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문제 정의
- 그래서 치료테이블이 조절되지 않는 장비에 새로운 헤드 홀더를 부착하여 여러 각도를 조절할 수 있는 장치를 개발하여 장비를 새로 구매하지 않고 동일한 치료 자세의 재현성을 나타낼 수 있는 장치를 개발하였다. 이에 본 연구자는 두경부암 환자의 방사선 치료 시 발생할 수 있는 자세 오차 및 기하학적 불일치를 조절할 수 있는 두경부암 전용 홀더를 자체 고안 및 제작하여 환자에게 발생할 수 있는 상,하, 좌,우의 위치를 가능한 장치를 개발하여 유용성에 대해 알아보고 팬텀을 이용하여 두경암 환자의 체중 차이에 의해 발생하는 자세 교정 전,후 오차 비교에 대해 알아본 후 체중 증가에 의한 오차 범위의 상관관계에 대해 통계적으로 유의한지 평가하였다.
제안 방법
- 완료된 치료 계획을 통해 환자의 자세에 대한 기하학적 일치성을 분석하기 위해 치료실의 선형가속기 테이블에 모의 치료와 동일한 상태에서 환자를 set-up한 후에 치료기에 장착된 CBCT를 이용하여 각각의 무게(0,15,30Kg)의 차이를 통해 교정 전, 후 X, Y, Z축의 오차를 측정하였다. CBCT 모드는 low dose thorax를 사용하였고, 이미지 획득 모드는 half fan을 이용하였으며, reconstruction mode는 512x512, slice thickness는 2.5mm, 이미지 개선을 위해 bow-tie filter를 시용하였다. CBCT에서 얻은 이미지의 오차를 정확하고 객관적으로 평가하기 위해 모의 치료에서 얻은 이미지와 선형가속기 CBCT에서 얻은 이미지를 합성하여 2D/2D match를 통해 자동적으로 위치 값을 추적하는 Auto shift 시스템을 이용하여 오차 값을 반복 측정하였다.
- 5mm, 이미지 개선을 위해 bow-tie filter를 시용하였다. CBCT에서 얻은 이미지의 오차를 정확하고 객관적으로 평가하기 위해 모의 치료에서 얻은 이미지와 선형가속기 CBCT에서 얻은 이미지를 합성하여 2D/2D match를 통해 자동적으로 위치 값을 추적하는 Auto shift 시스템을 이용하여 오차 값을 반복 측정하였다. 각각의 측정은 무게(0,15,30Kg) 별로 5회 반복 측정하였으며, CBCT는 총 30회를 통해 각 무게 별 교정 전, 후 오차 값의 평균과 표준편차를 구하고 객관적으로 평가를 위해 SPSS 통계 프로그램을 사용하여 Wilcoxon Rank test를 통해 유의성을 평가하였고, 무게 별 상관관계를 분석하기 위한 도구로는 Spearman 분석을 통해 유의성을 평가하였다.
- 전산화단층 촬영을 통해 획득된 이미지는 DICOM RT를 통해 전송하여 치료 계획용 컴퓨터 시스템을 통해 방사선 치료 계획을 세웠다. ICRU 62 권고에 따라 종양의 위치 및 종양 주변에 인접한 정상 장기의 위치는 각 slice마다 방사선 종양학과 의사가 직접 그렸으며, 치료 계획용 컴퓨터 Pinnacle(ver. 9.2h, Philips, Madison, USA)를 사용하여 전송된 전산화단층 영상에 치료계획용적(Planning Target Volume)을 적용하여 치료 계획을 세우는 방식을 적용하였다. 방사선 치료 장비는 5mm 40개, 10mm 20개로 총 120개의 leaf으로 구성된 선형가속기(21EX, Varian, U.
