이론/모형

• 본 연구에서는 Lewis 등의 연구를 참조하여 표적과 스캐너의 운동방정식을 정의했다. Fig.
• 1의 피치를 적용하여 나선형 4DCT 모드에서 영상을 획득하였다. 표적의 움직임은 제어 및 분석의 편의성을 위해 팬톰 내에 입력되어있는 SI 방향의 1차원 사인파형을 적용하였다. 본 연구에서는 표적의 속도에 따른 왜곡 정도 변화를 확인하기 위해 주기는 4s로 고정, 진폭은 10, 20, 30 mm로 변화를 주었으며, 4DCT 본 연구에서는 Siemens CT 스캐너(Sensation Open, Siemens Medical Systems, Forchheim, Germany)를 사용하였으며, 나선형 4DCT 모드에서 영상을 획득하였다. 호흡동조 프로그램으로는 벨트타입 시스템(AZ-733V, Anzai MEDICAL)을 사용하였으며, 호흡에 의한 표적의 움직임을 모사하기 위해 흉부 형태의 팬톰(Dynamic Thorax Phantom, CIRS, Norfolk, VA)을 사용하였다(Fig. 1). 조직

  성능/효과

  • 후)위상(phase)">위상 (phase) 영상에 비해 비교적 크게 나타남을 확인할 수 있다. 10 mm 진폭에서는 정지 영상대비 최대 0.2 cm (10%)지름 변화가 나타났고 20 mm 진폭에서는 최대 0.7 cm (35%)의 변화, 30 mm 진폭에서는 최대 0.9 cm (45%)의 지름 변화가 나타났다.
  • 5a에서 볼 수 있듯이 일정한 변화 경향을 확인할 수 있었다. 3 사례 모두 50% 위상(phase) 영상에서 비교적 작은 지름 변화가 관찰 되었는데 10 mm 진폭에서는 정지 영상 대비 변화가 없었고, 20 mm 진폭에서는 0.1 cm (5%)의 변화, 30 mm 진폭에서는 0.1 cm (5%)변화를 확인할 수 있었다. 반면 20∼30% 위상(phase) 또는 후)방사선 치료의">방사선치료의 전 과정에 있어서 정확한 영상의 획득은 더욱 중요시 되고 있으며, 영상의 정확성에 영향을 미치는 주요 원인 중 하나인 모션 아티팩트(motion artifact)를 줄이기 위한 연구가 활발히 진행 중에 있다.⁴⁾

    4DCT의 발전으로 움직임에 의해 유발될 수 있는 왜곡은 효율적으로 감소되었다. 하지만 4DCT 재구성 알고리듬의 특성상 detector slice thickness, sorting accuracy, partial projection artifact 등은 여전히 영상의 정확성을 감소시키는 주된 원인으로 보고되고 있다.

