[논문]Spine SBRT 치료시 Coaxial MLC VMAT plan의 유용성 평가

손상준; 문준기; 김대호; 유숙현

[국내논문] Spine SBRT 치료시 Coaxial MLC VMAT plan의 유용성 평가
Evaluating efficiency of Coaxial MLC VMAT plan for spine SBRT 원문보기

대한방사선치료학회지 = The Journal of Korean Society for Radiation Therapy, v.26 no.2, 2014년, pp.313 - 320

손상준 (서울대학교병원 방사선종양학과) , 문준기 (서울대학교병원 방사선종양학과) , 김대호 (서울대학교병원 방사선종양학과) , 유숙현 (서울대학교병원 방사선종양학과)

초록
AI-Helper

목 적 : Spine SBRT 치료 시 보편적인 치료방법인 콜리메이터 각도 $30^{\circ}$와 $330^{\circ}$를 각각 사용한 2회전 치료계획 (이하 Universal MLC VMAT)과 MLC 운동 방향과 척수 또는 마미 (이하 OAR)의 장축을 일치시킨 콜리메이터 각도 $273^{\circ}$와 $350^{\circ}$를 사용한 2회전 치료계획 (이하 Coaxial MLC VMAT) 유용성을 비교, 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 본원에서 Varian TBX을 이용하여, Coaxial MLC VMAT 치료 계획으로 치료 받은 spine SBRT환자 10명을 대상으로 하였다. 전산화치료계획은 Eclipse (ver 10.0.42, Varian, USA), PRO3 (Progressive Resolution Optimizer 10.0.28), AAA (Anisotropic Analytic Algorithm Ver 10.0.28) 알고리즘을 이용하였다. 치료계획은 VMAT로 겐트리 회전반경이 각각 $360^{\circ}$인 두 개의 ARC, 10MV FFF (Flattening Filter Free)를 이용하여 수립하였고, 각 ARC는 콜리메이터 각도 $273^{\circ}$, $350^{\circ}$로 설정하였다. 기존 치료계획을 바탕으로 실험군인 Universal MLC VMAT 치료계획을 수립하였다. 콜리메이터 각도를 제외한 모든 조건은 동일하게 설정하였으며, 특히 최적화 (VMAT optimization) 과정에서 무작위하게 나타나는 선량차이를 최소화하기 위해 각각 2회의 최적화, 선량 계산 과정을 거쳤다. 계산 grid 는 0.2 cm, normalization은 타겟 $V_{100%}=90%$로 설정하였다. OAR의 선량 $V_{10Gy}$, $D_{0.03cc}$, Dmean, 타겟의 H.I (Homogeneity index) 그리고 각 치료 계획의 Total MU를 평가 지표로 설정하였고, Mapcheck2 (Sun Nuclear Co., USA) 와 Mapphan (Sun Nuclear Co., USA) 그리고 SNC patient (Sun Nuclear Co., USA Ver 6.1.2.18513) 를 이용하여 Coaxial MLC VMAT 계획의 임상 적용 가능 여부 확인을 위한 IMRT verification QA (gamma test)를 실시하였다. 결 과 : 두 치료계획을 비교한 결과 OAR의 $V_{10Gy}$차이는 최대 4.1%, 최소 0.4%, 평균 1.9%로, $D_{0.03cc}$ 는 최대 83.5 cGy, 최소 2.2 cGy, 평균 33.3 cGy로 Coaxial MLC VMAT plan 이 더 낮은 것으로 나타났다. Dmean 또한 최대 34.8 cGy, 최소 -13.0 cGy, 평균 9.6 cGy로 Coaxial MLC VMAT plan 이 낮은 것으로 나타났다. H.I. 는 최대 0.04, 최소 0.01로 Coaxial MLC VMAT plan 이 평균 0.02 낮은 것으로 나타났으며, Total MU의 평균값을 비교한 결과 Coaxial MLC VMAT plan 이 평균 74.1 MU 더 낮게 나타났다. Coaxial MLC VMAT plan에 대한 IMRT verification gamma test 결과는 1 mm / 2%, pass rate 90.0% 기준을 모두 통과하였다. 결 론 : Coaxial MLC VMAT 치료계획은 Universal MLC VMAT 치료계획에 비해 대부분의 평가지표에서 유리한 것으로 나타냈으며 특히 OAR의 선량 $V_{10Gy}$을 낮추는데 있어 탁월한 것으로 사료된다. 실험결과를 바탕으로 두 치료 계획을 비교해 볼 때, 같은 MU를 사용한다면 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 Universal MLC VMAT 치료계획에 비해 효율적이라 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose : The purpose of the study is to evaluate the efficiency of Coaxial MLC VMAT plan (Using $273^{\circ}$ and $350^{\circ}$ collimator angle) That the leaf motion direction aligned with axis of OAR (Organ at risk, It means spinal cord or cauda equine in this study.) compare to Universal MLC VMAT plan (using $30^{\circ}$ and $330^{\circ}$ collimator angle) for spine SBRT. Materials and Methods : The 10 cases of spine SBRT that treated with VMAT planned by Coaxial MLC and Varian TBX were enrolled. Those cases were planned by Eclipse (Ver. 10.0.42, Varian, USA), PRO3 (Progressive Resolution Optimizer 10.0.28) and AAA (Anisotropic Analytic Algorithm Ver. 10.0.28) with coplanar $360^{\circ}$ arcs and 10MV FFF (Flattening filter free). Each arc has $273^{\circ}$ and $350^{\circ}$ collimator angle, respectively. The Universal MLC VMAT plans are based on existing treatment plans. Those plans have the same parameters of existing treatment plans but collimator angle. To minimize the dose difference that shows up randomly on optimizing, all plans were optimized and calculated twice respectively. The calculation grid is 0.2 cm and all plans were normalized to the target V100%=90%. The indexes of evaluation are V10Gy, D0.03cc, Dmean of OAR (Organ at risk, It means spinal cord or cauda equine in this study.), H.I (Homogeneity index) of the target and total MU. All Coaxial VMAT plans were verified by gamma test with Mapcheck2 (Sun Nuclear Co., USA), Mapphan (Sun Nuclear Co., USA) and SNC patient (Sun Nuclear Co., USA Ver 6.1.2.18513). Results : The difference between the coaxial and the universal VMAT plans are follow. The coaxial VMAT plan is better in the V10Gy of OAR, Up to 4.1%, at least 0.4%, the average difference was 1.9% and In the D0.03cc of OAR, Up to 83.6 cGy, at least 2.2 cGy, the average difference was 33.3 cGy. In Dmean, Up to 34.8 cGy, at least -13.0 cGy, the average difference was 9.6 cGy that say the coaxial VMAT plans are better except few cases. H.I difference Up to 0.04, at least 0.01, the average difference was 0.02 and the difference of average total MU is 74.1 MU. The coaxial MLC VMAT plan is average 74.1 MU lesser then another. All IMRT verification gamma test results for the coaxial MLC VMAT plan passed over 90.0% at 1mm / 2%. Conclusion : Coaxial MLC VMAT treatment plan appeared to be favorable in most cases than the Universal MLC VMAT treatment planning. It is efficient in lowering the dose of the OAR V10Gy especially. As a result, the Coaxial MLC VMAT plan could be better than the Universal MLC VMAT plan in same MU.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이에 본 논문에서는 Spine SBRT의 보편적인 치료방법인 콜리메이터 각도 30°와 330°를 각각 사용한 2회전 치료계획 (이하 Universal MLC VMAT)과, MLC 운동 방향과 척수 또는 마미의 장축을 일치시킨 콜리메이터 각도 273°와 350°를 사용한 2회전 치료계획의 (이하 Coaxial MLC VMAT) 유용성을 비교, 평가하고자 한다.

