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문제 정의
- 본 연구에서는 IMRT의 치료성적을 높이기 위한 노력의 일환으로 기본적인 오차원인을 좀 더 세부적으로 나누어 IMRT 환자의 치료 질환에 따른 부위별 QA 결과 분석을 통해 위치에 따는 오차의 원인과 정도를 분석하고 그 개선점을 찾아 임상에 적용하고자 한다.
- Tongue and groove 효과에 의해 평균 약 2% 이상, 최대 10% 이상의 선량 분포의 오차를 보고하고 있다* 이는 치료 계획 시 소조사면이 증가하게 되면 tongue and groove 효과의 발생빈도가 증가하게 되고 이것은 선량 분포와 측정의 오차도 불러일으킨디' 필름 선량계에서 오차율을 줄이기 위해서 tongue and groove 효과를 줄이는 것 또한 중요한 부분 중 하나이다. 본원에서는 동일한 치료 결과를 보인다면 무리하게 소조 사면의 수를 증가시키기 보다는 환자 별로 약 80~150개 정도의 적절한 소조사면의 수를 유지하여 tongue and groove 효과로 인한 오차를 줄이고자 노력하였다.
제안 방법
- (1) 필름 선량계: 필름 선량계는 상대 선량을 측정하는 방법으로 치료 계획된 선량분포와 실제 측정된 선량 분포 간의 상대적 선량 일치 여부를 알 수 있는 방법이므로, 필름을 phantom의 중심부에 삽입하여 전체 조사면에 대해 intensity map을 측정하였다(Fig. 2). 측정된 필름은 VerySoft (PTW-Freiburg) 프로그램을 통해 비교하였다.
- 4 (Nucletron, Veenendaal, Netherlands)#이용하여 이루어졌다. IMRT의 모든 치료 계획은 step and shoot 방식으로 4~9개의 field와 두경부와 골반부의 경우 100~150개, 유방의 경우 50~100개의 segment로 이루어졌다. 치료 계획 수립 후 IMRT QA를 시행하는데 이때 환자별로 점선량 측정과 필름 선량계 측정을 시행하였다.
- 측정된 필름은 VerySoft (PTW-Freiburg) 프로그램을 통해 비교하였다. Phantom으로 변환된 치료계획과 측정된 필름을 스캔한 영상을 VerySoft 로 입력한 후 두 영상의 등선량중심점을 일치시켜주었다. 필요한 경우, 영상의 회전을 통해 두 영상이 최대한 동일한 모양이 되도록 등선량중심점을 정확히 하였다.
- 필요한 경우, 영상의 회전을 통해 두 영상이 최대한 동일한 모양이 되도록 등선량중심점을 정확히 하였다. 등 선량 중심점이 일치된 영상에서 가능한 최대값을 가지는 지점을 정규화하였다. 정규화된 두 영상의 단위를 일치, 환산하는 과정을 통하여 완성 된 영상은 중첩 법을 이용하여 두 영상을 겹친 후 오차를 확인하였다.
- 치료 허용 기준으로는 치료 계획된 선량과 실제 측정된 선량과의 오차율 ±3%로 하였고 이것을 벗어나는 경우에는 set-up 오류를 점검하고 동일한 점은 물론 가까운 점들의 반복적인 재측정을 통해 오차율을 정확히 확인하고자 하였다. 반복적 측정에도 +3% 이상의 오차를 보이는 경우는 치료계획을 재 수립하여 QA와 치료를 진행하였다. 치료기는 Elekta Synergy Platform 으로 phantome 치료 부위에 따라 30x30x30 cm인 Solid Water Phantom (T29672, PTW-Freiburg, Freiburg, Germany)과 Cylinder 형 의 20x20 cm의 IMRT Head/Neck Phantom (T40015, PTW-Freiburg)을 각각 사용하였다.
