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문제 정의
- 영상유도 방사선치료의 기준이 되는 Cone-Beam CT가 정확하지 않다면 정확한 영상유도를 할 수 없다. 본 연구에서는 물질과 호흡의 변화에 따라 Cone-Beam CT에 미치는 영향을 분석하고 평가하고자 한다.4-6)
제안 방법
- 네 번째 호흡의 변화에 따라 기존 호흡과 변경된 호흡의 중첩비율(Overlap percentage)에 따른 Cone-Beam CT 영향은 각 Overlap percentage에 따른 이미지 크기(Image size)를 측정하여 선형 회귀분석을 통하여 영향을 분석하였다. 아크릴(Arcyl)의 경우 Overlap percentage에 따라 결정계수 R 제곱값이 0.
- 두 번째 호흡의 변화에 따른 영향으로 기준호흡일 때의 획득한 Cone-Beam CT 영상을 1.0로 offset을 주어 변경된 호흡에 따라 획득된 영상을 비교하였다. 아크릴(Arcyl) 재질의 구는 기준호흡일 때와 비교하여 기저호흡(Baseline)이 1.
- 측정 시 사람의 눈으로 길이를 측정하기 때문에 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있도록 영상의 Window width를 arcyl의 경우 Full range HU로 조정하였으며, marker의 경우 0 - 최대(maximum)로 하였다. 또한 Ruler만을 이용하여 길이를 측정하지 않고 Line profile을 함께 이용하여 보다 정확하게 길이를 측정하였다.
- 7)에 변화를 주었다. 변화를 준 시점은 Cone-Beam CT 총 획득 시간인 60초를 기준으로 호흡의 변화가 Cone-Beam CT 획득 전반에 균등하게 반영될 수 있도록 15초 단위로 기준호흡과 변화를 준 호흡으로 번갈아 가면서 변화를 주었다. 다양한 호흡의 변화는 기저호흡의 경우 기준 호흡으로 움직이다가 1.
- 4). 이 기준 호흡에 다양한 변화를 주기 위하여 기저호흡(Baseline) (Fig. 5), 주기(Fig. 6), 진폭(Fig. 7)에 변화를 주었다. 변화를 준 시점은 Cone-Beam CT 총 획득 시간인 60초를 기준으로 호흡의 변화가 Cone-Beam CT 획득 전반에 균등하게 반영될 수 있도록 15초 단위로 기준호흡과 변화를 준 호흡으로 번갈아 가면서 변화를 주었다.
- 이와 같이 물질 및 호흡변화를 만들어 의료용 선형가속기(CLINAC iX, VARIAN, USA)의 On Board Imager System을 이용하여 Cone-Beam CT를 총 3회씩 획득하였다. 획득한 Cone-Beam CT 영상은 Offline Review Version 8.
- 8)를 이용하여 분석하였다. 측정 시 사람의 눈으로 길이를 측정하기 때문에 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있도록 영상의 Window width를 arcyl의 경우 Full range HU로 조정하였으며, marker의 경우 0 - 최대(maximum)로 하였다. 또한 Ruler만을 이용하여 길이를 측정하지 않고 Line profile을 함께 이용하여 보다 정확하게 길이를 측정하였다.
대상 데이터
- Cone-Beam CT에 호흡의 다양한 변화가 영상에 미치는 영향을 반영할 수 있도록 QUASAR Programmable Respiratory Motion Phantom (Moudus Medical Device Inc. CANADA)과 QUASAR Multi-Purpose Body Phantom (Moudus Medical Device Inc. CANADA) (Fig. 1)을 이용하였으며, 물질의 변화에 따라 영상에 미치는 영향을 반영하도록 임상에 사용되고 있는 표지자(Fiducial Marker) (Fig. 2)와 Lung 내 tumor를 반영할 수 있도록 Cedar Lung Tumour Insert (acryl) (Fig. 3)를 이용하였다.
- 5배의 변화를 주어 motion phantom의 움직임의 변화를 만들었다. 물질은 두 종류로 폐 등가 물질 내의 지름 3 cm인 구 형태의 아크릴(Acryl)과 임상에 이용되고 있는 Fiducial Marker를 이용하였다.
