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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 영상유도방사선치료에서 CBCT 시스템의 정도관리에 대한 중요성을 확인하고, 선형가속기의 기하학적 회전 불균형이 CBCT 시스템에 미치는 영향을 알아보기 하여 CBCT 영상에서 setup 오차의 변화를 분석하여 회전불균형에 대한 정도관리의 필요성을 확인하고자 하였다.
- CBCT 시스템을 기반으로 한 영상유도방사선치료 방법은 디지털 영상 기술의 발전과 함께 빠르게 성장하였다. 영상유도방사선치료는 환자의 치료 준비자세 오차를 줄여 방사선치료의 정확도를 높이는 것과 기하학적 정확도를 높임으로써 계획 표적 용적(Planning Target Volume; PTV) 영역을 조절하여 정상장기에 미치는 영향을 줄여주는 것 등의 목적을 가지고 시행된다. 세기변조방사선치료, 체적세기변조회전 방사선치료에서 환자 치료 준비자세 오차와 계획 표적 용적 및 정상 장기의 보호 여부가 방사선 치료 결과와 질에 중요한 영향을 미친다.
제안 방법
- Ball-bearing 팬텀을 이용한 MV 치료 빔 회전축과 CBCT 시스템의 갠트리 균형 조정 전, 후의 회전축 일치성 변화를 확인하였다. 갠트리 균형상태에서는 X, Y, Z 는 각각 0.
- . CBCT 시스템의 표준 정도관리 절차를 시행하여 정상적인 확인상태를 확인하였다11,12).
- CBCT 영상에서 체적에 따른 환자 setup 오차 변화율의 정도를 알아보기 위해 Catphan503 팬텀보다 큰 균질도 팬텀을 사용하여 회전 중심점에 설치하고, 360° 회전과 180° 회전 2가지 방법으로 CBCT 영상을 획득 하였다 (Fig. 3).
- Catphan503 팬텀과 균질도 팬텀을 이용한 setup 오차 변화를 확인하였다. 갠트리 균형이 안정적인 상태와 갠트리 불균형 상태 3차원 좌표계는 최대 오차 변화는 360°회전일 때 X축 방향으로는 gray 자동화 모드에서 1.
- 영상분석 방법은 갠트리 균형 조정 전ㆍ후의 획득 영상과 기준영상을 CBCT 시스템의 체적영상모드를 통해 bone, gray value registration 2가지의 자동화모드를 사용하여 X, Y, Z, Roll, Pitch, Yaw의 6차원적 setup 오차 변화를 분석 하였다. Catphan503의 각각의 구간 중 다양한 원통형 물질들이 들어있는 CTP404 구간을 이용하여 공간분해능 분석을 하였다(Fig. 4).
- v갠트리 균형상태와 갠트리 불균형상태에서 회전 변환계의 setup 오차 변화를 확인하였다. 회전 변환계에서 Pitch, Roll, Yaw 변화는 360° 회전에서 갠트리 불균형이 1단계, 2단계로 커질수록 평균적으로 0.
- 갠트리 회전 불균형에 대한 영향을 알아보기 위하여 갠트리의 균형을 임의적으로 약(week, step1), 강(strong, step2), 2단계로 조정하였으며, 장비에 현저한 무리를 주지 않는 선에서 진행하였다. 갠트리 균형 조정 후, Ball-bearing 팬텀으로 기하학적 정확도 변화를 확인하였고, Catphan503 팬텀과 균질도 팬텀의 CBCT 영상을 획득 하였다. 실험 전 Catphan503 팬텀과 균질도 팬텀을 각각 모의전산화단층촬영 하여 CBCT 시스템에 기준영상으로 등록하였다.
- 갠트리 균형상태에서 Ball-bearing 팬텀을 사용하여 기하학적 정확도를 확인하였고, Catphan503 팬텀을 테이블 상단에 레이저를 기준으로 회전 중심점에 CTP404 구간의 중심점에 설치하고 360° 회전과 180° 회전 2가지 방법으로 CBCT 영상을 획득하였다.
- 갠트리 회전 불균형에 대한 영향을 알아보기 위하여 갠트리의 균형을 임의적으로 약(week, step1), 강(strong, step2), 2단계로 조정하였으며, 장비에 현저한 무리를 주지 않는 선에서 진행하였다. 갠트리 균형 조정 후, Ball-bearing 팬텀으로 기하학적 정확도 변화를 확인하였고, Catphan503 팬텀과 균질도 팬텀의 CBCT 영상을 획득 하였다.
- 선형가속기(Elekta Synergy™, UK)의 CBCT 시스템(XVI, X-ray volume imaging Elekta, UK)과 3차원적체적영상획득모드(Volume View™ 3D image acquisition)를 이용하였다.
- 영상분석 방법은 갠트리 균형 조정 전ㆍ후의 획득 영상과 기준영상을 CBCT 시스템의 체적영상모드를 통해 bone, gray value registration 2가지의 자동화모드를 사용하여 X, Y, Z, Roll, Pitch, Yaw의 6차원적 setup 오차 변화를 분석 하였다. Catphan503의 각각의 구간 중 다양한 원통형 물질들이 들어있는 CTP404 구간을 이용하여 공간분해능 분석을 하였다(Fig.
