목 적: 방사선 치료 중 정확한 환자의 셋업 확인과 선량 측정용으로 사용되었던 film을 대신 하여 현재는 전자포탈영상장치(EPID)가 장착된 장비가 증가하고 있다. 이에 본 논문은 전자포탈영상장치 사용 시 자세확인의 정확성과 선량측정의 유용성을 평가해 보고자 한다. 대상 및 방법: 대한방사선치료학회, 대한방사선종양학회, Pubmed에서 "EPID", "Portal dosimetry", "Portal image", "Dose verification", "Quality control", "Cine mode", "Quality - assurance", "In vivo dosimetry"와 같은 용어로 검색하여 획득한 50개의 자료(1997~2012)를 대상으로 EPID의 역사와 선량측정(dosimetry), 자세확인(set-up verification), EPID 특성으로 구분하여 EPID의 유용성을 분석 하였다. 결 과: EPID는 1세대 Liquid-filled ionization chamber, 2세대 Camera based fluroscopic, 3세대 Amorphous-silicon 순으로 발전하였으며, EPID 촬영 모드에는 크게 EPID mode, Cine mode, Integrated mode로 나뉜다. 필름과 EPID의 절대선량정확성 평가를 한 결과 EPID는 1%, EDR2 필름은 3% 이내로 나타나 오차 측정 정확도가 필름에 비해 EPID가 우수하다는 것을 알 수 있었고, 치료계획 시스템으로부터 계산된 기준 조사면과 EDR2 필름, EPID로 측정한 기준 조사면의 선량 분포를 중첩하여 감마 분석한 결과 필름과 EPID 모두 허용기준 3%/3 mm와 2%/2 mm에서 감마값이 1을 초과하는 화소(r%>1)가 전체 화소의 2% 이내였다. 또한 업무 부하 비교에 있어 세기조절방사선 치료에서 전 과정 QA를 수행하는데 소요되는 시간은 EDR2 필름이 약 110분, EPID가 약 55분으로 측정되었다. 결 론: 전자포탈영상장치의 이용은 선량측정과 자세확인에 있어 기존의 복잡하고 번거로웠던 film과 전리조(Ionization chamber)를 대체하기에 충분하였으며, 특히 세기조절방사선치료의 정도관리에 있어 매우 유용하고 효율적이며 정확한 선량 측정 장치임을 알 수 있었다. 또한, 전자포탈영상장치를 이용한 Cine mode 촬영은 횡격막의 움직임에 따라 유동성이 큰 폐와 간의 경우나 자세의 안정성이 불안한 직장암 환자의 경우 추가 선량 없이 실시간으로 종양의 위치를 확인 할 수 있다는 장점이 있어 최적의 방사선 치료 구현이 가능하리라 사료된다.
목 적: 방사선 치료 중 정확한 환자의 셋업 확인과 선량 측정용으로 사용되었던 film을 대신 하여 현재는 전자포탈영상장치(EPID)가 장착된 장비가 증가하고 있다. 이에 본 논문은 전자포탈영상장치 사용 시 자세확인의 정확성과 선량측정의 유용성을 평가해 보고자 한다. 대상 및 방법: 대한방사선치료학회, 대한방사선종양학회, Pubmed에서 "EPID", "Portal dosimetry", "Portal image", "Dose verification", "Quality control", "Cine mode", "Quality - assurance", "In vivo dosimetry"와 같은 용어로 검색하여 획득한 50개의 자료(1997~2012)를 대상으로 EPID의 역사와 선량측정(dosimetry), 자세확인(set-up verification), EPID 특성으로 구분하여 EPID의 유용성을 분석 하였다. 결 과: EPID는 1세대 Liquid-filled ionization chamber, 2세대 Camera based fluroscopic, 3세대 Amorphous-silicon 순으로 발전하였으며, EPID 촬영 모드에는 크게 EPID mode, Cine mode, Integrated mode로 나뉜다. 필름과 EPID의 절대선량정확성 평가를 한 결과 EPID는 1%, EDR2 필름은 3% 이내로 나타나 오차 측정 정확도가 필름에 비해 EPID가 우수하다는 것을 알 수 있었고, 치료계획 시스템으로부터 계산된 기준 조사면과 EDR2 필름, EPID로 측정한 기준 조사면의 선량 분포를 중첩하여 감마 분석한 결과 필름과 EPID 모두 허용기준 3%/3 mm와 2%/2 mm에서 감마값이 1을 초과하는 화소(r%>1)가 전체 화소의 2% 이내였다. 또한 업무 부하 비교에 있어 세기조절방사선 치료에서 전 과정 QA를 수행하는데 소요되는 시간은 EDR2 필름이 약 110분, EPID가 약 55분으로 측정되었다. 결 론: 전자포탈영상장치의 이용은 선량측정과 자세확인에 있어 기존의 복잡하고 번거로웠던 film과 전리조(Ionization chamber)를 대체하기에 충분하였으며, 특히 세기조절방사선치료의 정도관리에 있어 매우 유용하고 효율적이며 정확한 선량 측정 장치임을 알 수 있었다. 또한, 전자포탈영상장치를 이용한 Cine mode 촬영은 횡격막의 움직임에 따라 유동성이 큰 폐와 간의 경우나 자세의 안정성이 불안한 직장암 환자의 경우 추가 선량 없이 실시간으로 종양의 위치를 확인 할 수 있다는 장점이 있어 최적의 방사선 치료 구현이 가능하리라 사료된다.
