방사선 치료에 있어서 정확한 환자 포지셔닝과 셋업은 치료의 성패를 좌우할 수 있는 중요한 인자이다. 기존의 방사선 치료실내에 장착된 3-laser system을 이용한 셋업에서, 최근에는 체표면 윤곽 스캐닝 시스템(C-Rad system)의 사용이 시도되고 있다. 체표면 윤곽 스캐닝 시스템의 유용성을 평가하기 위하여 C-Rad system과 3-laser system을 이용한 셋업 오차의 정확도를 비교, 평가함으로써 임상에서의 유용성을 확인하고자 하였다. 인체부위는 내부적인 움직임이 없고, 고정용구의 적용이 간편한 두경부로 한정하였으며, Alderson Rando anthropomorphic phantom과 두경부에 병변이 있는 방사선 치료 환자 10명을 대상으로 하였다. Phantom을 대상으로 한 C-RAD system의 셋업 에러 평균과 표준편차는 X축 $0.55{\pm}0.51mm$, Y축$-0.2{\pm}0.523mm$, Z축 $-0.85{\pm}0.587mm$로 나타났으며, 환자를 대상으로 한 실험에서는 X축 $-0.05{\pm}0.621mm$, Y축 $0.075{\pm}0.755mm$, Z축 $-1.025{\pm}0.617mm$로 산출되어, 전반적으로 3-laser system에 비해 셋업의 정확도가 우수하였으나, Z축의 에러 발생률은 C-RAD system이 약간 높게 나타났다. 체표면 윤곽 스캐닝 시스템은 두경부의 방사선 치료 시에 정확한 포지셔닝을 유도함으로써 셋업오차를 최소화 시키는데 기여할 것으로 사료된다.F
방사선 치료에 있어서 정확한 환자 포지셔닝과 셋업은 치료의 성패를 좌우할 수 있는 중요한 인자이다. 기존의 방사선 치료실내에 장착된 3-laser system을 이용한 셋업에서, 최근에는 체표면 윤곽 스캐닝 시스템(C-Rad system)의 사용이 시도되고 있다. 체표면 윤곽 스캐닝 시스템의 유용성을 평가하기 위하여 C-Rad system과 3-laser system을 이용한 셋업 오차의 정확도를 비교, 평가함으로써 임상에서의 유용성을 확인하고자 하였다. 인체부위는 내부적인 움직임이 없고, 고정용구의 적용이 간편한 두경부로 한정하였으며, Alderson Rando anthropomorphic phantom과 두경부에 병변이 있는 방사선 치료 환자 10명을 대상으로 하였다. Phantom을 대상으로 한 C-RAD system의 셋업 에러 평균과 표준편차는 X축 $0.55{\pm}0.51mm$, Y축 $-0.2{\pm}0.523mm$, Z축 $-0.85{\pm}0.587mm$로 나타났으며, 환자를 대상으로 한 실험에서는 X축 $-0.05{\pm}0.621mm$, Y축 $0.075{\pm}0.755mm$, Z축 $-1.025{\pm}0.617mm$로 산출되어, 전반적으로 3-laser system에 비해 셋업의 정확도가 우수하였으나, Z축의 에러 발생률은 C-RAD system이 약간 높게 나타났다. 체표면 윤곽 스캐닝 시스템은 두경부의 방사선 치료 시에 정확한 포지셔닝을 유도함으로써 셋업오차를 최소화 시키는데 기여할 것으로 사료된다.F
In radiotherapy, accurate patient positioning and set up are important factor that treatment can influence success. In generally, the 3-laser system is used when the patient set up. But today the body surface scanning system(C-Rad system) is trying to use. Compare and evaluate the C-Rad system and t...
In radiotherapy, accurate patient positioning and set up are important factor that treatment can influence success. In generally, the 3-laser system is used when the patient set up. But today the body surface scanning system(C-Rad system) is trying to use. Compare and evaluate the C-Rad system and the 3-laser system to check availability. Head and neck that are no movement of internal organs and easy to apply fixation device are limited. Alderson Rando anthropomorphic phantom and 10 patients who have lesions of head and neck are targeted. C-RAD system's setup error mean and standard deviation are the X axis($0.55{\pm}0.51mm$), Y axis($-0.2mm{\pm}0.523mm$), Z axis($-0.85{\pm}0.587mm$) in the phantom study, and in the patient study X axis($-0.05{\pm}0.621mm$), Y axis($0.075{\pm}0.755mm$) Z axis($-1.025{\pm}0.617mm$). So C-RAD system is better than 3-laser system mostly, but C-RAD system's error rate is a little worse than 3-laser system in the Z axis. When radiation treatment of head and neck, body surface contour scanning system contribute to correct positioning and minimize the set up error.