- 선량값 변환은 등선량중심점에서 측정된 전리계의측정값을 100 MU에 대해 측정된 전리계의 값으로 환산하여 환산 값과 각 조사면에서 측정된 값을 계산하여 각각 조사 면의 선량을 확인 후 총 선량을 확인하였다. 치료 허용 기준으로는 치료 계획된 선량과 실제 측정된 선량과의 오차율 ±3%로 하였고 이것을 벗어나는 경우에는 set-up 오류를 점검하고 동일한 점은 물론 가까운 점들의 반복적인 재측정을 통해 오차율을 정확히 확인하고자 하였다.
- 등 선량 중심점이 일치된 영상에서 가능한 최대값을 가지는 지점을 정규화하였다. 정규화된 두 영상의 단위를 일치, 환산하는 과정을 통하여 완성 된 영상은 중첩 법을 이용하여 두 영상을 겹친 후 오차를 확인하였다. 이 과정에 필름 선량계로는 Kodak 사의 X-Omat XV 필름이 사용되었다.
- 필름의 선량 교정은 6 MV 광자선 에너지에 대해 선원과 Solid Water Phantom 표면과의 거리 (source - surface distance, SSD) 100 cm, 조사면적 10x10 cm로 # 지점에서 0 cGy, 3 cGy, 10 cGy, 15 cGy, 22 cGy, 31 cGy, 55 cGy, 92 cGy, 100 cGy, 113 cGy, 205 cGy, 300 cGy, 400 cGy, 500 cGy, 600 cGy, 700 cGy, 900 cGy를 조사하였다. 조사된 필름은 자동현상기 Pro 16 (Daesung, Seoul, Korea)을 이용하여 현상하였다. 현상된 필름은 농도계 Densix N4973 (PTW-Freiburg) 필 Mean =-0.
- IMRT의 모든 치료 계획은 step and shoot 방식으로 4~9개의 field와 두경부와 골반부의 경우 100~150개, 유방의 경우 50~100개의 segment로 이루어졌다. 치료 계획 수립 후 IMRT QA를 시행하는데 이때 환자별로 점선량 측정과 필름 선량계 측정을 시행하였다. QA 결과가 허용 오차 범위 내로 측정되면 다음 과정인 모의치료 과정을 진행하게 되고 그렇지 못할 경우 오차의 원인을 찾고, 필요한 경우 다시 치료 계획을 수립하기도 하였다.
- 선량값 변환은 등선량중심점에서 측정된 전리계의측정값을 100 MU에 대해 측정된 전리계의 값으로 환산하여 환산 값과 각 조사면에서 측정된 값을 계산하여 각각 조사 면의 선량을 확인 후 총 선량을 확인하였다. 치료 허용 기준으로는 치료 계획된 선량과 실제 측정된 선량과의 오차율 ±3%로 하였고 이것을 벗어나는 경우에는 set-up 오류를 점검하고 동일한 점은 물론 가까운 점들의 반복적인 재측정을 통해 오차율을 정확히 확인하고자 하였다. 반복적 측정에도 +3% 이상의 오차를 보이는 경우는 치료계획을 재 수립하여 QA와 치료를 진행하였다.
- QA 결과가 허용 오차 범위 내로 측정되면 다음 과정인 모의치료 과정을 진행하게 되고 그렇지 못할 경우 오차의 원인을 찾고, 필요한 경우 다시 치료 계획을 수립하기도 하였다. 치료가 결정된 경우 모의치료기를 이용하여 치료중심점을 재확인 후 선형가속기 Elekta Synergy Platform (Elekta, Crawley, UKStockholm, SwedenSSess)을 이용하여 치 료를 진행하였다.