  • 후)실측 결과와">실측 결과와 동일한 표적의 움직임 및 CT 파라미터(parameter)를 적용하여 얻은 시뮬레이션 결과이다. Fig. 5b를 통해 확인할 수 있듯이 표적과 스캐너의 상대적 움직임에 의해 발생되는 이론적 지름변화는 표적의 속도가 가장 작은 50% 위상(phase) 구간에서 가장 작게 나타났고, 속도가 가장 큰 30, 80% 위상(phase) 구간에서 가장 크게 나타났다. 이상의 결과를 팬톰을 이용하여 획득한 실측 결과와 후)모델화한">모델화 한 결과이다. 극단적인 예로서 두 위상(phase)에서의 결과를 비교하였을 때 사선의 막대로 표시된 투영이미지(captured tumor image)가 50% 위상(phase)에 비해 30% 위상(phase)에서 더 길게 나타 남을 확인할 수 있다. 이상의 결과는 30% 위상(phase)에서 단위 시간당 움직인 표적의 면적이 50% 위상(phase)에 비해 상대적으로 크기 때문에 나타나는 현상이며 이는 Fig.
  • 후)이론 모델을">이론모델을 정의하여 분석을 수행하였다. 또한 이론모델에 기초한 분석 프로그램을 이용하여 특정 CT 파라미터 (parameter)상에서 위상 내 모션 아티팩트(residual motion artifact)의 발생 경향을 예상할 수 있었으며, 그에 따른 최적의 위상(phase) 선택에 도움을 줄 수 있었다.
  • 후)단위 시간당">단위시간당 움직인 표적의 면적 증가와 그에 따른 스캔라인(scan line) 노출 확률의 증가로 설명할 수 있다. 본 연구에서는 각 위상(phase) 내에서의 종양 움직임 정도(단위시간당 움직인 표적의 면적)를 이론 모델을 통하여 직관적으로 묘사 하였고, 이러한 움직임이 원인이 되어 발생될 수 있는 영상상의 왜곡(residual motion artifact)을 scan line의 노출확률 증가로서 증명하였다. 이상의 결과를 종합해 본 결과 호흡의 본 연구의 결과를 통해 규칙적인 1차원 표적움직임(sine motion)이 적용된 나선형 4DCT 영상에서도 위상 내 움직임에 의한 영상왜곡이 발생될 수 있음을 증명했다. 각 후)∆S값">∆S 값 또한 증가되는 결과를 확인할 수 있다. 이상의 결과 역시 본 연구에서 가정한 모델을 통해 단위시간당 움직인 표적의 면적 증가와 그에 따른 스캔라인(scan line) 노출 확률의 증가로 설명할 수 있다. 본 연구에서는 각 위상(phase) 내에서의 종양 움직임 후)나타남을">나타 남을 확인할 수 있다. 이상의 결과는 30% 위상(phase)에서 단위 시간당 움직인 표적의 면적이 50% 위상(phase)에 비해 상대적으로 크기 때문에 나타나는 현상이며 이는 Fig. 6c를 통해 직관적 이해가 가능하다. 즉, 후)노출 확률">노출확률 증가로서 증명하였다. 이상의 결과를 종합해 본 결과 호흡의 피크지점, 즉 위상 (phase) 내의 움직임이 가장 작은 지점을 기준(본 연구의 결과에서는 50% phase)으로 4D CT 영상을 재구성 했을 때 위상 내 모션 아티팩트(residual motion artifact)를 최소화 할수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
  • 후)지름 변화는">지름변화는 표적의 속도가 가장 작은 50% 위상(phase) 구간에서 가장 작게 나타났고, 속도가 가장 큰 30, 80% 위상(phase) 구간에서 가장 크게 나타났다. 이상의 결과를 팬톰을 이용하여 획득한 실측 결과와 비교해 봤을 때 변화 경향성 측면에서는 매우 유사한 패턴을 나타냈지만 변화량 측면에서는 실측 결과에 비해 다소 큰 값이 나타남을 확인할 수 있었다.
  • 9 cm (45%)의 지름 변화가 나타났다. 이상의 연구 결과는 규칙적인 1차원 표적 움직임이 적용된 4DCT 영상 내에서도 위상 내 움직임에 의한 영상왜곡이 존재하며 그 값이 각 위상(phase) 내에서의 표적속도에 비례하여 증가함을 설명해 주고 있다.
  • 6c를 통해 직관적 이해가 가능하다. 즉, 단위시간당 움직인 표적의 면적이 클수록 점선으로 표시된 scan line에 노출될 확률 또한 커지게 되며, 결론적으로는 사선의 막대로 표시된 투영된 표적의 이미지(captured target image)가 크게 나타나는 것이다. 진폭의 변화에 따른 지름변화(residual motion artifact)의 차이 역시 같은 맥락으로 이해가 가능하다.
  • 즉, 본 연구에 사용된 CT 스캐너의 빔 넓이(beam collimation=0.6 mm×40)와 beam pitch (0.1) 등을 식 (5)에 적용하여 스캐너 회전 당 치료 테이블의 이동거리(2.4 mm/0.5 s)를 구할 수 있었으며, 결론적으로 치료 테이블의 이동속도 4.8 mm/s (이론모델내의 스캐너 이동속도)를 획득할 수 있었다.
  • 주목할 만한 특징은 변화 경향이 각 위상(phase)에서의 표적 움직임과 밀접한 관계를 가지고 있다는 점이다. 표적의 속도가 가장 작은 50% 위상(phase) 영역에서는 정지 영상대비 최대 0.1 cm (5%)의 변화가 나타났고, 표적의 속도가 가장 큰 30% 또는 80% 위상(phase) 영역에서는 최대 0.9 cm (45%)의 지름 변화가 나타났다. 이상의 후)지름 변화를">지름변화를 측정한 결과이다. 표적의 주기를 4s로 고정한 후 진폭을 10, 20, 30 mm로 구분하여 각 위상(phase)별 표적의 지름 변화(∆S)를 측정한 결과 Fig. 5a에서 볼 수 있듯이 일정한 변화 경향을 확인할 수 있었다. 3 사례 모두 50% 위상(phase) 영상에서 비교적 작은 지름 변화가 후)정도면에서">정도 면에서 다소 큰 값이 발생될 수밖에 없다. 하지만 Fig. 5를 통해 확인 가능하듯이 위상 내 모션 아티팩트(residual motion artifact)의 변화 경향을 파악함에 있어서 의미 있는 결과를 확인할 수 있었으며, 개발된 분석 프로그램을 이용하여 특정 CT 파라미터(parameter)에서 위상 내 모션 아티팩트(residual motion artifact)의 변화 경향성을 예측할 수 있었다.

  후속연구

  • 후)다양화할">다양화 할 필요가 있었다. 따라서 추후의 연구에서는 본 연구를 통해 개발된 프로그램을 이용, 실제 호흡신호(불규칙한 호흡패턴)를 적용하여 결과를 획득할 예정이며, 좀 더 다양한 CT 파라미터(parameter)를 적용, 실제 임상에 적용할 수 있는 유용한 결과를 도출해 볼 계획이다.
  • 비록 본 연구에서는 규칙적인 1차원 표적 움직임 및 특정 CT 파라미터(parameter)에 한정하여 결론을 도출 하였지만 좀 더 의미 있는 연구 결과를 획득하기 위해서는 연구에 적용된 CT 파라미터(parameter) 및 표적의 움직임을 다양화 할 필요가 있었다. 따라서 추후의 연구에서는 본 연구를 통해 개발된 프로그램을 이용, 실제 후)치료테이블의">치료 테이블의 이동과 종양 움직임의 상호작용에 의해 발생되는 모션 아티팩트를 이론적인 모델을 통해 분석한 Lewis와 Jiang¹¹⁾의 연구는 모션 아티팩트의 유형별 특성 및 원인 분석에 많은 도움을 주었다. 하지만 연구에 적용된 모델 설정상 4DCT 영상에 적용하기 위해서는 이론적 보완이 필요할 것으로 여겨진다. 따라서 본 연구에서는 호흡에 의한 표적의 움직임 모사가 가능한 팬톰을 이용, 나선형 4DCT 영상에서 발생되는 위상 내 모션 아티팩트(residual motion artifact)의 경향을 분석하고자 하며, 그 특성 및 원인 분석을 위한 이론적 모델을 제시하고자 한다.