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문제 정의
- 방사선 치료는 정상 조직에는 최대한 적은 양의 방사선을 조사하며 종양 조직을 괴사 시키는데 목적이 있다. 그러나 인공허상은 보고자 하는 영역의 조직 또는 종양 등의 경계를 명확하게 구분하지 못하고 치료 계획 시 미세한 부분의 윤곽을 그리는데 거짓된 정보를 전달할 수 있다.
- 최근에는 O-MAR의 소프트웨어가 개발되어 관련된 연구가 많이 진행 되었다[23~25]. 이에 본 연구는 팬텀을 가지고 metal artifact를 감소시키는 O-MAR을 적용하였을 때 방사선 치료 계획 시 체적과 선량 분포의 변화에 대해서 평가하고자 한다.
제안 방법
- 전산화 단층 모의 치료촬영기 Brilliance CT Big Bore(Philips, Netherlands, Eindhoven)에서 Gammex 467 단면 영상을 획득하였다. Gammex 467을 CT Scanner의 중심에 위치 시키고 120 kVp, 250 mAs 의 조건으로 7 회 촬영하였고, Standard의 해상도와 재구성Reconstruction), Standard (B)의 Filter를 이용하여 3 mm 두께로 동일하게 영상을 재구성하여 Original images를 획득하였다. 그리고 고 밀도 물질에 의한 인공허상을 인위적으로 발생시키기 위하여 Titanium 원기둥을 삽입하고 동일한 조건으로 촬영하여 Titanium images를 획득하였다.
- 각 영상에 선형가속기 TrueBeam STx (Varian, USA, Palo Alto)의 6, 10, 그리고 15 MV 광자선을 이용하여 조사면 15×15 cm2에 200 MU를 Dose Rate 600으로 고정하여 조사되도록 Anisotropic Analytical Algorithms (AAA)을 이용하여 선량계산 하였고 2 차원 선량 분포를 Gammex 467 바닥으로부터 2.5 cm 깊이에서 Dicom RT Dose 형태로 추출하였다.
- 본 연구에서는 Gammex 467 원기둥의 평균 CT Number를 기준으로 ± 30 % 값을 설정하여 Auto Contouring을 하였다. 각각 7 회 원기둥의 체적을 측정하여 비교 분석하였다.
- 계산된 선량 분포를 비교 분석하기 위하여 MapCHECK™ (Sun nuclear, USA, Melbourne)을 이용하여 선형가속기실에서 실제 측정을 하였다.
- Gammex 467을 CT Scanner의 중심에 위치 시키고 120 kVp, 250 mAs 의 조건으로 7 회 촬영하였고, Standard의 해상도와 재구성Reconstruction), Standard (B)의 Filter를 이용하여 3 mm 두께로 동일하게 영상을 재구성하여 Original images를 획득하였다. 그리고 고 밀도 물질에 의한 인공허상을 인위적으로 발생시키기 위하여 Titanium 원기둥을 삽입하고 동일한 조건으로 촬영하여 Titanium images를 획득하였다. Original images와 Titanium images에 O-MAR 알고리즘을 적용하여 Original O-MAR corrected images와 Titanium O-MAR corrected images를 획득 하였다 [Fig.
- 본 연구에서는 Gammex 467 원기둥의 평균 CT Number를 기준으로 ± 30 % 값을 설정하여 Auto Contouring을 하였다.
- 치료용 테이블 위에 MapCHECK™을위치시키고 2 차원 선량 분포를 추출한 지점과 동일한 위치를 재연하기 위해 MapCHECK™ 장비 자체가 가지고 있는 고유의 buildup (2.0 +- 0.1 g/cm2 )을 고려하여 5 mm의 고체 물 팬텀을 올리고 Gammex 467을 고정하여 각 조건별로 30 회씩 측정하였다 [Fig. 3].
- 획득한 4 개 그룹의 영상을 방사선치료계획 시스템(Radiation Treatment Planning System, RTP)에 전송하여 각 원기둥의 체적을 측정하였다. 체적 분석은 전산화치료계획시스템 Eclipse Ver.
- 고체 물 팬텀 위에 Gammex 467을 올려 놓고 CT 영상을 획득하였다. 획득한 영상을 Original images, Titanium images, Original O-MAR corrected images, 그리고 Titanium O-MAR corrected images로 재구성하여 Eclipse 에 전송하였다. 각 영상에 선형가속기 TrueBeam STx (Varian, USA, Palo Alto)의 6, 10, 그리고 15 MV 광자선을 이용하여 조사면 15×15 cm2에 200 MU를 Dose Rate 600으로 고정하여 조사되도록 Anisotropic Analytical Algorithms (AAA)을 이용하여 선량계산 하였고 2 차원 선량 분포를 Gammex 467 바닥으로부터 2.
