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문제 정의
- 4D-CBCT를 기반으로 하는 ITV 확인의 큰 장점은 매번 치료 전에 X-ray Volume Imaging (XVI)을 통하여 복부압박장치를 사용한 환자의 호흡으로 인한 종양의 움직임이 ITV 안에서 위치하는지 육안으로 관찰 가능하다는 점이다. 본 연구에서는 XVI 시스템을 이용하여 4D-CBCT를 촬영함으로써 환자의 셋업 오차뿐만 아니라 움직이는 종양의 위치 오차를 분석하여 복부압박장치를 이용한 폐암 정위적방사선치료 시 호흡에 따른 종양 용적의 동적변이 양상을 연구하고자 하였다.
제안 방법
- 그리고 두 좌표 이동 값의 일치도를 알아보기 위하여 피어슨 곱 상관계수(R2 )를 응용하여 수식을 만들었으며 다음과 같다[식 1]. R2 (Setcorr=ITVcorr)값은 폐의 상엽, 중엽, 하엽으로 나누어 비교하였으며 이를 통하여 일치도를 분석하였다.
- 폐를 크게 상엽, 중엽, 하엽으로 나누었으며 각 부위별로 IG_4D와 IG_bone의 차이를 분석한 결과이다. 각 부위별로 IG_4D와 IG_bone의 차이를 벡터 값으로 구하였으며 95% 신뢰구간, 최대값, 최소값을 구하였다(Fig. 2). 호흡에 의한 종양용적의 각 부위별로 변동은 폐 상엽에서 1.
- 단지 뼈만 정확하게 정합하게 됨으로써 셋업 검증(set-up verification)을 알아볼 수 있다. 그리고 IG_4D는 주기적으로 움직이는 종양을 랜드마크(landmark)로 하여 ITV 안에 수동으로 이동시킴으로써 좌표 이동 값을 구하였다. 이는 셋업 검증뿐만 아니라 움직이는 종양의 위치 검증(moving tumor position verification)까지 알아 볼 수 있다.
- 자동으로 정합한 IG_bone 좌표 이동 값과 수동으로 정합한 IG_4D 좌표 이동 값이 각 부위별로 얼마나 차이가 있는지를 벡터 값을 구하여 95% 신뢰구간(95% Confidence inter val, 95% CI), 최대값, 최소값을 통해 비교하였다. 그리고 두 좌표 이동 값의 일치도를 알아보기 위하여 피어슨 곱 상관계수(R2 )를 응용하여 수식을 만들었으며 다음과 같다[식 1]. R2 (Setcorr=ITVcorr)값은 폐의 상엽, 중엽, 하엽으로 나누어 비교하였으며 이를 통하여 일치도를 분석하였다.
- 선정된 환자는 몸체고정장치(body fixation device)를 사용하여 몸을 고정하고 앙와위 자세로 유지시켜 무릎받침을 통해 복부의 압력을 낮췄다. 또한 복부압박장치를 사용하여 환자가 불편함을 호소하지 않는 범위까지 압박을 가하였다. 치료 환자는 자세를 취하는데 어려움이 없었으며 얕은 호흡 실행이 가능한 환자들이었다.
- 치료 환자는 자세를 취하는데 어려움이 없었으며 얕은 호흡 실행이 가능한 환자들이었다. 모든 환자 치료 시 규칙적인 호흡을 할 수 있도록 치료 전에 호흡 패턴의 동영상을 통해 호흡훈련을 시행하였다.
- 최근에 호흡 주기에 따라 환자 구조를 나타나는 호흡에 따른 영상 기술(four-dimensional cone-beam CT, 4D-CBCT)이 개발되었다. 본원에서는 영상 유도 방사선치료(Image Guided Radiation Therapy, IGRT)를 위해 이 kV CBCT 스캐너를 사용하고 있다. 호흡 움직임에 따른 위치를 관리하기 위해 4차원 컴퓨터 단층촬영(4D-CT)으로 얻어진 10 phases 영상 중 최대 흡기, 중간, 최대 호기 위상을 이용하여 Maximum Intensity Projection (MIP) 기법으로 그려지는 내부표적용적(Internal Target Volume, ITV)을 사용하는 것이다.