In radiotherapy, accurate patient positioning and set up are important factor that treatment can influence success. In generally, the 3-laser system is used when the patient set up. But today the body surface scanning system(C-Rad system) is trying to use. Compare and evaluate the C-Rad system and the 3-laser system to check availability. Head and neck that are no movement of internal organs and easy to apply fixation device are limited. Alderson Rando anthropomorphic phantom and 10 patients who have lesions of head and neck are targeted. C-RAD system's setup error mean and standard deviation are the X axis($0.55{\pm}0.51mm$), Y axis($-0.2mm{\pm}0.523mm$), Z axis($-0.85{\pm}0.587mm$) in the phantom study, and in the patient study X axis($-0.05{\pm}0.621mm$), Y axis($0.075{\pm}0.755mm$) Z axis($-1.025{\pm}0.617mm$). So C-RAD system is better than 3-laser system mostly, but C-RAD system's error rate is a little worse than 3-laser system in the Z axis. When radiation treatment of head and neck, body surface contour scanning system contribute to correct positioning and minimize the set up error.
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문제 정의
본 연구에서는 두경부 종양 치료 시 3-laser system 과 C-RAD system을 이용한 셋업을 비교, 분석함으로써 두경부를 대상으로 한 방사선치료 시 체표면 윤곽 스캐닝 시스템의 재현성을 통하여 임상에서의 유용성에 관한 연구를 하고자 한다.
현재의 방사선 치료는 3차원 입체조영치료, 세기변조 방사선치료(IMRT), 아크 세라피(Arc therapy) 등의 도입으로 종양의 실제적인 국소제어율의 증가와 함께 부작용 감소를 기대할 수 있게 되었으며, 최근 저분할 (hypo-fraction) 방사선 치료 및 방사선 수술에 대한 관심이 높아져 고정밀 방사선 치료의 중요성이 더욱 커지고 있으며, 동시에 환자 셋업의 정확도에 대한 부분도 매우 중요시 하게 되었다. 본 연구에서는 방사선치료시 셋업에 이용되고 있는 체표면 윤곽 스캐닝 시스템의 임상적인 유용성을 확인하기 위하여 phantom과 두경부 암 환자를 대상으로 X, Y, Z축의 셋업 에러를 분석 하여, 그 정확도를 평가하였다. 체표면 윤곽 스캐닝 시스템은 각 축에서 비교군에 비하여 발생된 셋업오차의 크기가 적었으며, 오차의 발생률도 적게 나타났다.
제안 방법
3-laser system과 C-RAD system을 이용하여 10명의 환자에 대한 X, Y, Z 축에서의 포지셔닝 오차를 개별적으로 4회 측정한 평균값을 [표 2]에 나타내었다.
이때 사용되어진 gantry 각도는 0°와 90°이며, CT 촬영 시 사용되어진 동중심점을 영상의 근원으로 플래닝하였다. 3-laser system의 셋업오차를 평가하기 위해 치료실에서 phantom에 마킹된 위치잡이용 라인을 치료실의 레이저에 맞춰서 셋업하였다. 위치 확인은 OBI로 두 직교 이미지를 촬영하여 치료계획시스템으로부터 추출된 DRR 이미지와 비교하였다[그림 2].
C-RAD system의 경우에는 C-RAD system으로 스캔하여 각 축의 relative 값이 ± 2 mm 미만일 경우에 한하여, OBI를 이용한 두 직교 이미지를 촬영하였다. C-RAD system의 기준 영상은 CT 영상으로부터 치료 계획시스템에 의해 구성된 3차원 체표면 영상을 기준으로 하였다. 이 기준 영상을 기초하여, X, Y, Z축에 대해 개별적으로 OBI 영상과의 조정을 통해 C-RAD system의 셋업 오차를 기록하였다.