Purpose: Replacing the film which used to be used for checking the set-up of the patient and dosimetry during radiation therapy, more and more EPID equipped devices are in use at present. Accordingly, this article tried to evaluated the accuracy of the position check-up and the usefulness of dosimet...
Purpose: Replacing the film which used to be used for checking the set-up of the patient and dosimetry during radiation therapy, more and more EPID equipped devices are in use at present. Accordingly, this article tried to evaluated the accuracy of the position check-up and the usefulness of dosimetry during the use of an electronic portal imaging device. Materials and Methods: On 50 materials acquired with the search of Korea Society Radiotherapeutic Technology, The Korean Society for Radiation Oncology, and Pubmed using "EPID", "Portal dosimetry", "Portal image", "Dose verification", "Quality control", "Cine mode", "Quality - assurance", and "In vivo dosimetry" as indexes, the usefulness of EPID was analyzed by classifying them as history of EPID and dosimetry, set-up verification and characteristics of EPID. Results: EPID is developed from the first generation of Liquid-filled ionization chamber, through the second generation of Camera-based fluoroscopy, and to the third generation of Amorphous-silicon EPID imaging modes can be divided into EPID mode, Cine mode and Integrated mode. When evaluating absolute dose accuracy of films and EPID, it was found that EPID showed within 1% and EDR2 film showed within 3% errors. It was confirmed that EPID is better in error measurement accuracy than film. When gamma analyzing the dose distribution of the base exposure plane which was calculated from therapy planning system, and planes calculated by EDR2 film and EPID, both film and EPID showed less than 2% of pixels which exceeded 1 at gamma values (r%>1) with in the thresholds such as 3%/3 mm and 2%/2 mm respectively. For the time needed for full course QA in IMRT to compare loads, EDR2 film recorded approximately 110 minutes, and EPID recorded approximately 55 minutes. Conclusion: EPID could easily replace conventional complicated and troublesome film and ionization chamber which used to be used for dosimetry and set-up verification, and it was proved to be very efficient and accurate dosimetry device in quality assurance of IMRT (intensity modulated radiation therapy). As cine mode imaging using EPID allows locating tumors in real-time without additional dose in lung and liver which are mobile according to movements of diaphragm and in rectal cancer patients who have unstable position, it may help to implement the most optimal radiotherapy for patients.