- 이러한 최첨단 방사선치료 기법과 방사선수술(radio−surgery)은 정밀성이 요구되어지므로 제조사들은 kV(kilovoltage) 디지털영상 시스템을 부착하여 2D 영상과 3D 영상을 얻을 수 있는 콘빔 전산화단층촬영(Cone Beam Computed Tomography; CBCT) 시스템을 출시하여 상용화 하였다3,4).
대상 데이터
- 3차원 영상 획득은 관전압 120 kV, 관전류 40 mA를 사용하여 360°의 전체회전 및 시계 뱡향 회전(Clockwise, CW)에서는 1040 mAs, 740 frame, Field size Small(S20), F0(filter)와 180°의 반 회전 및 시계방향 회전에서는 32.5 mAs, 325 frame, S20, F0의 조건으로 2가지 체적영상을 획득하였다(Fig. 1).
- 기준 영상은 16채널 CT 시뮬레이터(Brilliance CT big Bore, Phillips, Holland)를 사용하여 120 kV, 250 mAs/Slice, thickness 3㎜, 0.813 pitch, standard filter의 조건으로 영상을 획득하였으며, ball-bearing (Elekta, UK) 팬텀, Catphan503(The phantom Laboratory, USA) 팬텀, 그리고 균질 팬텀(Homogeneous phantom, CIRS, USA)을 사용하였다(Fig. 2).
- 갠트리 균형 조정 후, Ball-bearing 팬텀으로 기하학적 정확도 변화를 확인하였고, Catphan503 팬텀과 균질도 팬텀의 CBCT 영상을 획득 하였다. 실험 전 Catphan503 팬텀과 균질도 팬텀을 각각 모의전산화단층촬영 하여 CBCT 시스템에 기준영상으로 등록하였다.
이론/모형
- CBCT 시스템의 정도관리 항목의 기준은 제조사의 합격판정시험을 기준으로 하였으며, 미국의학물리학회(American Association of Physicists in Medicine, AAPM) 보고서-179에 권고안이 마련되어 있고 참조하였다10). CBCT 시스템의 표준 정도관리 절차를 시행하여 정상적인 확인상태를 확인하였다11,12).
성능/효과
- 180° 회전에서 최대 오차 변화는 X축 방향으로는 bone 자동화 모드에서 0.5 ㎜에서 1.4 ㎜로 0.9 ㎜ 변화 나타냈고, Y축 방향으로는 gray 자동화 모드에서 0,6 ㎜에서 0.8 ㎜로 0.2 ㎜ 변화를 나타냈다.
- 갠트리의 회전 불균형이 커질수록 X, Y, Z 직교 좌표계 내의 변화는 기준권고안 1㎜ 이내를 만족하였으나, 회전 변환계에서는 회전 불균형이 커질수록 360° 회전의 bone 자동화 모드에서는 평균적으로 0.2°, 0.6°, 0.8°로 증가하는 추세를 나타내었으며, 180° 회전에서는 크게 차이가 없었다.
- 본 연구에서는 CBCT 시스템에 대한 정도관리를 확인한 결과 기계적 안정성 검사에서는 모두 정상 동작으로 기준 권고안을 만족하였고, 기하학적 정확성 검사에서는 MV 치료 빔 회전축과 CBCT 시스템 회전축과의 일치성, 등록과 교정의 정확성, 영상의 품질에서 기준 권고안을 모두 만족하는 결과를 나타내었다.
- 회전 변환계에서 Pitch, Roll, Yaw 변화는 360° 회전에서 갠트리 불균형이 1단계, 2단계로 커질수록 평균적으로 0.2°, 0.6°, 0.8 °로 증가하는 추세가 bone 자동화 모드에서 나타났고, 180° 회전에서는 큰 차이가 없었다.
후속연구
- 또한 직교 좌표계보다 회전 변환계의 setup 오차 변화율에 더 큰 영향을 미치는 것으로 보아 정확한 영상유도방사선치료를 시행하기 위해서는 치료전 환자자세 교정에서 회전변화에 X, Y, Z, pitch, roll, yaw의 6차원적 보정도 요구되어짐을 알 수 있다. 6차원보정이 가능한 장비를 이용함으로써 더 정확하고 정교한 영상유도방사선치료가 수행될 것으로 사료된다.
- Setup 오차의 변화율에 대한 신뢰도를 더 높이기 위하여 연구를 진행할 것이며, 본 연구의 결과가 CBCT 시스템의 정도관리와 영상유도방사선치료에 관한 연구 자료로서의 활용될 것으로 사료되며, CBCT 기반의 정확한 영상유도방사선치료를 수행하기 위해서는 갠트리의 균형을 확인해야 하는 정도관리의 항목으로 추가되어야 할 것으로 사료된다.
- 또한 균질도 팬텀은 균질성이 높아 bone, gray 자동화 모드가 불가하여 setup 오차 변화를 분석하지 못하였고, 균질성이 높은 해부학적 구조에서의 CBCT 시스템의 사용에는 자동화 모드 보다는 수동 모드 조작이 만족스러운 영상유도방사선치료가 될 것이다.
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