목 적 : 조영제는 CT모의치료시 정상조직과 악성종양을 구분하는데 뛰어난 대조도를 제공하기 때문에 CT모의치료에 널리 사용하고 있다. 하지만 조영제는 치료계획 CT에서 일시적으로 존재하기 때문에, 치료계획과 실제 치료 사이에는 Hounsfield Unit(HU)의 차이가 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 조영제 사용으로 인한 HU의 변화가 양성자 치료계획에 미치는 영향을 확인 하고자한다. 대상 및 방법 : 20명의 간암 환자에게서 Phase에 따른 HU값의 변화를 측정하였다, 그리고 5명의 양성자치료계획에서 HU변화에 따른 Range와 Spread-Out Bragg peak(SOBP)의 변화를 살펴보았다. Hand made water phantom을 이용하여 깊이와 HU의 변화에 따른 Range와 SOBP의 변화를 확인하였다. 결 과 : 20명 간암 환자의 HU 변화(Pre contrast, Arterial phase, Porta phase)는 간 조직에서 ($58{\pm}5.7$, $75{\pm}9.5$, $117{\pm}14.6$)이었으며 대동맥에서($40{\pm}6.1$, $279{\pm}49.0$, $154{\pm}22.8$)이었다. 5명의 간암 양성자치료계획에서 HU 변화에 따른 Range 변화는 평균 2.5 mm, SOBP 변화는 평균 1.4 mm 이었다. Hand made water phantom study에서는 HU가 증가함에 따라 Range는 감소되었고 SOBP는 줄어들었다. 결 론 : 양성자 치료계획에서 HU값의 변화는 양성자 Range와 SOBP를 변화시켰다. 실제 양성자 빔에서 HU 변화에 따른 Range와 SOBP의 변화에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료 된다.
목 적 : 조영제는 CT모의치료시 정상조직과 악성종양을 구분하는데 뛰어난 대조도를 제공하기 때문에 CT모의치료에 널리 사용하고 있다. 하지만 조영제는 치료계획 CT에서 일시적으로 존재하기 때문에, 치료계획과 실제 치료 사이에는 Hounsfield Unit(HU)의 차이가 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 조영제 사용으로 인한 HU의 변화가 양성자 치료계획에 미치는 영향을 확인 하고자한다. 대상 및 방법 : 20명의 간암 환자에게서 Phase에 따른 HU값의 변화를 측정하였다, 그리고 5명의 양성자치료계획에서 HU변화에 따른 Range와 Spread-Out Bragg peak(SOBP)의 변화를 살펴보았다. Hand made water phantom을 이용하여 깊이와 HU의 변화에 따른 Range와 SOBP의 변화를 확인하였다. 결 과 : 20명 간암 환자의 HU 변화(Pre contrast, Arterial phase, Porta phase)는 간 조직에서 ($58{\pm}5.7$, $75{\pm}9.5$, $117{\pm}14.6$)이었으며 대동맥에서($40{\pm}6.1$, $279{\pm}49.0$, $154{\pm}22.8$)이었다. 5명의 간암 양성자치료계획에서 HU 변화에 따른 Range 변화는 평균 2.5 mm, SOBP 변화는 평균 1.4 mm 이었다. Hand made water phantom study에서는 HU가 증가함에 따라 Range는 감소되었고 SOBP는 줄어들었다. 결 론 : 양성자 치료계획에서 HU값의 변화는 양성자 Range와 SOBP를 변화시켰다. 실제 양성자 빔에서 HU 변화에 따른 Range와 SOBP의 변화에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료 된다.
Purpose : Intravenous contrast medium is a substance used to enhance the contrast of normal tissues or malignant tissues within the body. For this reason, intravenous contrast media have been extensively used form treatment-planning CT. However, when the patient is receiving proton therapy, there is...