치료용 베개를 사용하여 supine 자세로 촬영하였으며 2 mm 간격으로 두개 정점에서 흉추 2번까지 스캔 하였다. Phantom의 스캔 중앙으로서 안와 천장부에 동 중심점(iso-center)을 위치시켜 양 측면과 전면부 한 곳에 포지션 확인을 위한 X축, Y축, Z축의 위치잡이용 라인을 마킹하였다. 이렇게 얻어진 Dicom 3 format을 가지는 CT 영상은 치료 계획 시스템으로 전송하였다.
Phantom의 영상을 획득하기 위해 CT 촬영을 시행하였다. 치료용 베개를 사용하여 supine 자세로 촬영하였으며 2 mm 간격으로 두개 정점에서 흉추 2번까지 스캔 하였다.
3-laser system과 C-RAD system을 이용하여 phantom의 X, Y, Z축에서의 포지셔닝 오차측정을 위하여 20회 측정한 결과를 [표 1]에 나타내었다. X축에서 3-laser system 결과는 1 mm 17회, 2 mm 2회, 0 mm 1회로 측정 되었으며, C-RAD system의 결과는 1 mm 11회, 0 mm 9회로 측정 되었다. Y축의 경우 3-laser system의 결과는 1 mm 12회, 0 mm 7회, 2 mm 1회로 측정 되었으며, C-RAD system의 결과는 0 mm 14회, -1 mm 5회, 1 mm 1회로 측정 되었다.
이 기준 영상을 기초하여, X, Y, Z축에 대해 개별적으로 OBI 영상과의 조정을 통해 C-RAD system의 셋업 오차를 기록하였다. 각각 20회(일 4회, 5일)를 측정하여 포지셔닝 에러 발생률을 비교하였으며 X, Y, Z축 에러의 평균과 표준편차를 산출하였다.
두 영상 matching의 차이는 bony anatomy에 기초하였으며, 각 축에 대한 셋업 에러가 ± 2 mm를 초과하는 경우에는 다시 셋업을 시행하여 셋업 에러가 ± 2 mm 이내로 오차가 발생할 때까지 반복적으로 OBI를 촬영 하였다.
치료 계획 시스템으로 전송되어진 CT 영상은 체표면의 contouring을 통해 3차원 체표면 영상을 만들고 이렇게 얻어진 체표면 영상을 C-RAD system으로 전송하였다. 또한 치료실에서의 셋업 오차 평가를 위해 On Board Imager(OBI)용 setup field를 만들어서 디지털화재구성영상(Digitally Reconstructed Radiograph. DRR) 을 치료장비로 전송하였다. 이때 사용되어진 gantry 각도는 0°와 90°이며, CT 촬영 시 사용되어진 동중심점을 영상의 근원으로 플래닝하였다.
두경부에 병변이 있는 방사선치료 환자 중 10명을 대상으로 시행하였으며, 참여한 모든 환자는 본 연구의 목적을 숙지하였고 실험에 동의하였다. 모든 환자는 CT simulation을 실시하는 과정에서 환자에 기인한 움직임의 방지와 셋업 재현성을 용이하게 하기 위하여 두경부 고정용구인 optimold를 씌워 환자의 두경부를 고정시켰다[그림 3]. 셋업 에러의 허용오차는 ± 2 mm를 선택하였는데 이는 실제 임상에서 일반적으로 입체조영 방사선치료의 경우 ± 3～5 mm의 허용오차를 사용하고 있으나 IMRT의 경우에는 ± 1～2 mm 의 허용오차를 권고하고 있으므로, 두경부를 대상으로 하는 치료 임을 감안하여 ± 2 mm를 기준으로 설정하였다[2].
3-laser system의 셋업오차를 평가하기 위해 치료실에서 phantom에 마킹된 위치잡이용 라인을 치료실의 레이저에 맞춰서 셋업하였다. 위치 확인은 OBI로 두 직교 이미지를 촬영하여 치료계획시스템으로부터 추출된 DRR 이미지와 비교하였다[그림 2].
C-RAD system의 기준 영상은 CT 영상으로부터 치료 계획시스템에 의해 구성된 3차원 체표면 영상을 기준으로 하였다. 이 기준 영상을 기초하여, X, Y, Z축에 대해 개별적으로 OBI 영상과의 조정을 통해 C-RAD system의 셋업 오차를 기록하였다. 각각 20회(일 4회, 5일)를 측정하여 포지셔닝 에러 발생률을 비교하였으며 X, Y, Z축 에러의 평균과 표준편차를 산출하였다.