가설 설정

(Fig. 2.) 이러한 형태는 OAR의 선량 최소화가 우선인 Spine SBRT 치료계획에서 표적부분의 modulation 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 이러한 이유로 척수와 마미의 축과 MLC 의 운동 방향을 동(同)축으로 설정한다면 modulation 효율성을 증대 시킬 것이라 생각하였다.

제안 방법

Coaxial VMAT 치료 계획과의 비교를 위한 실험군의 치료 계획은 기존 치료계획을 바탕으로 콜리메이터 각도를 제외한 모든 조건을 동일하게 설정하였고, 콜리메이터 각도만 30°와 330°로 수정하여 수립하였다.
) [식1] 그리고 각 치료 계획의 Total MU이다. 또한 Coaxial MLC VMAT 치료 계획의 임상 적용 가능 여부 확인을 위한 IMRT verification QA (Gamma test)를 실시하였다. QA에는 Mapcheck2 (Sun Nuclear CO.
콜리메이터 각도는 273°, 350°로 설정하였고, 겐트리 회전반경이 각각 360°인 두 개의 ARC, 10MV FFF (Flattening Filter Free)를 이용하여 수립하였다.
Coaxial VMAT 치료 계획과의 비교를 위한 실험군의 치료 계획은 기존 치료계획을 바탕으로 콜리메이터 각도를 제외한 모든 조건을 동일하게 설정하였고, 콜리메이터 각도만 30°와 330°로 수정하여 수립하였다. 특히 최적화 (Optimization) 과정에서 나타나는 선량 차이의 무작위성¹²⁾ 을 최소화하기 위해 각각 2회의 최적화, 선량 계산 과정을 거쳤다. 계산 Grid 는 0.