- 치료계획 상의 선량 분포 결과와 phantom내 중심축 면에 필름을 삽입하여 얻은 선량 분포 결과를 이용하여 gamma index를 확인하였다. 저 선량은 임상적으로 의미 있는 영향이 없다고 판단하여 선량 분포 30% 이하의 영역은 고려하지 않았다")
- 이 과정에 필름 선량계로는 Kodak 사의 X-Omat XV 필름이 사용되었다. 필름의 선량 교정은 6 MV 광자선 에너지에 대해 선원과 Solid Water Phantom 표면과의 거리 (source - surface distance, SSD) 100 cm, 조사면적 10x10 cm로 # 지점에서 0 cGy, 3 cGy, 10 cGy, 15 cGy, 22 cGy, 31 cGy, 55 cGy, 92 cGy, 100 cGy, 113 cGy, 205 cGy, 300 cGy, 400 cGy, 500 cGy, 600 cGy, 700 cGy, 900 cGy를 조사하였다. 조사된 필름은 자동현상기 Pro 16 (Daesung, Seoul, Korea)을 이용하여 현상하였다.
- 측정점은 등선량중심점과 gross tumor volume (GTV) 내에 측정하는 것을 기준으로 한다. 하지만 본 연구에서는 GTV 내 다른 측정 점의 위치 선택의 일관성의 문제 등으로 등선량 중심점의 선량 측정만을 결과로 산출하였다.
- 조사된 필름은 자동현상기 Pro 16 (Daesung, Seoul, Korea)을 이용하여 현상하였다. 현상된 필름은 농도계 Densix N4973 (PTW-Freiburg) 필 Mean =-0.172 Standard derviation=2.24609름의 흡광도를 구해 선량 교정곡선을 얻어 VerySoft에 적용하였다.
- 환자 CT를 기반으로 이루어진 치료계획과 동일한 치료계획을 phantom상의 치료계획으로 변환 후 등 선량 중심점에서의 각각의 조사면에 대한 선량측정을 통해 총 선량을 확인하였다. 선량값 변환은 등선량중심점에서 측정된 전리계의측정값을 100 MU에 대해 측정된 전리계의 값으로 환산하여 환산 값과 각 조사면에서 측정된 값을 계산하여 각각 조사 면의 선량을 확인 후 총 선량을 확인하였다.
대상 데이터
- 반복적 측정에도 +3% 이상의 오차를 보이는 경우는 치료계획을 재 수립하여 QA와 치료를 진행하였다. 치료기는 Elekta Synergy Platform 으로 phantome 치료 부위에 따라 30x30x30 cm인 Solid Water Phantom (T29672, PTW-Freiburg, Freiburg, Germany)과 Cylinder 형 의 20x20 cm의 IMRT Head/Neck Phantom (T40015, PTW-Freiburg)을 각각 사용하였다.
데이터처리
- 2). 측정된 필름은 VerySoft (PTW-Freiburg) 프로그램을 통해 비교하였다. Phantom으로 변환된 치료계획과 측정된 필름을 스캔한 영상을 VerySoft 로 입력한 후 두 영상의 등선량중심점을 일치시켜주었다.
성능/효과
- 그리고 등선량곡선 90% 이상의 영역에서는 약 2%의 오차율을 확인하였다. 28명의 환자 중 5명의 환자에서는 3 mm?%의 허용 기준을 적용했을 때 10%의 오차를 벗어나는 것을 확인하였다. 유방암 환자의 경우 약 10%의 영역에서 오차를 보였다.
- 골반부 치료 환자의 경우 3 皿-3%의 허용 기준을 적용했을 때 6%, 90% 이상 영역에서는 0%의 오차를 보였다. 8명의 환자 중 1명의 환자는 10% 이상의 오차를 보이기도 했지만 대부분의 경우 치료계획 상의 선량 분포와 film 측정된 선량 분포가 전반적으로 일치하는 형태를 보임을 알 수 있었다. 50~60%의 선량 분포의 형태를 살펴보면 주요 장기 인 직장과 방광을 피해 선량 분포가 이루어짐을 알 수 있다.
- 두경부의 경우 3 mm-3%의 허용 기준을 적용했을 때 약 6%의 영역에서 오차를 보였다. 그리고 등선량곡선 90% 이상의 영역에서는 약 2%의 오차율을 확인하였다. 28명의 환자 중 5명의 환자에서는 3 mm?%의 허용 기준을 적용했을 때 10%의 오차를 벗어나는 것을 확인하였다.