Purpose : Intravenous contrast medium is a substance used to enhance the contrast of normal tissues or malignant tissues within the body. For this reason, intravenous contrast media have been extensively used form treatment-planning CT. However, when the patient is receiving proton therapy, there is no contrast medium in that moment. In this study, evaluate the influence of intravenous contrast medium on proton range and Spread-Out Bragg peak(SOBP) in Treatment Planning System(TPS). Materials and Methods : Hounsfield Unit(HU) value were measured by 20 liver cancer patients with phase change. and evaluate the proton range and SOBP on 5 liver proton treatment plan. By using the hand made water phantom measure the proton range and SOBP on proton treatment plan with changing HU and Depth. Results : Changing value(Pre contrast, Arterial phase, Portal phase) in liver cancer patient were ($58{\pm}5.7$, $75{\pm}9.5$, $117{\pm}14.6$ for liver tissue) and ($40{\pm}6.1$, $279{\pm}49.0$, $154{\pm}22.8$ for aorta), respectively. The mean difference of range was 2.5mm and SOBP was 1.4mm according to HU change. In phantom study, proton range was shorter and SOBP was narrowed with increasing HU. Conclusion : We verify that HU change lead to range and SOBP change in TPS. Additional study is required to verify that change of HU make range and SOBP be changed in actual substance.
Purpose : Intravenous contrast medium is a substance used to enhance the contrast of normal tissues or malignant tissues within the body. For this reason, intravenous contrast media have been extensively used form treatment-planning CT. However, when the patient is receiving proton therapy, there is no contrast medium in that moment. In this study, evaluate the influence of intravenous contrast medium on proton range and Spread-Out Bragg peak(SOBP) in Treatment Planning System(TPS). Materials and Methods : Hounsfield Unit(HU) value were measured by 20 liver cancer patients with phase change. and evaluate the proton range and SOBP on 5 liver proton treatment plan. By using the hand made water phantom measure the proton range and SOBP on proton treatment plan with changing HU and Depth. Results : Changing value(Pre contrast, Arterial phase, Portal phase) in liver cancer patient were ($58{\pm}5.7$, $75{\pm}9.5$, $117{\pm}14.6$ for liver tissue) and ($40{\pm}6.1$, $279{\pm}49.0$, $154{\pm}22.8$ for aorta), respectively. The mean difference of range was 2.5mm and SOBP was 1.4mm according to HU change. In phantom study, proton range was shorter and SOBP was narrowed with increasing HU. Conclusion : We verify that HU change lead to range and SOBP change in TPS. Additional study is required to verify that change of HU make range and SOBP be changed in actual substance.
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문제 정의
본 연구에서는 TPS에서의 Range와 SOBP의 변화를 살핀 것이다. 양성자 빔은 다른 방사선에 비해 물질과 훨씬 복잡한 상호작용을 하므로, TPS에서 반영하지 못하는 변수가 발생 할 수도 있다.
4) 하지만 조영제는 치료계획 CT에서만 일시적으로 존재하기 때문에 치료계획과 실제 치료 사이에는 HU의 차이가 발생하게 된다. 본 연구에서는 조영제 사용으로 인한 HU의 변화가 양성자 Range와 SOBP에 미치는 영향을 알아보고자 한다.
제안 방법
Iso-center에서 빔의 중심축의 Dose profile을 구하였다. Dose profile은 TXT 파일로 Export 하였으며, Excel (Microsoft office 2010, Microsoft, USA)을 이용하여 TXT파일을 정리하고 그래프를 그렸다.
Pre contrast, Arterial phase, portal phase 영상에서 간조직과 인접 대동맥의 HU의 변화를 확인하였다. HU의 확인은 Lipiodol이 가장 많이 흡수되어 있는 영상의 좌엽, 우엽 그리고 대동맥을 측정하였다. [Figure 1]
Iso-center에서 빔의 중심축의 Dose profile을 구하였다. Dose profile은 TXT 파일로 Export 하였으며, Excel (Microsoft office 2010, Microsoft, USA)을 이용하여 TXT파일을 정리하고 그래프를 그렸다.
Medium(Non-CM) Plan에서 Range 와 SOBP의 변화 조영제에 사용 유무 따른 변화를 알아보기 위해 1.1)에서 촬영한 환자 20명 중 5명을 임의로 선택하여 조영제를 사용한 CT모의치료영상(Light speed 5.x, GE, USA)을 이용한 CM Plan과 조영제를 사용하지 않은 CT를 이용한 NonCM plan을 각각 5개씩 제작하였다.