Purpose: Replacing the film which used to be used for checking the set-up of the patient and dosimetry during radiation therapy, more and more EPID equipped devices are in use at present. Accordingly, this article tried to evaluated the accuracy of the position check-up and the usefulness of dosimetry during the use of an electronic portal imaging device. Materials and Methods: On 50 materials acquired with the search of Korea Society Radiotherapeutic Technology, The Korean Society for Radiation Oncology, and Pubmed using "EPID", "Portal dosimetry", "Portal image", "Dose verification", "Quality control", "Cine mode", "Quality - assurance", and "In vivo dosimetry" as indexes, the usefulness of EPID was analyzed by classifying them as history of EPID and dosimetry, set-up verification and characteristics of EPID. Results: EPID is developed from the first generation of Liquid-filled ionization chamber, through the second generation of Camera-based fluoroscopy, and to the third generation of Amorphous-silicon EPID imaging modes can be divided into EPID mode, Cine mode and Integrated mode. When evaluating absolute dose accuracy of films and EPID, it was found that EPID showed within 1% and EDR2 film showed within 3% errors. It was confirmed that EPID is better in error measurement accuracy than film. When gamma analyzing the dose distribution of the base exposure plane which was calculated from therapy planning system, and planes calculated by EDR2 film and EPID, both film and EPID showed less than 2% of pixels which exceeded 1 at gamma values (r%>1) with in the thresholds such as 3%/3 mm and 2%/2 mm respectively. For the time needed for full course QA in IMRT to compare loads, EDR2 film recorded approximately 110 minutes, and EPID recorded approximately 55 minutes. Conclusion: EPID could easily replace conventional complicated and troublesome film and ionization chamber which used to be used for dosimetry and set-up verification, and it was proved to be very efficient and accurate dosimetry device in quality assurance of IMRT (intensity modulated radiation therapy). As cine mode imaging using EPID allows locating tumors in real-time without additional dose in lung and liver which are mobile according to movements of diaphragm and in rectal cancer patients who have unstable position, it may help to implement the most optimal radiotherapy for patients.
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문제 정의
이에 본 논문은 EPID의 선량 측정과 관련된 논문과 환자의 셋업 확인을 위한 EPID의 임상적 적용에 관한 논문들을 review 하여 EPID에 대한 최적의 임상적 활용 방안에 대하여 고찰해 보기 위함이다(Fig. 1).
가설 설정
9,14,19,21,22) 환자로부터 발생되는 산란 방사선을 감약시키기 위하여 포털 선량측정(portal dosimetry)을 위한 추가적인 buildup material이 필요하다. a-Si EPID의 단점은 ghosting effect와 Image lagging이 발생한다는 것이다.23) Ghosting effect는 trap된 전하가 표면층의 전기장의 힘을 변화시키고 그 현상이 수 분 동안 지속되면서 허상(artifact)으로서 나타나는 것이다.
제안 방법
두 시스템에서 선량분포 일치 여부와 MLC leaf 위치오차에 대한 감지 능력을 평가하기 위해 허용기준 3%/3 mm와 2%/2 mm를 적용하여 기준 조사면과 오차 평가 조사면의 감마 pass-fail결과를 비교하였다. 그리고 두 시스템의 QA수행에 소요되는 시간을 측정하였다. 이 연구에서의 절대선량 정확성은 EPID는 1% 이내, 필름은 3% 이내의 오차 측정 정확도를 보여 EPID가 더 나은 정확도를 보였고, 상대선량 정확성은 두 시스템에서 모두 감마(γ)값이 1을 초과하는 화소가 전체 화소의 2% 이내이어서 98%의 일치성을 보여 주고 있다.
대한방사선치료학회, 대한방사선종양학회, Pubmed에서 “EPID”, “Portal dosimetry”, “Portal image”, “Dose verification”, “Quality control”, “Cine mode”, “Quality - assurance”, “In vivo dosimetry”와 같은 용어로 검색하여 획득한 50개의 자료(1985∼2012)를 대상으로 EPID의 역사와 선량측정(dosimetry), 자세확인(set-up verification), EPID 특성으로 구분하여 EPID의 유용성을 분석 하였다(Table 1).
여기서 감마 값이란 저선량 기울기 영역(low dose gradient region)에서는 선량 차이, 고선량 기울기 영역(high dose gradient region)에서는 거리 차이(distance-to-agreement; DTA)의 이중 허용 기준을 제시한 방법으로서 감마값이 1 이하일 때는 치료계획 선량분포와 측정 선량분포가 잘 일치하는 것으로 판정한다. 두 시스템에서 선량분포 일치 여부와 MLC leaf 위치오차에 대한 감지 능력을 평가하기 위해 허용기준 3%/3 mm와 2%/2 mm를 적용하여 기준 조사면과 오차 평가 조사면의 감마 pass-fail결과를 비교하였다. 그리고 두 시스템의 QA수행에 소요되는 시간을 측정하였다.
