 이용한 측정 방법이 보편적으로 이루어지지만 많은 시간과 노력이 요구된다. 본 연구에서는 세기조절방사선치료 시 시간에 따른 다엽콜리메이터의 움직임을 기록한 dynalog 파일을 이용하여 치료계획에서 도출된 총 실제 플루언스와 실제 치료 시의 모니터유닛(monitor unit, MU) 공간분포를 비교함으로써 간편한 세기조절방사선치료 정도관리 기술을 개발하였다. DICOM RT plan 파일로부터 총 실제 플루언스를 추출하고 MATLAB 코드를 이용하여 실제 치료 시 MU 공간분포를 dynalog 파일로부터 계산하였다. 개발된 방법의 효용성을 검증하기 위해 단계별조사기법과 동적조사기법으로 치료 받은 각 5명의 환자 데이터를 후향적으로 분석하였다. 분석 방법은 상용프로그램(Verisoft 3.1, PTW, German)에서 제공하는 감마인덱스를 사용하였다. 분석 결과 실제 치료 시의 MU 공간분포와 치료계획 상의 MU 공간분포 일치도가 평균 $97.8{\pm}1.33$%로 높은 일치도를 나타냈다. MU 공간분포 재구성의 정확도는 동적조사기법보다 단계별조사기법이 평균 1.4% 높았다. 본 연구에서 개발된 기술을 통해 세기조절방사선치료의 선량검증을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한 분할치료 시 선량보정에 적용함으로써 맞춤형치료(adaptive radiotherapy)를 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.
The measurement-based verification for intensity modulated radiation therapy (IMRT) is a time-and labor-consuming procedure. Instead, this study aims to develop a MU fluence reconstruction method for IMRT QA. Total actual fluences from treatment planning system (TPS, Eclipse 8.6, Varian) were select...
The measurement-based verification for intensity modulated radiation therapy (IMRT) is a time-and labor-consuming procedure. Instead, this study aims to develop a MU fluence reconstruction method for IMRT QA. Total actual fluences from treatment planning system (TPS, Eclipse 8.6, Varian) were selected as a reference. Delivered leaf positions according to MU were extracted by the dynalog file generated after IMRT delivery. An in-house software was develop to reconstruct MU fluence from the acquired delivered leaf position data using MATLAB. We investigated five patient's plans delivered by both step-and-shoot IMRT and sliding window technologies. The total actual fluence was compared with the MU fluence reconstructed by using commercial software (Verisoft 3.1, PTW) and gamma analysis method (criteria: 3%/3 mm and 2%/1 mm). Gamma pass rates were $97.8{\pm}1.33$% and the reconstructed fluence was shown good agreement with RTP-based actual fluence. The fluence from step and shoot IMRT was shown slightly higher agreement with the actual fluence than that from sliding window IMRT. If moving from IMRT QA measurements toward independent computer calculations, the developed method can be used for IMRT QA. A point dose calculation method from reconstructed fluences is under development for the routine IMRT QA purpose.
The measurement-based verification for intensity modulated radiation therapy (IMRT) is a time-and labor-consuming procedure. Instead, this study aims to develop a MU fluence reconstruction method for IMRT QA. Total actual fluences from treatment planning system (TPS, Eclipse 8.6, Varian) were selected as a reference. Delivered leaf positions according to MU were extracted by the dynalog file generated after IMRT delivery. An in-house software was develop to reconstruct MU fluence from the acquired delivered leaf position data using MATLAB. We investigated five patient's plans delivered by both step-and-shoot IMRT and sliding window technologies. The total actual fluence was compared with the MU fluence reconstructed by using commercial software (Verisoft 3.1, PTW) and gamma analysis method (criteria: 3%/3 mm and 2%/1 mm). Gamma pass rates were $97.8{\pm}1.33$% and the reconstructed fluence was shown good agreement with RTP-based actual fluence. The fluence from step and shoot IMRT was shown slightly higher agreement with the actual fluence than that from sliding window IMRT. If moving from IMRT QA measurements toward independent computer calculations, the developed method can be used for IMRT QA. A point dose calculation method from reconstructed fluences is under development for the routine IMRT QA purpose.