- 두경부암 환자 전용 홀더의 유용성을 평가하기 위해 인체의 조직과 동일한 Alderson Rando Phantom을 이용하였고, 두경부 부분의 회전을 방지하고 고정하기 위해 Thermoplastic mask (Med-Tec, Orange City, Iowa, USA)를 제작하였으며, 세기변조 방사선 치료를 구현하기 위해 전산화단층촬영장치(High Advantage, GE, USA))를 이용하여 팬톰은 supine자세를 유지하여 치료 부위의 이미지를 획득하였다. Scan 조건은 120kV, 250mA, scan type은 helical full, rotation time은 0.8sec, detector rows는 8 pitch는 1.35:1, SFOV는 large, DFOV 는 50이고, slice thickness는 2.5mm 간격으로 스캔 범위는 두경부 상부부터 흉추 4번에 걸쳐 진행하였다. 전산화단층 촬영을 통해 획득된 이미지는 DICOM RT를 통해 전송하여 치료 계획용 컴퓨터 시스템을 통해 방사선 치료 계획을 세웠다.
- 그리고 방사선치료기의 경우 한 번 설치하면 평균적으로 10년 이상 사용하기 때문에 새로운 장비의 도입이 현실적으로 어려운 경우도 있기 때문에 치료 테이블을 조절할 수 없는 선형 가속기의 경우 단순하게 치료 확인 촬영 영상만을 가지고 자세교정을 할 수 밖에 없다. 그래서 치료테이블이 조절되지 않는 장비에 새로운 헤드 홀더를 부착하여 여러 각도를 조절할 수 있는 장치를 개발하여 장비를 새로 구매하지 않고 동일한 치료 자세의 재현성을 나타낼 수 있는 장치를 개발하였다. 이에 본 연구자는 두경부암 환자의 방사선 치료 시 발생할 수 있는 자세 오차 및 기하학적 불일치를 조절할 수 있는 두경부암 전용 홀더를 자체 고안 및 제작하여 환자에게 발생할 수 있는 상,하, 좌,우의 위치를 가능한 장치를 개발하여 유용성에 대해 알아보고 팬텀을 이용하여 두경암 환자의 체중 차이에 의해 발생하는 자세 교정 전,후 오차 비교에 대해 알아본 후 체중 증가에 의한 오차 범위의 상관관계에 대해 통계적으로 유의한지 평가하였다.
- 두경부암 환자 전용 홀더의 유용성을 평가하기 위해 인체의 조직과 동일한 Alderson Rando Phantom을 이용하였고, 두경부 부분의 회전을 방지하고 고정하기 위해 Thermoplastic mask (Med-Tec, Orange City, Iowa, USA)를 제작하였으며, 세기변조 방사선 치료를 구현하기 위해 전산화단층촬영장치(High Advantage, GE, USA))를 이용하여 팬톰은 supine자세를 유지하여 치료 부위의 이미지를 획득하였다. Scan 조건은 120kV, 250mA, scan type은 helical full, rotation time은 0.
- 2h, Philips, Madison, USA)를 사용하여 전송된 전산화단층 영상에 치료계획용적(Planning Target Volume)을 적용하여 치료 계획을 세우는 방식을 적용하였다. 방사선 치료 장비는 5mm 40개, 10mm 20개로 총 120개의 leaf으로 구성된 선형가속기(21EX, Varian, U.S.A)를 이용하여 광자선 4MV 세기변조 방사선치료(IMRT) 방식을 사용하였으며, 최적화된 치료 계획을 위해 inverse planning을 하였고, 빔의 전달방식은 step and shoot방식을 적용하였다.
- 완료된 치료 계획을 통해 환자의 자세에 대한 기하학적 일치성을 분석하기 위해 치료실의 선형가속기 테이블에 모의 치료와 동일한 상태에서 환자를 set-up한 후에 치료기에 장착된 CBCT를 이용하여 각각의 무게(0,15,30Kg)의 차이를 통해 교정 전, 후 X, Y, Z축의 오차를 측정하였다. CBCT 모드는 low dose thorax를 사용하였고, 이미지 획득 모드는 half fan을 이용하였으며, reconstruction mode는 512x512, slice thickness는 2.