대상 데이터

또한 Coaxial MLC VMAT 치료 계획의 임상 적용 가능 여부 확인을 위한 IMRT verification QA (Gamma test)를 실시하였다. QA에는 Mapcheck2 (Sun Nuclear CO., USA), Mapphan (Sun Nuclear CO., USA), SNC Patient (Sun Nuclear CO., USA Ver 6.1.2.18513)를 이용하였으며 1 mm / 2%, pass rate 90% 이상을 통과 기준으로 설정하였다.
본원에서 TrueBeam STX (Varian Medical Sysems, USA)를 이용하여, Coaxial MLC VMAT 치료 계획으로 치료 받은 Spine SBRT 환자 10명을 대상으로 하였다. 전산화치료계획은 Eclipse (ver 10.
비교에 사용된 평가 항목은 OAR의 선량 V_10Gy, D_0.03cc, Dmean, 표적종양의 H.I (Homogeneity Index.) [식1] 그리고 각 치료 계획의 Total MU이다. 또한 Coaxial MLC VMAT 치료 계획의 임상 적용 가능 여부 확인을 위한 IMRT verification QA (Gamma test)를 실시하였다.
이에 ARC 1개는 conformity 향상을 위해 콜리메이터 각도 350°를 사용하고, 다른 ARC 1개는 효율적인 OAR 차폐를 위해 콜리메이터 각도 273°를 사용, 총 2개의 ARC를 이용하게 되었다.

이론/모형

본원에서 TrueBeam STX (Varian Medical Sysems, USA)를 이용하여, Coaxial MLC VMAT 치료 계획으로 치료 받은 Spine SBRT 환자 10명을 대상으로 하였다. 전산화치료계획은 Eclipse (ver 10.0.42, Varian, USA), PRO3(Progressive Resolution Optimizer 10.0.28), AAA (Anisotropic Analytic Algorithm Ver 10.0.28) 알고리즘을 이용하였다. 콜리메이터 각도는 273°, 350°로 설정하였고, 겐트리 회전반경이 각각 360°인 두 개의 ARC, 10MV FFF (Flattening Filter Free)를 이용하여 수립하였다.