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문제 정의
그러나 정도관리를 위해 실험기구를 이용하여 측정하는 것은 많은 시간과 노력이 요구된다. 본 연구에서는 세기조절방사선치료 시 시간에 따른 다엽콜리메이터의 움직임을 기록한 dynalog 파일을 이용하여 계산한 MU 공간분포를 치료계획에서 도출된 총 실제 플루언스와 비교함으로써 간편한 세기조절방사선치료 정도관리 기술을 개발하였다.
제안 방법
Dynalog 파일로 부터 추출된 MU 당 다엽콜리메이터의 위치 정보로부터 재구성한 MU 공간분포와 총 실제 플루언스(total actual flunece)를 감마인덱스(gamma index)의 감마패스율(gamma pass rate)로 비교하였다. 3㎜, 3%의 허용기준에 대한 감마패스율은 평균적으로 97.
MU 공간분포를 재구성 하기위해 MATLAB (Matlab R20091, MathWorks) 코드로 한 점 P에서의 MU값을 계산하고 확장시켜 전체 2차원의 MU 공간분포를 계산하였다[11-14].
본 연구에서는 단계별조사기법(step-and-shoot technique)과 동적조사기법(sliding window)으로 치료 받은 각 환자 5명의 dynalog 파일을 가지고 총 실제 플루언스와 계산된 MU 공간분포의 감마 패스율(gamma pass rate)을 비교하였다. 감마인덱스의 허용기준을 3 ㎜, 3%로 적용하여 MU 공간분포 계산 알고리즘에 대한 효용성을 검증 하였고 1 ㎜, 2%로 적용하여 단계별조사기법 및 동적조사기법과 같은 전달 방법이 MU 공간분포에 미치는 영향을 알아보았다.
기존에 점 선량을 이용하여 세기조절방사선치료의 정도관리를 검증하던 방법과 달리 본 연구에서는 MU 공간 분포를 재구성하는 알고리즘을 대발하여 정도관리를 수행하였다. 그 결과 많은 시간과 노력이 요구되는 측정보다 간편하고 쉽게 정도관리를 실시할 수 있었다.
본 연구는 세기조절방사선치료의 정도관리를 위한 비교 기준으로 총 실제 플루언스(total actual fluence)를 사용하였다. 총 실제 플루언스는 2차원 행렬로 이루어진 MU 플루언스 지도(MU fluence map)이다.
그러므로 치료 시 조사영역의 MU 정보를 가지고 dynalog 파일에서 MU당 다엽콜리메이터의 위치를 계산할 수 있다. 본 연구에서는 MATLAB (Matlab R20091, MathWorks) 코드를 이용하여 MU 당 다엽콜리메이터 및 콜리메이터의 실제 위치를 추출하였다.
감마인덱스는 저선량 기울기 영역(low dose gradient region)에서는 선량 차이, 고선량 기울기 영역(high dose gradient region)에서는 거리 차이(distanceto-agreement; DTA)의 이중 허용 기준을 제시한 방법으로서 감마인덱스가 1이하일 때 총 실제 플루언스(total actual fluence)와 재구성한 MU 공간분포의 분포가 잘 일치하는 것으로 판정한다[1,15]. 본 연구에서는 단계별조사기법(step-and-shoot technique)과 동적조사기법(sliding window)으로 치료 받은 각 환자 5명의 dynalog 파일을 가지고 총 실제 플루언스와 계산된 MU 공간분포의 감마 패스율(gamma pass rate)을 비교하였다. 감마인덱스의 허용기준을 3 ㎜, 3%로 적용하여 MU 공간분포 계산 알고리즘에 대한 효용성을 검증 하였고 1 ㎜, 2%로 적용하여 단계별조사기법 및 동적조사기법과 같은 전달 방법이 MU 공간분포에 미치는 영향을 알아보았다.