- 두경부환자의 경우는 중심점은 물론 target 내의 다른 측정점에서도 허용 범위를 벗어난 오차를 보였다. 두경부 환자의 경우는 오차범위를 벗어난 환자의 수는 1명이었으나 그 오차범위는 비교적 큰 오차율을 보였고 특히 반복 측정점에서도 target 내에서 오차율이 크게 나타남을 확인하였다. 유방치료 환자와 골반부 치료 환자의 경우 처음 측정된 값에서는 오차 허용범위를 벗어났지만 반복 측정 시 target 내에서 비교적 안정적으로 허용 가능한 오차율을 보였다.
- 두경부환자의 경우 점선량측정과 필름선량 측정에서 다른 치료부위에 비해 큰 오차율을 보임을 확인할 수 있었다. 이것은 두경부환자의 해부학적 구조상 다른 치료 부위에 비해 치료 영역과 가까운 곳에 주요 장기들이 많이 위치하기 때문에 전반적으로 등선량 곡선의 분포가 조밀하고 큰 기울기를 가질 수밖에 없기 때문이다.
- 제시하였다. 본원에서 치료한 환자의 결과와 비교해 봤을 때 5% 이상의 점선량 오차값을 보이는 지점이 평균 3% 미만이고, 점선량 측정에서도 3% 미만의 평균 오차값을 보여 기존의 연구결과에서 제시한 조건에 부합함을 확인할 수 있었다. Mayer 등°은 세기조절방사선치료의 QA에서 필름선량분포 측정에서 1 mm의 선량기울기에서 상대 선량의 오차가 5% 이내여야 한다고 주장하고 있고, Kaurin 등”)은 치료계획과 측정치의 90% 선량분포를 비교하여 3 mni 이내의 오차를 가져야 하고, 90% 이상이 되는 영역은 5-8% 미만의 오차를 보여야 한다고 주장하였다.
- 본원에서도 일반적인 IMRT QA 과정을 수행하였고, 각 환자별 QA 결과를 분석한 결과, 점 선량 측정의 경우 50명의 환자 중 5명을 제외한 45명의 환자는 모두 본원에서 치료 가능 기준으로 두고 있는 ±3%로 이내로 오차율을 보였다. 본원은 두경부의 경우 약 -0.
- Mayer 등°은 세기조절방사선치료의 QA에서 필름선량분포 측정에서 1 mm의 선량기울기에서 상대 선량의 오차가 5% 이내여야 한다고 주장하고 있고, Kaurin 등”)은 치료계획과 측정치의 90% 선량분포를 비교하여 3 mni 이내의 오차를 가져야 하고, 90% 이상이 되는 영역은 5-8% 미만의 오차를 보여야 한다고 주장하였다. 연구자에 따라 허용 가능한 오차 범위가 조금씩 차이가 나므로 본원 치료 환자의 경우 3 mm-3%의 허용기준을 적용했을 때 90% 이상의 영역에서 최대 약 8%의 오차범위를 허용하였고 대부분 환자의 경우 평균 1% 이내로 나타나 컴퓨터 치료계획과 비교하여 잘 일치됨을 확인할 수 있었다.
- 오차범위를 벗어난 5명의 경우 ±3%를 초과하는 오차율을 보였는데 이것은 고선량 기울기영역에서 등선량 곡선의 기울기가 급격하고 조밀하게 나타남으로써 작은 set-up 오류에도 큰 선량의 차이를 나타내는 것을 확인하였다.
- 유방의 경우는 다른 부위의 targets 일반적인 형태와는 다르게 target의 형태가 기울기가 급격한 역 C형이고 주변 lung과 heart를 보호하는 형태의 선량 분포가 나타나므로 작은 set-up 오차에도 큰 점 선량 오차를 보일 수 있고, 실제 점선량 측정에서도 가장 큰 평균오차율을 보였다.