이때 사용되어진 gantry 각도는 0°와 90°이며, CT 촬영 시 사용되어진 동중심점을 영상의 근원으로 플래닝하였다.
이렇게 얻어진 Dicom 3 format을 가지는 CT 영상은 치료 계획 시스템으로 전송하였다. 치료 계획 시스템으로 전송되어진 CT 영상은 체표면의 contouring을 통해 3차원 체표면 영상을 만들고 이렇게 얻어진 체표면 영상을 C-RAD system으로 전송하였다. 또한 치료실에서의 셋업 오차 평가를 위해 On Board Imager(OBI)용 setup field를 만들어서 디지털화재구성영상(Digitally Reconstructed Radiograph.
Phantom의 영상을 획득하기 위해 CT 촬영을 시행하였다. 치료용 베개를 사용하여 supine 자세로 촬영하였으며 2 mm 간격으로 두개 정점에서 흉추 2번까지 스캔 하였다. Phantom의 스캔 중앙으로서 안와 천장부에 동 중심점(iso-center)을 위치시켜 양 측면과 전면부 한 곳에 포지션 확인을 위한 X축, Y축, Z축의 위치잡이용 라인을 마킹하였다.
대상 데이터
3D 체표면 윤곽 스캐닝 시스템인 C-RAD system (C-RAD AB, Uppsala, Sweden)을 대상으로 하였으며, Phantom은 Alderson Rando anthropomorphic phantom (Victoreen Co., USA)을 사용하였다. C-RAD system 의 하드웨어는 line scanning laser와 CCD 카메라로 구성되어 있으며, 치료 테이블에 대해 약 45〫정도의 경사로 gantry 앞쪽 천장에 장착된다[그림 1].
두경부에 병변이 있는 방사선치료 환자 중 10명을 대상으로 시행하였으며, 참여한 모든 환자는 본 연구의 목적을 숙지하였고 실험에 동의하였다. 모든 환자는 CT simulation을 실시하는 과정에서 환자에 기인한 움직임의 방지와 셋업 재현성을 용이하게 하기 위하여 두경부 고정용구인 optimold를 씌워 환자의 두경부를 고정시켰다[그림 3].
데이터처리
위에서 측정된 자료를 기초로 하여 3-laser system과 C-RAD system 각 축의 오차에 대한 평균과 표준편차 를 산출하였다. 3-laser system의 X축에서는 1.
위에서 측정된 자료를 기초로 하여 3-laser system과 C-RAD system 각 축의 오차에 대한 평균과 표준편차 를 산출하였다. 3-laser system의 X축에서는 1.
Phantom study X축에서는 3-laser system과 C-RAD system 모두 X축이 +방향으로 동일한 방향성을 보였으며, 수정없이 정확하게 일치한 경우에서는 C-RAD system이 우수하게 나타났다[표 1]. 오차 발생률에서 3-laser system은 95%로 나타났으나[그림 4], 표준편차는 거의 일정한 값 1 mm로 측정되면서 C-RAD system보다 낮은 ± 0.
체표면 윤곽 스캐닝 시스템은 각 축에서 비교군에 비하여 발생된 셋업오차의 크기가 적었으며, 오차의 발생률도 적게 나타났다. 그러 므로 비교군 장비에 비하여 정확도가 유지되어 치료계획과 일치되는 방사선 치료가 실시되고 있음을 확인할수 있었다. 이는 기계적, 시스템적인 에러 발생이 최소화된 셋업 장비로서 임상적 유용성이 증명되었다고 사료된다.
Z축의 경우 3-laser system은 +Z축으로의 일관된 방향성을 보이고, C-RAD system은 -Z축으로의 일관된 방향성을 보이면서 상이하게 나타났다[표 1]. 수정 없이 정확하게 일치한 경우는 3-laser system이 근소한 차이로 우수하게 나타났지만, 전체적인 에러의 평균과 표준 편차 값은 C-RAD system이 더 낮은 값을 보였다.