4, Marosis, Korea)에서 제공하는 ROI 도구를 이용하여 측정하였다. Pre contrast, Arterial phase, portal phase 영상에서 간조직과 인접 대동맥의 HU의 변화를 확인하였다. HU의 확인은 Lipiodol이 가장 많이 흡수되어 있는 영상의 좌엽, 우엽 그리고 대동맥을 측정하였다.
TPS(Eclipse 10.1, Varian medical system, USA)에 제공하는 Dose profile을 이용하여 각 port에서 HU 변화시켜 가며 Dose profile을 TXT파일로 Export 하였다. Dose profile 생성 시 Profile을 시작점이 달라지면 Range도 달라지기 때문에 같은 Port에서는 같은 시작점을 사용하였다.
Table1에서 확인할 수 있듯이 치료계획에 사용되는 Portal phase영상의 HU값의 변화는 50HU∼300HU이다. 그 변화를 실험적으로 살펴보기 위해, 물의 HU의 값은 Contouring 속성에서 0, 50, 100, 150, 200으로 변화 시켰다. [Figure 4]
하지만 장기의 움직임으로 인하여 동일한 영상을 얻는 것은 매우 어려웠다. 그래서 CM plan 시 사용한 CT영상으로 양성자 치료계획을 수립한 후 간의 Contouring 속성에서 강제적으로 HU 값을 변화 시켜 주었다. 1.
두 번째 실험은 Water Phantom을 통해 조건을 바꾸어가며 Range와 SOBP값의 변화를 살펴보았다.
첫 번째 실험은 간암 환자들의 Dynamic Liver Study CT 영상을 통해 HU값을 측정 하였고, 그 값을 양성자치료계획에 대입하여 Range와 SOBP의 변화 값을 구했다.
크기 25×15×30cm의 Hand made water phantom과 지름2.2 cm 높이 3 cm의 가상 종양을 제작하여, 수면부터 가상종양의 깊이를 1, 2, 8, 12, 14, 20 cm 까지 6단계로 조절해 가면서 CT영상을 획득하였다.
이는 Patients study에서 환자마다 피부에서 종양까지의 깊이(Range)와 종양의 크기(SOBP)가 다르기에 제한적인 상황에서의 값만을 구했기 때문이다. 획득한 CT영상은 TPS로 전송하여 양성자 치료계획을 수립하였다. Table1에서 확인할 수 있듯이 치료계획에 사용되는 Portal phase영상의 HU값의 변화는 50HU∼300HU이다.
대상 데이터
2013년 1월∼12월까지 본원에서 양성자치료를 받은 간암 환자 20명을 선택하였다.
이론/모형
2013년 1월∼12월까지 본원에서 양성자치료를 받은 간암 환자 20명을 선택하였다. 양성자 치료 전 영상의학과에서 검사된 Dynamic liver study(Light Speed VCT, GE, USA) 영상을 사용하여 HU값을 PACS(M-view 5.4, Marosis, Korea)에서 제공하는 ROI 도구를 이용하여 측정하였다. Pre contrast, Arterial phase, portal phase 영상에서 간조직과 인접 대동맥의 HU의 변화를 확인하였다.
성능/효과
암세포 전체에 브래그 피크 선량을 주기 위해서 양성자 빔의 비정을 조절하여 여러 개의 브래그 피크를 모아 Spread-Out Bragg peak(SOBP)를 만들어 치료하게 된다.1) 이는 암세포만을 정확히 파괴하며 양성자 빔의 최대 비정 이후에 위치한 정상조직에는 선량이 전달되지 않아 부작용을 최대한 줄일 수 있게 된다. 예를 들어 간암의 광자선 치료 시 병변의 앞 또는 뒤쪽에 위치하는 정상간 조직에 많은 선량의 방사선이 노출되어 방사선으로 인한 간 조직 손상을 초래하게 된다.