- 우선 치료실의 레이져로 환자를 셋업한 뒤, XVI system을 통하여 4D-CBCT를 촬영한다. 모의치료에서 획득한 기준영상(reference image)과 획득한 영상을 뼈 구조 중심으로 자동 정합(Image Guidance_bone matching, IG_bone) 후 4D-CBCT를 가동시켜 실시간으로 움직이는 종양의 궤도가 ITV 안에 모두 위치되는지를 확인한 뒤 치료에 들어가며, ITV안에 종양의 궤도가 벗어날 시 수동으로 보정하였다(Image Guidance_moving tumor matching using four-dimensional cone beam CT, IG_4D).
- 자동 정합하여 좌표 이동 값을 구하였다. 단지 뼈만 정확하게 정합하게 됨으로써 셋업 검증(set-up verification)을 알아볼 수 있다.
- 1). 촬영된 영상을 기존의 전산화단층모의치료영상과 정합시킴으로써 카우치(couch)의 좌표 이동 값을 확인하였다.
- 정위적방사선치료에 사용된 장비는 선형가속기(Infinity, Elekta, UK)의 6∼10 MV의 광자선이 사용되었다. 치료 전 실시간으로 4D-CBCT를 촬영하였고 4D-CBCT는 관전압이 120 kV, 관전류 422 mAs이며 총 1,320장의 frame을 얻음으로써 10장의 phase로 영상 재구성하였다(Table 2).
- 환자 자세의 셋업 오차와 호흡에 의해 움직이는 종양의 위치 오차를 좌우(Left-Right, LR) 방향, 상하(Superio-Inferior, SI) 방향, 전후(Antero-Posterior, AP) 방향에서 좌표 이동 값을 구하였다. 환자 자세의 셋업 오차는 LR방향과 AP방향에서 95% 신뢰구간이 ±1 mm 안에 들었으며 SI방향에서는 0.
대상 데이터
- 2012년 4월부터 2013년 4월까지 폐암 정위적방사선치료를 받은 환자 중 4D-CBCT를 이용하여 영상 유도한 환자를 대상으로 하였다. 폐 상엽 7명, 중엽 4명, 하엽 9명으로 총 20명의 환자를 선정하였으며 매회 4D-CBCT를 촬영함으로써 총 67건의 자료를 얻었다(Table 1).
- 폐 상엽 7명, 중엽 4명, 하엽 9명으로 총 20명의 환자를 선정하였으며 매회 4D-CBCT를 촬영함으로써 총 67건의 자료를 얻었다(Table 1). 선정된 환자는 몸체고정장치(body fixation device)를 사용하여 몸을 고정하고 앙와위 자세로 유지시켜 무릎받침을 통해 복부의 압력을 낮췄다. 또한 복부압박장치를 사용하여 환자가 불편함을 호소하지 않는 범위까지 압박을 가하였다.
- 정위적방사선치료에 사용된 장비는 선형가속기(Infinity, Elekta, UK)의 6∼10 MV의 광자선이 사용되었다.
- 2012년 4월부터 2013년 4월까지 폐암 정위적방사선치료를 받은 환자 중 4D-CBCT를 이용하여 영상 유도한 환자를 대상으로 하였다. 폐 상엽 7명, 중엽 4명, 하엽 9명으로 총 20명의 환자를 선정하였으며 매회 4D-CBCT를 촬영함으로써 총 67건의 자료를 얻었다(Table 1). 선정된 환자는 몸체고정장치(body fixation device)를 사용하여 몸을 고정하고 앙와위 자세로 유지시켜 무릎받침을 통해 복부의 압력을 낮췄다.
데이터처리
- P-value was calculated by simple T-test. *95% CI: 95% confidence interval.
- 자동으로 정합한 IG_bone 좌표 이동 값과 수동으로 정합한 IG_4D 좌표 이동 값이 각 부위별로 얼마나 차이가 있는지를 벡터 값을 구하여 95% 신뢰구간(95% Confidence inter val, 95% CI), 최대값, 최소값을 통해 비교하였다. 그리고 두 좌표 이동 값의 일치도를 알아보기 위하여 피어슨 곱 상관계수(R2 )를 응용하여 수식을 만들었으며 다음과 같다[식 1].
이론/모형
- 본원에서는 영상 유도 방사선치료(Image Guided Radiation Therapy, IGRT)를 위해 이 kV CBCT 스캐너를 사용하고 있다. 호흡 움직임에 따른 위치를 관리하기 위해 4차원 컴퓨터 단층촬영(4D-CT)으로 얻어진 10 phases 영상 중 최대 흡기, 중간, 최대 호기 위상을 이용하여 Maximum Intensity Projection (MIP) 기법으로 그려지는 내부표적용적(Internal Target Volume, ITV)을 사용하는 것이다.8) 복부압박장치와 호흡교육을 이용하여 환자의 호흡으로 인한 ITV를 감소시키는 장점이 있으나, 치료마다 체표의 윤곽 혹은 내부 종양의 동적변이가 상이할 수 있다.