Z축을 살펴보면, 3-laser system의 경우 동일한 방향성을 나타내지 않았으며[표 2], 오차 발생률에 있어서 C-RAD system보다 13% 더 낮은 결과를 보였다[그림 5]. 이 결과는 C-RAD system이 X축과 Y축에서 에러 발생률이 조금 더 높게 나온 것과는 상반되는 것이며, 특히 눈여겨 볼 부분은 C-RAD system의 Z축 실험에 있어서 phantom study와 patient study 모두 -Z축으로 일관된 방향성을 보였다는 것이다[표 1][표 2]. 이것은 C-RAD system이 gantry 쪽이 아닌, 치료대 아래쪽(Y 축 -방향) 천장에 장착되어 있으므로 인해, 기하학적으로 3-laser system 보다 Z축에 있어서 더 민감한 반응을 나타내는 것으로 추정된다.
그러나 수정 없이 정확하게 일치한 경우에 있어서 C-RAD system이 70%를 보이면서 오차 발생률이 30%로 나타난 반면, 3-laser system에서는 65%의 오차 발생률을 보이며 현저한 차이가 났고[그림 4], 표준편차의 경우에는 비슷한 결과를 보였다. 이 측정값은 X축과 Z축에 비해 좋은 결과를 보였는데 그 이유는 rigid body인 Rando phantom을 사용함으로써 치료대의 처짐이나 rolling에 관계된 오차에 비해 상대적으로 Y축에서 안정성이 두드러지게 나타난 것으로 사료된다.
후속연구
이는 기계적, 시스템적인 에러 발생이 최소화된 셋업 장비로서 임상적 유용성이 증명되었다고 사료된다. 체표면 윤곽 스캐닝 시스템은 앞서 언급한 장점과 함께 환자 셋업 조정을 분석하는 장래성 있는 방법일 것이며, 두경부의 방사선 치료 시에 정확한 포지셔닝을 유도함으로써 셋업오차 마진을 최소화 시키는데 기여할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방사선 치료에서 환자 셋업에 대한 정확성이 요구되는 이유는 무엇인가?
이때 방사선 치료실에서는 모의치료 과정 때와 동일한 자세가 유지되어야 하므로, 정확한 환자의 위치잡이는 필수적이다[1]. 특히 근래의 3차원 입체조형치료(3-Dimentional Conformal Radiation Therapy. 3D CRT)와 세기변조 방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy. IMRT) 같은 치료방법들은 약간의 오차에도 선량의 변화가 발생하기 때문에 정확한 환자의 위치잡이와 고정이 치료의 성적에 큰 영향을 미친다[2]. 그러므로 방사선 치료 직전에 시행하는 정확한 치료부위 위치잡이 기술인 환자 셋업에 대한 정확성이 요구되는 것은 당연한 결과이며 이러한 불확실성을 줄여 셋업의 정확도를 극대화하기 위한, 특별한 고정용구와 확인장치 또한 발전되어 왔으며, 기존의 3-laser system에 체표면 윤곽 스캐닝을 결합시켜 치료개시 전보다 더 정확한 환자 위치잡이에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다[3-9].
C-RAD system이란?
3D 체표면 윤곽 스캐닝 시스템인 C-RAD system (C-RAD AB, Uppsala, Sweden)을 대상으로 하였으며, Phantom은 Alderson Rando anthropomorphic phantom (Victoreen Co., USA)을 사용하였다.
C-RAD system의 하드웨어는 어덯게 구성되어 있는가?
, USA)을 사용하였다. C-RAD system 의 하드웨어는 line scanning laser와 CCD 카메라로 구성되어 있으며, 치료 테이블에 대해 약 45〫정도의 경사로 gantry 앞쪽 천장에 장착된다[그림 1]. 이 레이저 스캔과 CCD 카메라를 사용하여 환자 외부의 체표면을 재구성하며, 스캐너는 4D 소프트웨어가 구동되는 PC에 연결된다.
참고문헌 (10)
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M. Krengli, S. Gaiano, and E. Mones, et al, "Reproducibility of patient setup by surface image registration system in conformal radiotherapy of prostate cancer," Int J Radiat Oncol, Vol.4, No.9, 2009.
C. Bert, K. G. Metheany, and K. Doppke, et al, "A phantom evaluation of a stereo-vision surface imaging system for radiotherapy setup," Med Phys, Vol.32, No.9, pp.2753-2762, 2005.
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P.A. Kupelian, C. Lee, and K. M. Langen, et al, "Evaluation of image-guidance strategies in the treatment of localized prostate cancer," Int J Radiat Oncol Biol Phys, Vol.70, No.4, pp.1151-1157, 2008.
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