성능/효과

특히 OAR V_10Gy 선량을 낮추는데 있어 탁월한 것으로 사료된다. (Fig. 9.) 결론적으로 두 치료 계획을 비교해볼 때, 비슷한 양의 MU를 사용한다면 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 Universal MLC VMAT 치료계획에 비해 효율적이라 사료된다. 또한 IMRT verification QA를 통해 선량 전달에 문제가 없음을 확인하였고, 임상 적용 결과 2012년 10월부터 2014년 10월 현재까지 본원에서 Coaxial MLC VMAT 치료계획으로 치료 받은 95명의 환자 중 방사선 척수염 (myelitis)과 같은 장해가 보고된 경우는 단 한건도 없었다.
11) 콜리메이터 각도 273°만을 사용한 ARC 1개, 혹은 2개로 치료계획을 수립할 경우에는 OAR 선량은 감소하지만, 선량 conformity가 떨어진다는 것을 알 수 있었다.
Coaxial MLC VMAT 치료계획에 대한 IMRT verification QA 결과 1 mm / 2%, Gamma pass rate 90.0% 기준을 모두 초과하여 통과하였다.(Table 6.
Coaxial MLC VMAT 치료계획은 Universal MLC VMAT 치료계획에 비해 대부분의 평가지표에서 유리한 결과를 나타냈다. 특히 OAR V_10Gy 선량을 낮추는데 있어 탁월한 것으로 사료된다.
D_0.03cc의 두 치료계획 차이는 최대 83.5 cGy, 최소 2.2 cGy, 평균 33.3 cGy로 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 낮은 것으로 나타났다. (Table 2, Fig.
H.I.의 두 치료계획 차이는 최대 0.04, 최소 0.01로, Coaxial MLC VMAT이 평균적으로 0.02 낮은 것으로 나타났다. (Table 4, Fig.
OAR Dmean의 두 치료계획 차이는 최대 34.8 cGy, 최소-13.0 cGy, 평균 9.6 cGy로 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 낮은 것으로 나타났다. (Table 3, Fig.
또한 Coaxial MLC VMAT 치료 계획이 모든 면에서 긍정적인 결과를 나타내진 않았다. P4, P6 에서는 OAR 부분의 저선량 영역이 증가하여 OAR Dmean는 오히려 증가하는 결과를 보였고(Table 3.), Coaxial MLC VMAT 치료 계획을 몇몇 다른 치료 부위에 적용해 본 결과, 기존 방식의 치료 계획과 큰 차이를 보이는 경우는 드물었다. 특히 Spine SBRT 치료 계획 시에도 다음 조건에 해당하는 경우에는 그 차이가 적거나 미미하였다.
Total MU 사용량은 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 평균 74.1 더 적게 사용하는 것으로 나타났다. (Table 5, Fig.
두 치료계획의 OAR V10Gy 선량 차이는 최대 4.1%, 최소 0.4%, 평균 1.9%로 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 낮은 것으로 나타났다. (Table 1, Fig.
둘째, 척추뼈몸통 (Vertebral body)만을 치료하거나 표적 종양이 척추뿌리 (Vertebral pedicle), 가로돌기 (Transverse process), 가시돌기 (Spinous process) 등을 포함하지 않아 OAR을 감싸는 형태가 아닌 경우, 표적종양의 용적이 Spine SBRT를 적용할 수 없을 정도로 큰 경우에도 Coaxial MLC VMAT 치료 계획의 이득은 없었다.
본 연구를 진행하면서 Coaxial MLC VMAT 치료 계획에 사용한 콜리메이터 각도 273°와 350°조합보다 더 효율적인 각도 조합을 찾지 못한 점, 더 많은 환자를 선정하여 실험을 진행하지 못했던 점 등은 아쉬움으로 남는다. 또한 Coaxial MLC VMAT 치료 계획이 모든 면에서 긍정적인 결과를 나타내진 않았다. P4, P6 에서는 OAR 부분의 저선량 영역이 증가하여 OAR Dmean는 오히려 증가하는 결과를 보였고(Table 3.
그러나 켄트리가 회전하면서 환자의 측면(Lateral)방향으로 갈수록 척추의 자연만곡으로 인해 OAR은 MLC의 운동 방향과 사선을 이루게 된다. 또한 IMRT verification QA를 진행한 결과 치료 중심부분, 즉 OAR 부근에서 대부분의 failed point가 발생하였고, 이를 MLC interleaf 선량 누출의 영향일 것이라 추측하였다. 이 같은 이유로 콜리메이터 각도를 3° 더 회전한 273°로 설정하게 되었고, 이로써 문제점들을 보완할 수 있었다.
) 결론적으로 두 치료 계획을 비교해볼 때, 비슷한 양의 MU를 사용한다면 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 Universal MLC VMAT 치료계획에 비해 효율적이라 사료된다. 또한 IMRT verification QA를 통해 선량 전달에 문제가 없음을 확인하였고, 임상 적용 결과 2012년 10월부터 2014년 10월 현재까지 본원에서 Coaxial MLC VMAT 치료계획으로 치료 받은 95명의 환자 중 방사선 척수염 (myelitis)과 같은 장해가 보고된 경우는 단 한건도 없었다.
본 논문에서 두 가지 치료계획을 비교하는 인자로 사용하진 않았지만, 경험상으로 미뤄 본 결과 Universal MLC VMAT 치료계획과 비교하여 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 좀 더 고른 선량 분포를 나타냈다. 또한 MU 사용량이 적은 치료계획의 경우 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 OAR의 저선량 영역이 더 적었으며, 전체적인 선량 분포 또한 더 안정적인 형태를 보였다.
본 논문에서 두 가지 치료계획을 비교하는 인자로 사용하진 않았지만, 경험상으로 미뤄 본 결과 Universal MLC VMAT 치료계획과 비교하여 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 좀 더 고른 선량 분포를 나타냈다. 또한 MU 사용량이 적은 치료계획의 경우 Coaxial MLC VMAT 치료계획이 OAR의 저선량 영역이 더 적었으며, 전체적인 선량 분포 또한 더 안정적인 형태를 보였다.
첫째, 표적종양과 OAR의 거리가 충분히 떨어져 있는 경우에는 콜리메이터 각도와 관계없이 MLC의 효과적인 OAR 차폐가 가능하기 때문에 Coaxial MLC VMAT 치료 계획으로 인한 이점은 없었다.