대상 데이터
- CT 촬영 조건은 체적 측정 시와 동일하게 하였다. 고체 물 팬텀 위에 Gammex 467을 올려 놓고 CT 영상을 획득하였다. 획득한 영상을 Original images, Titanium images, Original O-MAR corrected images, 그리고 Titanium O-MAR corrected images로 재구성하여 Eclipse 에 전송하였다.
- 선감약계수는 단위 부피당 전자수를 나타내는 전자밀도와 물질의 원자 번호 그리고 X 선의 에너지에 의존한다[26~27]. 본 연구에서는 CT Number 변화에 대한 체적과 선량분포를 비교하기 위하여 인체 조직과 유사한 Gammex 467 Tissue Characterization Phantom (TomtTherapy Inc., USA, Madison)을 사용하였다. Gammex 467 Tissue Characterization Phantom은 직경 33 cm, 두께 5 cm의 Solid Water 재질의 원반 형태로 되어있으며, 내부에 직경 2.
- 전산화 단층 모의 치료촬영기 Brilliance CT Big Bore(Philips, Netherlands, Eindhoven)에서 Gammex 467 단면 영상을 획득하였다. Gammex 467을 CT Scanner의 중심에 위치 시키고 120 kVp, 250 mAs 의 조건으로 7 회 촬영하였고, Standard의 해상도와 재구성Reconstruction), Standard (B)의 Filter를 이용하여 3 mm 두께로 동일하게 영상을 재구성하여 Original images를 획득하였다.
데이터처리
- 측정된 선량 분포는 전용 소프트웨어 SNC Patient Ver. 3.3.0 (Sun nuclear, USA, Melbourne)을 이용하여 Eclipse에서 계획한 선량분포와 비교하여 두 지점의 비율이 1 보다 작거나 같으면 신뢰할 수준의 측정값을 나타내는 Gamma Index 분석을 이용하여 선량 계획과 측정 지점의 동일한 지점 사이의 허용된 차이 값을 나타내는 Percent difference (%Diff)를 5 %, 측정된 지점의 주변 반경을 3 mm로 설정하여 선량 계획한 값과 비교하였다. 통계적 분석 방법으로 체적의 평균 비교는 비모수 독립 K 표본 검정을 통해 비교 분석하였고, 선량 분포는 일표본 T 검정과 대응표본 T 검정을 통해 O-MAR 적용 전 후를 비교 분석하였다.
- 0 (Sun nuclear, USA, Melbourne)을 이용하여 Eclipse에서 계획한 선량분포와 비교하여 두 지점의 비율이 1 보다 작거나 같으면 신뢰할 수준의 측정값을 나타내는 Gamma Index 분석을 이용하여 선량 계획과 측정 지점의 동일한 지점 사이의 허용된 차이 값을 나타내는 Percent difference (%Diff)를 5 %, 측정된 지점의 주변 반경을 3 mm로 설정하여 선량 계획한 값과 비교하였다. 통계적 분석 방법으로 체적의 평균 비교는 비모수 독립 K 표본 검정을 통해 비교 분석하였고, 선량 분포는 일표본 T 검정과 대응표본 T 검정을 통해 O-MAR 적용 전 후를 비교 분석하였다. 통계 분석은 SPSS Ver.
이론/모형
- 그리고 고 밀도 물질에 의한 인공허상을 인위적으로 발생시키기 위하여 Titanium 원기둥을 삽입하고 동일한 조건으로 촬영하여 Titanium images를 획득하였다. Original images와 Titanium images에 O-MAR 알고리즘을 적용하여 Original O-MAR corrected images와 Titanium O-MAR corrected images를 획득 하였다 [Fig. 2].
- 획득한 4 개 그룹의 영상을 방사선치료계획 시스템(Radiation Treatment Planning System, RTP)에 전송하여 각 원기둥의 체적을 측정하였다. 체적 분석은 전산화치료계획시스템 Eclipse Ver. 11 (Varian, USA, Palo Alto) 의 Auto Contouring을 이용하였다. Auto Contouring은 임의의 CT Number 영역을 설정하면 ROI 내에서 CT Number 데이터를 가지고 자동으로 영역을 구분하는 소프트웨어 이다.