세기조절방사선치료는 체내에 최적화되어 계산된 선량 분포를 구현하기 위해 방사선 세기가 서로 다른 여러 작은 세그먼트(segment)로 나누어 조사한다. 빔을 조사하는 방식에 따라 단계별조사기법(step-and-shoot technique)과 동적조사기법(sliding window)으로 구별한다. 단계별조사기법의 세기조절방사선치료는 다엽콜리메이터가 다음 세그먼트로 움직이는 동안 빔이 조사되지 않고 다음 세그먼트로 모든 다엽콜리메이터가 위치된 후 더 이상 움직이지 않을 때 빔이 조사되는 치료 방식이다.
세기조절방사선치료 정도관리로서 원통형 아크릴 팬톰(직경: 18 ㎝, 높이: 25 ㎝)과 이온전리함(직경: 0.15 ㎝, 높이: 0.5 ㎝ 체적: 0.125 ㏄, PTW, USA)을 사용하여 측정한 점 선량 값과 치료계획시스템에서 계산한 점 선량 값을 비교 하였다. 단계별조사기법으로 치료 받은 환자 5명의 치료 계획에 대해 실시한 정도관리에서는 실제 점 선량 값과 계산된 점 선량 값의 일치율이 각각 98.
세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT)는 다엽콜리메이터(Multileaf Collimator, MLC), 역방향치료계획 최적화 알고리즘(inverse treatment optimization algorithm)을 사용하여 주변 정상 조직에는 선량을 최소화하면서 표적에는 집중적으로 고선량을 조사할 수 있는 장점을 가지고 있다[1]. 세기조절방사선치료는 체내에 최적화되어 계산된 선량 분포를 구현하기 위해 방사선 세기가 서로 다른 여러 작은 세그먼트(segment)로 나누어 조사한다. 빔을 조사하는 방식에 따라 단계별조사기법(step-and-shoot technique)과 동적조사기법(sliding window)으로 구별한다.
6, VARIAN, USA)의 검증 치료계획(verification plan)을 사용하여 원통형 아크릴 팬톰(직경: 18 ㎝, 높이: 25 ㎝)에 계획된 선량분포를 재현한 후 관심 부위의 계산된 점 선량(point dose)을 얻었다. 원통형 아크릴 팬톰과 이온전리함(직경: 0.15 ㎝, 높이: 0.5 ㎝ 체적: 0.125 ㏄, PTW, USA)을 이용하여 관심부위의 점 선량을 측정하였다. 계산된 점 선량과 측정한 점 선량을 비교함으로서 치료용 선형가속기(CLINAC 2300IX, VARIAN, USA)의 빔 전달 정확도를 평가하였다.
환자의 치료 계획에 대해 계산된 MU 공간분포와 총 실제 플루언스(total actual fluecne)를 비교하기 위하여 감마인덱스(gamma index)를 사용하였고 허용기준을 1㎜, 2%로 적용하였다. 단계별조사기법(step-and-shoot technique)으로 치료 받은 환자 5명의 치료 계획에 대한 감마패스율의 평균은 각각 92.
환자의 치료 계획에 대해 계산된 MU 공간분포와 총 실제 플루언스(total actual fluence)의 비교하기 위하여 감마인덱스(gamma index)을 사용하였고 허용기준을 3㎜, 3%로 적용하였다. 단계별조사기법(step-and-shoot technique)으로 치료 받은 환자 5명의 치료 계획에 대한 감마패스율의 평균은 각각 97.
데이터처리
125 ㏄, PTW, USA)을 이용하여 관심부위의 점 선량을 측정하였다. 계산된 점 선량과 측정한 점 선량을 비교함으로서 치료용 선형가속기(CLINAC 2300IX, VARIAN, USA)의 빔 전달 정확도를 평가하였다.
세기조절방사선치료의 정도관리를 위해 치료계획시스템(ECLIPSE 8.6, VARIAN, USA)의 검증 치료계획(verification plan)을 사용하여 원통형 아크릴 팬톰(직경: 18 ㎝, 높이: 25 ㎝)에 계획된 선량분포를 재현한 후 관심 부위의 계산된 점 선량(point dose)을 얻었다. 원통형 아크릴 팬톰과 이온전리함(직경: 0.