전자는 4∼6 MU의 작은 선량을 사용하여 영상을 제공하였고, 후자는 30∼80 MU의 전체 치료 선량을 이용해 영상을 얻었다.
대상 데이터
전자포탈영상장치는 1세대 Liquid-filled ionization chamber, 2세대 Camera based fluroscopic, 3세대 Amorphous- silicon 순으로 발전하였으며, 각 세대 별 특징은 다음과 같다.
성능/효과
(3) EPID Dosimetry의 유용성: 최신 치료기법인 IMRT는 최적화된 선량 분포를 구현하여 종양 주변의 정상 조직에는 최소한의 선량을 조사하면서 종양 표적에는 집중적으로 고선량을 조사할 수 있다. 통상적인 빔의 분포는 3∼5개로 구성 되는데 비해 IMRT는 50∼70개의 세그먼트로 구성되어 이상적인 공간적 선량 분포를 제공하는 장점 때문에 최근 그 사용이 급격하게 증가하고 있다.
8 mm 간격 내 공간에 채워진 유기가스가 전리되어 활성화된다.2) 전극의 각 세트는 32.5 cm의 활성 영역을 제공하기 위해 1.27 mm의 공간을 두는 256개의 wire로 구성되었으며, 한 세트의 전극은 256개의 전위계에 연결되고 다른 한 세트는 300 V의 고전압에 연결된다. 샘플링 시간(Sampling time)은 한 줄 당 20 ms로서 영상 스캔 시간은 약 5.
EPID는 여러 각도에서 입사되는 Beam을 직접적으로 측정 가능하게 하였으며, 특히 Couch 회전 시 얻기 어려운 3차원치료 영역에서 치료부위를 손쉽게 확인, 필름 현상에서 필요한 준비 과정 없이 치료 부위를 실시간으로 관찰해 치료 부위 확인에 따른 잘못된 방사선 투여를 막아 치료 오차와 불필요한 방사선 피폭을 줄여 주었다.
① Cine mode 영상 획득 안정성: McCurdy 등의 연구에서 초기 획득 안정성 측정은 전리조를 이용하여 갠트리가 회전하면서 중심축 선량 응답을 측정하였다. 그 결과 초반 5개 이미지에서는 약간의 과응답(over-response)으로 인한 불안정성이 나타났으나 20개부터는 안정하게 영상이 획득되는 것으로 나타났다. 전리조에서는 불균일성(irregularity)이 약 7%로 나타나면서 다른 연구의 결과치(5%)보다는 높게 나타나게 됐는데, 그 이유를 2 mm 정도의 전리조 위치의 오류로 인한 setup uncertainty에 의한 것으로 설명하고 있다.
그리고 EPID의 응답성은 3×3 cm2부터 30×30 cm2의 범위에서 비례함을 나타냈다. 또한 신호 응답의 직선성은 광자의 에너지와는 관계없이 오히려 조사야 크기에 더 크게 영향을 받는다고 결론지었다.
또한 전체 통합 신호(total integrated dose)가 감소되었을 때, 즉 EPID 감도 변화의 결과로서 10∼500 MU 범위의 선량이 주어졌을 때 1∼10 MU의 저선량 범위에서 명백히 나타난다.
이 연구에서의 절대선량 정확성은 EPID는 1% 이내, 필름은 3% 이내의 오차 측정 정확도를 보여 EPID가 더 나은 정확도를 보였고, 상대선량 정확성은 두 시스템에서 모두 감마(γ)값이 1을 초과하는 화소가 전체 화소의 2% 이내이어서 98%의 일치성을 보여 주고 있다.
전자포탈영상장치의 이용은 선량측정과 자세확인에 있어 매 측정시마다 교정이 필요하고 현상과정과 스캔과정으로 인해 많은 시간이 소요되는 film과 전리조(Ionization chamber)를 대체하여 공간 분해능이 높고 측정 시간도 적당한 매우 효율적인 장치라는 것을 알 수 있었다. 특히 매 환자마다 절대선량과 치료선량분포를 검증하는 정도관리 절차가 필수적으로 요구되는 세기조절방사선치료(IMRT)의 정도관리에 있어 매우 유용하고 효율적이며 정확한 선량 측정 장치임을 알 수 있었다.