성능/효과
- Eclipse에서 추출한 Original images와 Original O-MAR corrected images의 선량 분포를 비교하였을 때 선량 계획한 데이터 상에서는 미세한 차이가 있었으나 3 mm / 5 % Difference 의 Auto Normalization의 % Pass는 100 % 선량 분포가 일치 하였다. 이는 Titanium 을 삽입 후 획득한 Titanium images와 Titanium O-MAR corrected images의 비교에서도 같은 결과가 나타났고 각 각의 에너지에서도 동일한 결과가 나타났다 [Fig.
- Gammex 467의 원기둥 중 CT Number가 확연히 차이 나는 SB3 Cortical Bone, AP6 Adipose, CB2-50% CaCO3, CB2-30% CaCO3, BR-12 Breast, LN-300 Lung, LN-300 Lung, IB Inner Bone, LV 1 Liver, B200 Bone Mineral, 그리고 LN-450 Lung 의 평균 체적은 Original images에 O-MAR를 적용하였을 때는 체적의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있었다. Titanium을 삽입 하였을때 BR-12 Breast가 16.
- Table 2. Result of analysis of the rod volume uncorrected O-MAR technique (A), Rod volume corrected O-MAR technique (B), Titanium inserted volume image uncorrected O-MAR technique (C), Titanium inserted volume image corrected O-MAR technique (D) and p-values (P).
- Gammex 467의 원기둥 중 CT Number가 확연히 차이 나는 SB3 Cortical Bone, AP6 Adipose, CB2-50% CaCO3, CB2-30% CaCO3, BR-12 Breast, LN-300 Lung, LN-300 Lung, IB Inner Bone, LV 1 Liver, B200 Bone Mineral, 그리고 LN-450 Lung 의 평균 체적은 Original images에 O-MAR를 적용하였을 때는 체적의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있었다. Titanium을 삽입 하였을때 BR-12 Breast가 16.8 % 그리고 LV 1 Liver가 36.8 % Original 보다 체적이 감소하였고 Titanium images에 O-MAR를 적용하였을 때는 BR-12 Breast는 16.8 % 그리고 LV 1 Liver는 40.2 % O-MAR 적용 전 보다 증가하여 Original images의 체적과 유사하게 나타났다. 그러나 CB2-30% CaCO3는 Titanium을 삽입하였을 때는 체적의 변화가 거의 없었으나 Titanium images에 O-MAR를 적용하였을 때 32.
- O-MAR 재구성 알고리즘은 금속으로 인한 인공음영을 감소 시켜 관심 부위의 미세 부분을 좀 더 정확하계 경계를 구분 지을 수 있었다. 그리고 방사선의 선량 분포 또한 임상적으로 허용 가능한 수준이기는 하였으나 오차를 줄여 방사선 치료의 효율성을 높일 수 있는 것으로 연구 결과를 얻었다. 하지만 인공음영이 없는 영상에 O-MAR를 적용한 CT 영상을 이용하여 치료 계획을 하면, 실제 측정한 선량 분포와 비교 하였을 때 임상적으로 유의한 수준은 아니었으나 정확성이 최대 0.
- 실제 측정한 측정 데이터와 O-MAR를 적용하기 전 과 후에 계획한 선량 분포의 데이터와 비교 분석한 결과는 Titanium이 없을 때의 선량 분포는 O-MAR를 적용하기 전 영상의 선량 분포가 실제 측정한 선량 분포와 좀 더 일치하였다. 이와 반대로 Titanium이 삽입된 선량 분포는 O-MAR를 적용한 영상의 선량 분포가 O-MAR를 적용하기 전의 선량 분포 보다 1.
- 이는 전산화 치료계획 시스템에서 추출한 O-MAR 적용 전 후의 선량 분포 데이터와 MapCHECK™을 이용하여 선형가속기실에서 실제 측정한 선량 분포 데이터와 비교한 실험 결과에서 보는거와 같이 metal artifact 가 존재하는 영상은 보정을 통하여 왜곡을 최대한 줄여서 치료 계획해야 정확한 선량 분포를 나타내는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 따라서 방사선 치료 계획 시 CT 영상에 인공음영이 발생 하지 않았을 때는 O-MAR를 적용하지 않을 것을 권고하고, 인공음영이 있는 영상은 치료 부위나 주변의 관심 영역을 고려하여 O-MAR 적용 여부를 판단하고 치료 계획에 이용해야 할 것이다.
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