- 두경부 환자의 경우는 오차범위를 벗어난 환자의 수는 1명이었으나 그 오차범위는 비교적 큰 오차율을 보였고 특히 반복 측정점에서도 target 내에서 오차율이 크게 나타남을 확인하였다. 유방치료 환자와 골반부 치료 환자의 경우 처음 측정된 값에서는 오차 허용범위를 벗어났지만 반복 측정 시 target 내에서 비교적 안정적으로 허용 가능한 오차율을 보였다. 점선량 측정에서는 두경부 환자와 골반부 치료 환자가 오차범위를 벗어난 환자의 수가 유방암 환자에 비해 적었고, 전체적으로 가장 안정적인 QA 결과를 보였다.
- 이러한 문제를 해결하기 위해 본원의 경우 target 내에 등 선량 곡선의 기울기가 완만한 곳, 선량의 분포가 변화가 안정적인 곳을 점선량 측정점으로 선택하여 이러한 영향에 의한 오차를 줄일 수 있었다.
- 이상에서 살펴보았듯이 IMRT QA를 실행하면서 치료 위치에 따른 오차원인으로는 점선량의 측정 위치, 측정점개수, IMRT beam segment 수, target 모양, set-up 방법 등이 있다. 우리는 IMRT 시행에 따른 오차를 줄이기 위해 각환자 질환에 따른 부위별 점 선량의 측정위치를 선량 분포가 가장 안정적인 곳을 선택하고, 3~5개의 측정점을 기본으로 설정하고 있으며, 약 80~150개 사이의 적정한 segment 수, set-up error를 줄이기 위한 정확한 중심축 설정 등 작은 오차라도 줄이기 위해 노력하고 있다.
- 등 선량 곡선 90% 이상의 영역에서는 1%의 오차율을 확인할 수 있었다. 전체 14명의 환자 중 3명의 환자가 3 mm-3%의 허용기준을 적용했을 때 10% 이상의 오차율을 보이는 것을 확인하였다. 골반부 치료 환자의 경우 3 皿-3%의 허용 기준을 적용했을 때 6%, 90% 이상 영역에서는 0%의 오차를 보였다.
- 유방치료 환자와 골반부 치료 환자의 경우 처음 측정된 값에서는 오차 허용범위를 벗어났지만 반복 측정 시 target 내에서 비교적 안정적으로 허용 가능한 오차율을 보였다. 점선량 측정에서는 두경부 환자와 골반부 치료 환자가 오차범위를 벗어난 환자의 수가 유방암 환자에 비해 적었고, 전체적으로 가장 안정적인 QA 결과를 보였다.
- 40%를 보인다. 평균오차율은 유방암 환자가 가장 높게 나타남을 확인하였다.
후속연구
- 우리는 IMRT 시행에 따른 오차를 줄이기 위해 각환자 질환에 따른 부위별 점 선량의 측정위치를 선량 분포가 가장 안정적인 곳을 선택하고, 3~5개의 측정점을 기본으로 설정하고 있으며, 약 80~150개 사이의 적정한 segment 수, set-up error를 줄이기 위한 정확한 중심축 설정 등 작은 오차라도 줄이기 위해 노력하고 있다. 오차가 생기는 경우, 오차가 생기는 원인에 대한 정확한 이해를 통해 오차의 발생 원인을 줄여나가면서 QA의 정확성을 높이는 것은 매우 중요한 일임을 인식하고 그에 대한 많은 연구가 활발히 이뤄져야 할 것이다. 그리고 정확한 치료를 위한 QA의 중요성을 인식하면서도 과정의 번거로움으로 인해 소홀해지는 부분들이 발생되지 않도록 QA 과정의 편이성과 정확성이 보장된 IMRT QA에 대한 연구 등이 활발히 이루어지는 것도 시급한 과제이다.
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