후속연구

이와 같은 몇 가지 한계점 때문에 Coaxial MLC VMAT 치료 계획이 모든 VMAT 치료 계획의 완벽한 대안이 될 수 있다고 말 할 수 없다. 그러므로 Coaxial MLC VMAT 치료 계획을 실제 임상에 적용하고자 할 경우, 기존 치료 계획과 Coaxial MLC VMAT 치료 계획을 모두 수립하여 충분한 비교, 검증을 거친 후 사용하길 권고한다.
본 연구를 진행하면서 Coaxial MLC VMAT 치료 계획에 사용한 콜리메이터 각도 273°와 350°조합보다 더 효율적인 각도 조합을 찾지 못한 점, 더 많은 환자를 선정하여 실험을 진행하지 못했던 점 등은 아쉬움으로 남는다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SBRT의 치료계획은 기존 방사선 치료계획에 비해 높은 정밀도가 요구되는 이유는?	SBRT는 고선량, 저분할 치료법으로써 일선량이 크고, 5회 이내에 치료가 종료되므로 주변 정상 조직 피폭 선량의 생물학적 유효선량 (Biological effective dose, BED)까지 신중하게 고려해야 한다. 따라서 SBRT의 치료계획은 기존 방사선 치료계획에 비해 높은 정밀도가 요구된다.
	악성종양의 골격계 전이의 특징은?	악성종양의 골격계 전이는 폐 전이 다음으로 발생빈도가 높고, 모든 악성 질환에서 발생하지만 특히 유방암, 전립선암, 갑상선암, 폐암, 신장암의 순으로 호발하며 전이 부위로는 척추가 가장 높은 비율을 차지하고 있다.1)-2)
	전신정위적방사선치료은 어디에 사용되고 있는가?	전신정위적방사선치료 (Stereotactic Body Radiation Therapy, 이하 SBRT)는 6~7 cm 이하의 종양 조직에 16~24 Gy의 선량을 1회에 단일 조사하거나 20~40 Gy의 선량을 2~5회에 분할 조사하는 치료법으로, 최근 척추 전이암을 치료하는데 있어서 사용이 증가하고 있다.4)-6)

참고문헌 (12)

Wright RL : Malignant tumors in the spinal extradural space : Results of surgical treatment. Ann Surgery, 157;227-231, 1963

상세보기
Stephen I.Esses. Text book of spinal disorders. 2002;316-3
Han JS, Kim KT, So JH, et al: Surgical Treatment for Metastatic Spinal Tumor. J of Korean Bone & Joint Tumor Soc. 2000;6:1-9

원문보기 상세보기
Sahgal A, Larson DA, Chang EL. Stereotactic body radiosurgery for spinal metastases: a critical review. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2008;71:652-65.

상세보기
Benedict SH, Yenice KM, Followill D, et al: AAPM Radiation Therapy Committee Tack Group 101: Stereotactic body radiosurgery therapy. Med Phys 2010;37:4078-4101

상세보기
Matuszak MM, Yan D, Grills I, Martinez A: Clinical applications of volumetric modulated arc therapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2010;77:608-611

상세보기
Yin FF, Wangs Z, Yoo S, et al. Integration of conebeam CT in Stereotactic body radiosurgery therapy. Technol Cancer Res Treat 2008;7:133-139

상세보기
Shiu AS, Chang EL, Ye JS, et al. Near simultaneous computed tomography Image-guided stereotactic spinal radiotherapy: An emerging paradigm for achieving true stereotaxy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2003;57:605-613

상세보기
Yin FF, Rye S, Ajlouni M, et al. Image-guided procedures for intensity-modulated spinal radiosurgery. Technical note. J Neurosurg 2004;101(Suppl 3):419-424
Yin FF, Rye S, Ajlouni M, et al. A technique of intensity-modulated radiosurgery (IMRS) for spinal tumors. Med Phys 2002;29: 2815-2822

상세보기
Q. Jackie Wu, Sua Yoo, John P.Kirkpatrick, et al. Volumetric arc intensity-modulated therapy for spine body radiotherapy: somparicon with static intensitymodulated treatment. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2009;75: 1576-1604
Eugenio Vanetti, Giorgia Nicolini, et al. On the role of the optimization algorithm of $RapidArc^{(R)}$ volumetric modulated arc therapy on plan quality and efficiency : Medical Physics 2011;38(11): 5844-5846

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증