이론/모형
총 실제 플루언스와 재구성한 MU 공간분포의 일치 여부를 정량적으로 평가하기 위해 Verisoft 3.1 (PTW, German)에서 제공하는 감마인덱스(gamma index)를 사용하였다. 감마인덱스는 저선량 기울기 영역(low dose gradient region)에서는 선량 차이, 고선량 기울기 영역(high dose gradient region)에서는 거리 차이(distanceto-agreement; DTA)의 이중 허용 기준을 제시한 방법으로서 감마인덱스가 1이하일 때 총 실제 플루언스(total actual fluence)와 재구성한 MU 공간분포의 분포가 잘 일치하는 것으로 판정한다[1,15].
총 실제 플루언스는 2차원 행렬로 이루어진 MU 플루언스 지도(MU fluence map)이다. 최적화 알고리즘(optimazation algorithm)으로부터 도출된 최적화 플루언스(optimal fluence)에서 MLC leaf 속도의 물리적 한계를 고려하여 계산되었다. 총 실제 플루언스는 단계별조사기법(step-and-shoot technique) 및 동적조사기법 (sliding window)과 같은 빔 조사 전달 방법에 의해 영향을 받으며 환자에게 전달되는 실제 플루언스이므로 치료 계획시스템에서 선량 계산을 하기 위하여 사용된다[6].
성능/효과
3㎜, 3%의 허용기준에 대한 감마패스율은 평균적으로 97.8±1.33%의 높은 감마패스율 값을 나타내었으며 MU 공간분포를 재구성하는 알고리즘의 효용성이 검증 되었다.
기존에 점 선량을 이용하여 세기조절방사선치료의 정도관리를 검증하던 방법과 달리 본 연구에서는 MU 공간 분포를 재구성하는 알고리즘을 대발하여 정도관리를 수행하였다. 그 결과 많은 시간과 노력이 요구되는 측정보다 간편하고 쉽게 정도관리를 실시할 수 있었다. 그러나 선량이 아닌 MU 공간분포간의 비교를 했다는 점과 MU 공간분포를 재구성하는 알고리즘에는 아직 DMLC 움직임을 고려하지 않은 한계를 가지고 있다.
단계별조사기법(step-and-shoot technique)으로 치료 받은 환자 5명의 치료 계획에 대한 감마패스율의 평균은 각각 92.4±2.2%, 93.3±1.4%, 94.7±2.1%, 95.6±1.6%, 95.9±1.8%를 나타내었다(Table
단계별조사기법(step-and-shoot technique)으로 치료 받은 환자 5명의 치료 계획에 대한 감마패스율의 평균은 각각 97.7±1.2%, 98.6±2.1%, 99.8±1.4%, 99.4±2.1%, 98.7±1.7%를 나타내었다(Table
단계별조사기법으로 치료 받은 환자 5명의 치료 계획에 대해 실시한 정도관리에서는 실제 점 선량 값과 계산된 점 선량 값의 일치율이 각각 98.0±1.3%, 96.8±3.1%, 99.2±2.2%, 98.7±1.4%, 98.5±1.3%로 평균 98.2%로 나타내었다(Table
). 단계별조사기법의 감마패스율이 동적조사기법의 감마패스율보다 평균 1.4% 더 높았고 총 실제 플루언스와 근접하게 일치함을 보였다.
). 단계별조사기법이 동적조사기법보다 높은 감마패스율을 보였지만 빔 전달 방식에 관계없이 전체적으로 높은 감마패스율을 보였다.
동적조사기법(sliding window)으로 치료 받은 환자 5명의 치료 계획에 대한 감마패스율의 평균은 각각 93.5±0.4%, 92.1±2.1%, 93.4±1.1%, 91.9±1.0%, 93.6±1.2%를 나타내었다(Table
동적조사기법(sliding window)으로 치료 받은 환자 5명의 치료 계획에 대한 감마패스율의 평균은 각각 96.5±2.3%, 97.2±1.5%, 97.4±1.5%, 95.5±2.1%, 96.9±1.7%을 나타내었다(Table
33%의 높은 감마패스율 값을 나타내었으며 MU 공간분포를 재구성하는 알고리즘의 효용성이 검증 되었다. 또한 허용기준 1 ㎜, 2%를 가지고 비교하였을 때 계산 알고리즘을 이용한 MU 공간분포 재구성의 정확도는 단계별조사기법이 동적조사기법 보다 더 높다는 것을 알 수 있었다.