성능/효과
- Jan-ja kob 등은 자유 호흡 시 폐 움직임에 관한 여러 연구에서 특히 SI방향으로 움직임이 크고 하엽에 위치한 종양에서 큰 움직임이 있다고 공통적으로 보고 한 바 있다.10) 하지만 본 연구에서 획득한 결과를 분석해보면, IG_bone과 IG_4D의 일치성과 3차원 벡터 값의 비교를 통해 복부압박장치를 사용한 경우 환자의 호흡으로 인해 통상적인 결과가 다르다는 것을 알 수 있었다. 폐 하엽에서 SI방향의 일치도보다 AP방향의 일치도가 더 낮은 것은 치료 중 환자 호흡 시 복부압박장치에 의해 SI방향의 동적변이가 감소함으로 인한 AP방향의 동적변이가 상대적으로 증가한 것으로 사료된다.
- 그러나 대다수의 치료 환경에서 4D-CBCT를 이용하여 호흡으로 인한 차이를 확인 하지 못하는 경우가 많은데, 이에 따라 몇몇의 연구에선 치료 계획 시 각각의 방향에 따라 여유(margin)를 다르게 주자는 연구들도 발표되고 있다.11) 하지만 본 연구에서의 결과는 정위 적방사선치료 시 복부압박장치를 사용하는 경우 각 방향의 여유를 동일하게 주어 계획하거나 비동일면조사(non-coplanar beam)를 적절하게 사용하여 조사 선량을 고르게 분포함으로써 치료 효과를 높일 수 있다는 것을 보여주고 있다.
- 호흡 움직임에 따른 위치를 관리하기 위해 4차원 컴퓨터 단층촬영(4D-CT)으로 얻어진 10 phases 영상 중 최대 흡기, 중간, 최대 호기 위상을 이용하여 Maximum Intensity Projection (MIP) 기법으로 그려지는 내부표적용적(Internal Target Volume, ITV)을 사용하는 것이다.8) 복부압박장치와 호흡교육을 이용하여 환자의 호흡으로 인한 ITV를 감소시키는 장점이 있으나, 치료마다 체표의 윤곽 혹은 내부 종양의 동적변이가 상이할 수 있다. 4D-CBCT를 기반으로 하는 ITV 확인의 큰 장점은 매번 치료 전에 X-ray Volume Imaging (XVI)을 통하여 복부압박장치를 사용한 환자의 호흡으로 인한 종양의 움직임이 ITV 안에서 위치하는지 육안으로 관찰 가능하다는 점이다.
- 결론적으로, XVI를 통하여 4D-CBCT를 이용하여 영상 유도함으로써 셋업 오차뿐만 아니라 호흡에 따른 종양의 위치오차에 대해서도 분석한 결과, 복부압박장치로 인해 호흡에 의한 동적변이 양상이 기존과 상이하게 나타남을 확인하였다. 특히 폐암 환자의 정위적방사선치료에서 한 번에 고 선량이 조사되며 셋업 여유(margin)가 작기 때문에 더욱 정교해야 되며 셋업 오차 보정뿐만 아니라 주기적으로 움직이는 종양의 위치 오차까지 보정하는 것이 필요하다.
- 60 값이 나왔다. 부위별로 나누어 살펴보면 폐 상엽은 LR방향, SI방향, AP방향에서 각각 0.75, 0.68, 0.63이었고, 중엽은 각각 0.82, 0.51, 0.58이었으며, 하엽은 각각 0.63, 0.50, 0.34이었다. 특히 폐 하엽에서 세 방향 모두 일치도가 낮았고 특히 그중 AP방향에서 일치도가 가장 낮은 것으로 나타났다(Fig.
- )]는 1에 가까울수록 일치도가 높으며 0으로 갈수록 일치도가 낮다. 전체적으로 LR방향에서 0.72, AP방향에서 0.69, SI방향에서 0.60 값이 나왔다. 부위별로 나누어 살펴보면 폐 상엽은 LR방향, SI방향, AP방향에서 각각 0.
- 34이었다. 특히 폐 하엽에서 세 방향 모두 일치도가 낮았고 특히 그중 AP방향에서 일치도가 가장 낮은 것으로 나타났다(Fig. 3).
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