- 5mm 간격으로 스캔 범위는 두경부 상부부터 흉추 4번에 걸쳐 진행하였다. 전산화단층 촬영을 통해 획득된 이미지는 DICOM RT를 통해 전송하여 치료 계획용 컴퓨터 시스템을 통해 방사선 치료 계획을 세웠다. ICRU 62 권고에 따라 종양의 위치 및 종양 주변에 인접한 정상 장기의 위치는 각 slice마다 방사선 종양학과 의사가 직접 그렸으며, 치료 계획용 컴퓨터 Pinnacle(ver.
데이터처리
- CBCT에서 얻은 이미지의 오차를 정확하고 객관적으로 평가하기 위해 모의 치료에서 얻은 이미지와 선형가속기 CBCT에서 얻은 이미지를 합성하여 2D/2D match를 통해 자동적으로 위치 값을 추적하는 Auto shift 시스템을 이용하여 오차 값을 반복 측정하였다. 각각의 측정은 무게(0,15,30Kg) 별로 5회 반복 측정하였으며, CBCT는 총 30회를 통해 각 무게 별 교정 전, 후 오차 값의 평균과 표준편차를 구하고 객관적으로 평가를 위해 SPSS 통계 프로그램을 사용하여 Wilcoxon Rank test를 통해 유의성을 평가하였고, 무게 별 상관관계를 분석하기 위한 도구로는 Spearman 분석을 통해 유의성을 평가하였다.
성능/효과
- 그리고 무게가 증가하는 것과 관련하여 상관 분석을 실시한 결과 p<0.001, r=-0.462로 유의한 상관관계를 나타냈다.
- 15kg에서는 X축의 오차가 상대적으로 Y,Z축보다 적게 발생되었다. 다시 말해서 좌,우의 움직임에 대한 교정보다 체중이 무거울수록 처짐 현상에 대한 Y,Z축에 대한 조정을 두경부암 전용 홀더가 유용하게 나타났다. 30kg에서는 3mm이상 오차 값을 교정하는 것으로 나타났는데, 이는 IMRT치료 전 측정하는 QA중에 등선량곡선에 대한 선량평가를 하는 사항에서 선량의 3% 또는 3mm의 오차를 벗어나는 것으로 최적화된 방사선 치료를 구현하는데 한계가 발생할 수 있는 점을 두경부암 전용 홀더가 교정할 수 있다는 점에서 의의가 있다고 볼 수 있다.
- 더불어 자세 오차를 줄여 줄 수 있는 두경부암 전용 헤드 홀더의 제작은 의의가 있다고 사료된다. 두경부암 방사선 치료 시 환자의 체중에 의해 발생되는 오차를 줄이기 위해 자체 고안 개발한 홀더의 유용성에 대해 실험한 결과 모의 치료실이 아닌 치료실에서 자세 유지를 위해 사용하는 경우 무게가 증가할수록 X, Y, Z축에 대한 오차가 발생하는 것으로 나타났으며, 이러한 오차를 개선하기 위해 두경부암 전용 방향 조절 장치 헤드 홀더가 환자의 set-up오차를 줄여주는 역할을 해주는 것으로 나타났다. 또한 오차를 줄여줌으로써 환자의 재현성이 향상되어 보다 정밀하고 정확한 방사선 치료를 구현할 수 있는 것으로 나타났다.
- 두경부암 전용 홀더의 유용성을 평가하기 위해 각각의 무게 차이에 의한 자세 교정 전,후의 CBCT의 오차 값을 측정한 결과 0Kg에서 교정 전에는 X축은 0.4±0.89mm, Y축은 0.8±0.44mm, Z축은 0으로 나타났다.
- 041 로 유의한 결과를 나타냈다. 두경부암 전용 홀더의 유용성을 평가한 결과 0kg에서는 X,Y,Z축에서의 오차가 약 1mm미만의 오차가 발생하여 모의 치료 시 자세와 방사선 치료실 자세의 오차가 차이가 없는 것으로 나타났다. 15kg에서는 X,Y,Z축에서의 오차가 교정 전,후를 비교한 결과 Z축에서 약 2mm의 오차를 줄이는 것으로 분석되었다.