전자포탈영상장치의 이용은 선량측정과 자세확인에 있어 매 측정시마다 교정이 필요하고 현상과정과 스캔과정으로 인해 많은 시간이 소요되는 film과 전리조(Ionization chamber)를 대체하여 공간 분해능이 높고 측정 시간도 적당한 매우 효율적인 장치라는 것을 알 수 있었다. 특히 매 환자마다 절대선량과 치료선량분포를 검증하는 정도관리 절차가 필수적으로 요구되는 세기조절방사선치료(IMRT)의 정도관리에 있어 매우 유용하고 효율적이며 정확한 선량 측정 장치임을 알 수 있었다. 또한, 전자포탈영상장치를 이용한 Cine mode 촬영은 횡격막의 움직임에 따라 유동성이 큰 폐와 간의 경우나 자세의 안정성이 불안한 직장암 환자의 경우 추가 선량없이 실시간으로 종양의 위치를 확인 할 수 있다는 장점이 있어 최적의 방사선 치료 구현이 가능하리라 사료된다.
후속연구
더불어 현상과정을 거쳐야 하는 부가적인 수고와 현상 시 발생할 수 있는 여러 가지 요인으로 인해 측정값의 정확성을 떨어뜨리는 결과를 낳을 수도 있으며, 저장과 관리를 하는데 있어 비용적인 측면과 시간적인 측면에서 효율성이 떨어진다는 문제가 있다. 또한 환자 자세의 정확성 확인 측면에서 현상 과정을 거친 후에야 자세의 정확성을 확인할 수 있기에 치료 중 장기의 움직임에 의한 오류(intrafraction organ motion error)를 증가시키고 치료 시간의 증가로 인해 환자의 자세유지에도 문제를 야기시킬 것이다. 이러한 여러 가지 이유로 필름보다 현재 많은 병원에서 EPID가 사용되고 있다.
특히 매 환자마다 절대선량과 치료선량분포를 검증하는 정도관리 절차가 필수적으로 요구되는 세기조절방사선치료(IMRT)의 정도관리에 있어 매우 유용하고 효율적이며 정확한 선량 측정 장치임을 알 수 있었다. 또한, 전자포탈영상장치를 이용한 Cine mode 촬영은 횡격막의 움직임에 따라 유동성이 큰 폐와 간의 경우나 자세의 안정성이 불안한 직장암 환자의 경우 추가 선량없이 실시간으로 종양의 위치를 확인 할 수 있다는 장점이 있어 최적의 방사선 치료 구현이 가능하리라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
임상적으로 EPID의 사용은 어떻게 나뉘는가?
임상적으로 EPID의 사용은 크게 Dosimetry와 Verification으로 나뉘어진다
전자포탈영상장치는 어떤 순으로 발전하였는가?
전자포탈영상장치는 1세대 Liquid-filled ionization chamber, 2세대 Camera based fluroscopic, 3세대 Amorphous- silicon 순으로 발전하였으며, 각 세대 별 특징은 다음과 같다.
하드웨어의 문제에서 오류가 발생할 때 어떻게 예측할 수 있는가?
먼저 기계적 결함은 하드웨어의 문제에서 기인되는데 여기에는 갑작스럽게 발생하는 임의적인 오류(random error)와 시스템적인 문제로 인해 항상 같은 경우에 발생되는 규칙적인 오류(systemic error) 등이 있다. 치료 전 검증(pretreatment verification)에서 규칙적인 오류가 나타났을 때는 치료하는 동안에 발생할 수 있는 임의적인 오류의 가능성을 예측할 수 있으나, 실제 환자 치료를 하는 동안에 발생되는 임의적인 오류는 감지할 수 없다. 만일 그러한 오류가 발생한다면 교정되거나 잘못된 평균 수치 또는 표준 편차에 대한 정보가 나타나면서 측정이 반복될 수 있다.
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