양성자 선의 Range와 SOBP는 조직의 stopping power와 치료계획용 CT에서 얻어진 HU값을 추정하여 계산된다.4) 하지만 조영제는 치료계획 CT에서만 일시적으로 존재하기 때문에 치료계획과 실제 치료 사이에는 HU의 차이가 발생하게 된다. 본 연구에서는 조영제 사용으로 인한 HU의 변화가 양성자 Range와 SOBP에 미치는 영향을 알아보고자 한다.
Phase에 따른 환자 20명의 평균 HU값의 변화는 Pre contrast, Arterial phase, Portal phase순으로 각각 값은 58±5.7, 75±9.5, 117±14.6 이었으며 대동맥은 40±6.1, 279±49.0, 154±22.8 이었다.
8 이었다. 간 조직은 시간이 지나가면서 점차적으로 HU가 증가 하는 경향성을 보였고, Portal phase에서 가장 높은 HU값을 보였다. 대동맥의 경우에는 Arterial phase에서 가장 높은 HU을 보였으며 Portal phase에서는 감소하였다.
하지만 양성자의 Bragg-peak 크기와 위치가 외부요인에 의해 변형된다면, 종양조직에 선량이 부족하게 도달하거나 정상조직에 과다한 선량이 전달 될 수 있다. 본 논문에서 확인한 HU값의 변화에 의한 Range와 SOBP의 증가와 감소가 이러한 현상을 잘 보여준다. 따라서 양성자 치료계획 시 Distal, Proximal Margin의 설정 혹은 HU 값의 보정 등이 필요할 것이다.
후속연구
양성자 빔은 다른 방사선에 비해 물질과 훨씬 복잡한 상호작용을 하므로, TPS에서 반영하지 못하는 변수가 발생 할 수도 있다. 따라서 동일한 조건에서 양성자 빔을 이용한 후속 검증 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
양성자의 특징은?
양성자는 기존의 X선과는 다르게 비정의 끝에서 선량이 증가하고, 비정이후에는 선량이 0으로 감소하는 브래그 피크(bragg peak)라는 물리적 특성을 가지고 있기 때문에 우수한 선량 분포를 보인다. 암세포 전체에 브래그 피크 선량을 주기 위해서 양성자 빔의 비정을 조절하여 여러 개의 브래그 피크를 모아 Spread-Out Bragg peak(SOBP)를 만들어 치료하게 된다.
Spread-Out Bragg peak를 만들어 치료하는 것의 장점은?
암세포 전체에 브래그 피크 선량을 주기 위해서 양성자 빔의 비정을 조절하여 여러 개의 브래그 피크를 모아 Spread-Out Bragg peak(SOBP)를 만들어 치료하게 된다.1) 이는 암세포만을 정확히 파괴하며 양성자 빔의 최대 비정 이후에 위치한 정상조직에는 선량이 전달되지 않아 부작용을 최대한 줄일 수 있게 된다. 예를 들어 간암의 광자선 치료 시 병변의 앞 또는 뒤쪽에 위치하는 정상간 조직에 많은 선량의 방사선이 노출되어 방사선으로 인한 간 조직 손상을 초래하게 된다.
조영제의 특징은?
목 적 : 조영제는 CT모의치료시 정상조직과 악성종양을 구분하는데 뛰어난 대조도를 제공하기 때문에 CT모의치료에 널리 사용하고 있다. 하지만 조영제는 치료계획 CT에서 일시적으로 존재하기 때문에, 치료계획과 실제 치료 사이에는 Hounsfield Unit(HU)의 차이가 발생하게 된다.
참고문헌 (4)
Wieszczycka, Wioletta, and Waldemar Scharf. Proton radiotherapy accelerators. New Jersey: world scientific, 2001.2001;1-23
Kim DY, Park SY : Proton beam therapy. J Korean Med Assoc 2008;51;638-642
McFibney C, Holmberg O, McMclean B, et al. Impact of intravenous contrast on target definition in radiotherapy of non small cell lung cancer. Eur J Cancer 2001;37:s211
Kozak KR, Katz A, Adams J, et al. Dosimetric comparison of proton and photon three-dimensional, conformal, external beam accelerated partial breast irradiation techniques. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2006;65:1572-1578.
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