DICOM RT plan 파일은 조사영역의 수, 각 조사영역 당 세그먼트(segment) 수, 총 실제 플루언스, 최적화플루언스, MU당 leaf 위치 등 환자 치료 시 선량을 전달하기 위한 전반적인 치료계획 정보를 가지고 있다. 상용 프로그램인 DICOM to ASCII Converter (VARIAN, USA)을 사용하여 DICOM RT plan 파일의 포맷을 ascii 파일의 포맷으로 전환한 후 DICOM RT plan 파일로부터 총 실제 플루언스를 추출할 수 있었다(Fig. 1).
). 이 결과는 실제 병원에서 사용하고 있는 치료용 선형가속기가 환자를 치료함에 있어서 치료 계획을 허용 범위안으로 전달한다는 것을 알 수 있다.
후속연구
그러나 선량이 아닌 MU 공간분포간의 비교를 했다는 점과 MU 공간분포를 재구성하는 알고리즘에는 아직 DMLC 움직임을 고려하지 않은 한계를 가지고 있다. DMLC의 움직임을 고려한 알고리즘을 개발하여 재구성된 MU 공간분포를 가지고 선량을 계산할 수 있다면 세기조절방사선치료의 정도관리에서 선량간의 비교가 가능할 것으로 기대된다. 또한 분할치료 시 선량보정에 적용함으로써 맞춤형치료(adaptive radiotherapy)를 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.
DMLC의 움직임을 고려한 알고리즘을 개발하여 재구성된 MU 공간분포를 가지고 선량을 계산할 수 있다면 세기조절방사선치료의 정도관리에서 선량간의 비교가 가능할 것으로 기대된다. 또한 분할치료 시 선량보정에 적용함으로써 맞춤형치료(adaptive radiotherapy)를 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
세기조절방사선치료의 장점은 무엇인가?
세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT)는 다엽콜리메이터(Multileaf Collimator, MLC), 역방향치료계획 최적화 알고리즘(inverse treatment optimization algorithm)을 사용하여 주변 정상 조직에는 선량을 최소화하면서 표적에는 집중적으로 고선량을 조사할수 있는 장점을 가지고 있다[1]. 세기조절방사선치료는 체내에 최적화되어 계산된 선량 분포를 구현하기 위해 방사선 세기가 서로 다른 여러 작은 세그먼트(segment)로 나누어 조사한다.
세기조절방사선치료는 빔을 조사하는 방식에 따라 어떻게 구별되는가?
세기조절방사선치료는 체내에 최적화되어 계산된 선량 분포를 구현하기 위해 방사선 세기가 서로 다른 여러 작은 세그먼트(segment)로 나누어 조사한다. 빔을 조사하는 방식에 따라 단계별조사기법(step-and-shoot technique)과 동적조사기법(sliding window)으로 구별한다. 단계별조사기법의 세기조절방사선치료는 다엽콜리메이터가 다음 세그먼트로 움직이는 동안 빔이 조사되지 않고 다음 세그먼트로 모든 다엽콜리메이터가 위치된 후 더 이상 움직이지 않을 때 빔이 조사 되는 치료 방식이다.
세기조절방사선치료는 체내에 최적화되어 계산된 선량 분포를 구현하기 위해 어떤 일을 수행하는가?
세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT)는 다엽콜리메이터(Multileaf Collimator, MLC), 역방향치료계획 최적화 알고리즘(inverse treatment optimization algorithm)을 사용하여 주변 정상 조직에는 선량을 최소화하면서 표적에는 집중적으로 고선량을 조사할수 있는 장점을 가지고 있다[1]. 세기조절방사선치료는 체내에 최적화되어 계산된 선량 분포를 구현하기 위해 방사선 세기가 서로 다른 여러 작은 세그먼트(segment)로 나누어 조사한다. 빔을 조사하는 방식에 따라 단계별조사기법(step-and-shoot technique)과 동적조사기법(sliding window)으로 구별한다.
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