- 또한 각각의 무게 세 그룹 간 교정 값의 정도가 다른 것에 대한 Kruscal-Wallis를 통해 분석한 결과 p<0.008로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 두경부암 방사선 치료 시 환자의 체중에 의해 발생되는 오차를 줄이기 위해 자체 고안 개발한 홀더의 유용성에 대해 실험한 결과 모의 치료실이 아닌 치료실에서 자세 유지를 위해 사용하는 경우 무게가 증가할수록 X, Y, Z축에 대한 오차가 발생하는 것으로 나타났으며, 이러한 오차를 개선하기 위해 두경부암 전용 방향 조절 장치 헤드 홀더가 환자의 set-up오차를 줄여주는 역할을 해주는 것으로 나타났다. 또한 오차를 줄여줌으로써 환자의 재현성이 향상되어 보다 정밀하고 정확한 방사선 치료를 구현할 수 있는 것으로 나타났다. 제한점으로는 좌,우 및 상,하를 조절할 수 있는 레버를 stepping motor를 사용하지 않아 아날로그식으로 근무자가 직접 돌려줘야 하는 점은 보완해야 할 것이며, 두경부암 전용 홀더의 제작비용의 한계로 인하여 탄소 소재로 개발하지 못한 점은 수정해야 할 부분이다.
- 위의 결과에서 0kg에서는 약 1mm미만의 오차만이 발생하여 모의 치료 시 자세와 치료 시 자세의 오차가 차이가 없는 것으로 나타난 것은 환자 자세의 오차보다는 thermoplastic mask에 표시 하였을때 오차와 모의 치료실과 선형 가속기실과의 laser에 의한 미비한 오차 발생이라고 판단할 수 있다. 15kg에서는 X축의 오차가 상대적으로 Y,Z축보다 적게 발생되었다.
- 위의 오차 값을 교정하기 위해 두경부암 전용 홀더를 교정 후 CBCT를 통해 얻은 오차 값은 X축은 0.6±0.54mm, Y축은 1±0mm, Z축은 0.6±0.54mm로 나타났다.
후속연구
- 그러나 두경부암 전용 방향 조절 장치의 개발 및 특허를 통해 저렴한 비용으로 방사선치료 시 오차를 줄일 수 있는 장점이 있으므로 모든 치료기 장치에 적용하기 위해서는 본 연구 결과를 활용하여 지속적인 연구가 필요하다고 할 수 있다.
- 그러나 두경부암 전용 방향 조절 장치의 개발 및 특허를 통해 저렴한 비용으로 방사선치료 시 오차를 줄일 수 있는 장점이 있으므로 모든 치료기 장치에 적용하기 위해서는 본 연구 결과를 활용하여 지속적인 연구가 필요하다고 할 수 있다. 방사선 치료 장비는 한 번 구매하면 장기간 사용한다는 관점에서 볼 때 두경부암 방향 조절 장치의 개발은 현재 치료 테이블의 좌,우,상,하의 조절이 불가능한 선형 가속기의 장비를 최신의 장비와 동일한 방법으로 치료함으로써 환자의 자세 오차를 줄여줌으로써 환자의 재현성이 향상되어 보다 정밀하고 정확한 방사선 치료를 구현하여 일반적인 선형가속기를 사용하여 두경부암 환자의 방사선 치료를 실시하는 경우 adaptive 방사선 치료를 실현할 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한 오차를 줄여줌으로써 환자의 재현성이 향상되어 보다 정밀하고 정확한 방사선 치료를 구현할 수 있는 것으로 나타났다. 제한점으로는 좌,우 및 상,하를 조절할 수 있는 레버를 stepping motor를 사용하지 않아 아날로그식으로 근무자가 직접 돌려줘야 하는 점은 보완해야 할 것이며, 두경부암 전용 홀더의 제작비용의 한계로 인하여 탄소 소재로 개발하지 못한 점은 수정해야 할 부분이다. 그리고 방사선 종양학과에서 가장 많이 사용하는 장비회사를 대상으로 개발하였으나 다른 모델의 선형가속기인 경우 보완이 필요한 부분도 극복해야 할 사항이다.
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