데이터처리
- 이와 같이 물질 및 호흡변화를 만들어 의료용 선형가속기(CLINAC iX, VARIAN, USA)의 On Board Imager System을 이용하여 Cone-Beam CT를 총 3회씩 획득하였다. 획득한 Cone-Beam CT 영상은 Offline Review Version 8.8 (VARIAN, USA) (Fig. 8)를 이용하여 분석하였다. 측정 시 사람의 눈으로 길이를 측정하기 때문에 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있도록 영상의 Window width를 arcyl의 경우 Full range HU로 조정하였으며, marker의 경우 0 - 최대(maximum)로 하였다.
성능/효과
- 세 번째 호흡의 변화에 따라 영상 중심 percentage. (Image center)의 변화는 Image center의 변화가 있는 기저호흡 변화(Baseline shift)의 경우를 제외하고 아크릴(Arcyl), Fiducial marker 모두 모든 조건에서 0.017 cm 이하의 변화를 보여, 가정한 결과가 맞음을 확인 할 수 있었다. 기저호흡(Baseline)이 1.
- Fiducial marker의 경우 metal artifact로 인하여 Overlap percentage에 따른 Cone-Beam CT 영향 분석에 알 수 있듯이 Cone-Beam CT 획득 시 모든 움직임이 거의 반영됨을 확인할 수 있었다. 이에 Fiducial marker를 이용한 영상유도에 metal artifact를 고려해야 한다고 사료된다.
- 017 cm 이하의 변화를 보여, 가정한 결과가 맞음을 확인 할 수 있었다. 기저호흡(Baseline)이 1.8 mm 이동 되었을 때 아크릴(Arcyl), Fiducial marker 모두 0.1 cm 정도의 변화를 보였으며, 기저호흡(Baseline)이 3.3 mm 이동 되었을 때 아크릴(Arcyl)의 경우 0.21 cm, Fiducial marker의 경우 0.16 cm의 Image center의 변화를 보였다(Table 3).
- Fiducial marker의 경우 실제의 움직임 보다 Cone-Beam CT 영상에서 측정된 크기는 20% 정도의 영향이 있었다. 또한 기존호흡에서 호흡의 변화에 따른 Cone-Beam CT 영상의 영향은 아크릴(Arcyl)의 경우 최소 13% 최대 43%의 차이를 보였으며, Fiducial marker의 경우 최소 18% 최대 66%의 변화를 보였다. 이런 영상의 차이는 보다 정확한 방사선 치료를 위한 영상유도에 큰 불확실성 요인이므로 Cone-Beam CT 획득 전에 환자가 충분히 안정을 취할 수 있는 시간을 주어 환자의 호흡이 안정화 될 수 있도록 해야 한다.
- 003의 결과를 얻었다. 얻은 결과를 통하여 아크릴(Arcyl)의 경우 Overlap percentage에 따라 이미지 크기(Image size)에 영향이 있음을 알 수 있었고, Fiducial marker의 경우 Overlap Percentage에 따라 이미지 크기(Image size)에 영향이 없음을 알 수 있었다(Fig. 9).
- 첫 번째 아크릴(Acryl)구와 표지자(Fiducial Marker)를 기준으로 정한 호흡(주기[Period] 1.5초, 진폭[Amplitude] 1 cm)으로 움직이면서 획득한 Cone-Beam CT를 분석한 결과 아크릴(Arcyl) 구는 실제의 크기와 같은 5 cm의 측정크기 나타내어 motion phantom의 움직임을 100% 나타내었고, Fiducial Marker의 경우 2 cm의 실제 크기를 2.6 cm의 측정 크기를 나타내어 실제보다 30% 큰 변화를 나타내었다(Table 1).
후속연구
- 이런 영상의 차이는 보다 정확한 방사선 치료를 위한 영상유도에 큰 불확실성 요인이므로 Cone-Beam CT 획득 전에 환자가 충분히 안정을 취할 수 있는 시간을 주어 환자의 호흡이 안정화 될 수 있도록 해야 한다. 또한 Cone-Beam CT 획득 중간에도 지속적인 환자의 호흡 관찰을 하여 환자의 큰 호흡변화를 관찰하였다면 영상유도 후에 반드시 투시를 이용하여 치료부위를 확인할 필요가 있으며, 재 Cone-Beam CT 획득을 통하여 보다 정확한 영상유도를 하는 것이 바람직하다고 사료된다.
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