사이버나이프에서 Xsight spine tracking system을 이용한 3D 표적위치보정의 유용성 평가 Useful evaluation of 3D target location correction by using Xsight spine tracking system in CyberKnife원문보기
사이버나이프치료에서 삽입된 금표지자의 삽입 개수 및 인식의 제한으로 인하여 3D DOF로 치료하는 경우 척추구조물 정렬을 가능하게 하는 Xsight spine tracking system으로 회전방향의 위치오차를 보정함으로서 표적위치오차를 개선하고, 치료방법의 대안을 제시하고자 한다. 실험결과 6D DOF에서 표적위치오차는 $0.214{\pm}0.058mm$, 종양내부에 삽입된 2개 금표지자를 이용한 3D DOF에서 $0.673{\pm}0.142mm$, 종양외부에 삽입된 2개 금표지자를 이용한 3D DOF에서 $1.126{\pm}0.253mm$, Xsight spine tracking system의 적용 한 3D DOF에서 $0.542{\pm}0.103mm$로 나타났다. 실험결과 척추 구조물로 회전방향에 대한 보정을 시행하였을 때 표적위치에 대한 정확성이 약 48% 향상되었다. 또한, 선량분포의 일치성도 약 3%가 향상되어 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 척추구조물 정렬을 병용한 Xsight spine tracking system의 회전방향에 대한 보정은 유용한 것으로 평가 되었다.
사이버나이프치료에서 삽입된 금표지자의 삽입 개수 및 인식의 제한으로 인하여 3D DOF로 치료하는 경우 척추구조물 정렬을 가능하게 하는 Xsight spine tracking system으로 회전방향의 위치오차를 보정함으로서 표적위치오차를 개선하고, 치료방법의 대안을 제시하고자 한다. 실험결과 6D DOF에서 표적위치오차는 $0.214{\pm}0.058mm$, 종양내부에 삽입된 2개 금표지자를 이용한 3D DOF에서 $0.673{\pm}0.142mm$, 종양외부에 삽입된 2개 금표지자를 이용한 3D DOF에서 $1.126{\pm}0.253mm$, Xsight spine tracking system의 적용 한 3D DOF에서 $0.542{\pm}0.103mm$로 나타났다. 실험결과 척추 구조물로 회전방향에 대한 보정을 시행하였을 때 표적위치에 대한 정확성이 약 48% 향상되었다. 또한, 선량분포의 일치성도 약 3%가 향상되어 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 척추구조물 정렬을 병용한 Xsight spine tracking system의 회전방향에 대한 보정은 유용한 것으로 평가 되었다.
The purpose of this study is to evaluate utility of rotating adjustment using Xsight spine tracking system in 3D DOF location adjusting method, to minimize error between 6D DOF and 3D DOF in fiducial tracking system. In this study, the result of 6D DOF target location error is $0.124{\pm}0.058m...
The purpose of this study is to evaluate utility of rotating adjustment using Xsight spine tracking system in 3D DOF location adjusting method, to minimize error between 6D DOF and 3D DOF in fiducial tracking system. In this study, the result of 6D DOF target location error is $0.124{\pm}0.058mm$, using fiducial inside tumor 3D DOF $0.673{\pm}0.142mm$, outside tumor $1.126{\pm}0.253mm$, apply with Xsight spine tracking system 3D DOF $0.542{\pm}0.103mm$. As the experiment shows, it was demonstrated that rotating adjustment through Xsight spine tracking system is valuable in case of treatment in 3D DOF location error that makes increasing accuracy and dose distribution each approximately 48% and 3%. In accordance with result of this study is useful rotation.
The purpose of this study is to evaluate utility of rotating adjustment using Xsight spine tracking system in 3D DOF location adjusting method, to minimize error between 6D DOF and 3D DOF in fiducial tracking system. In this study, the result of 6D DOF target location error is $0.124{\pm}0.058mm$, using fiducial inside tumor 3D DOF $0.673{\pm}0.142mm$, outside tumor $1.126{\pm}0.253mm$, apply with Xsight spine tracking system 3D DOF $0.542{\pm}0.103mm$. As the experiment shows, it was demonstrated that rotating adjustment through Xsight spine tracking system is valuable in case of treatment in 3D DOF location error that makes increasing accuracy and dose distribution each approximately 48% and 3%. In accordance with result of this study is useful rotation.
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문제 정의
방사선치료는 정상조직의 장해를 최소화하고 종양조직에 정확한 선량을 집중 조사하여 종양을 사멸시켜 생명을 연장하고, 삶의 질을 높이는 것을 목표로 한다.
본 연구에서는 팬텀을 이용한 E2E test를 통해 금표지자의 인식개수에 따른 3D, 6D DOF에 따른 표적위치오차의 정확성을 평가하였고, 불가피하게 3D DOF로만 치료 할 수밖에 없는 경우 척추구조물을 이용하여 회전방향에 대한 보정을 적용한 치료방법의 유용성을 평가하였다. 실험결과 척추 구조물로 회전방향에 대한 보정을 시행하였을 때 표적위치에 대한 정확성이 약 48% 향상되었다.
이에 저자는 필름과 팬텀을 이용한 실험을 통해서 3D DOF 위치조정방법만으로 적용할 수 없는 경우, 환자의 척추구조물 정렬을 가능하게 하는 Xsight spine tracking system으로 회전방향의 위치오차를 보정함으로서 표적위치오차를 개선하고, 치료방법의 대안을 제시하고자 한다.
제안 방법
Radiochromic 필름의 선량에 대한 흑화도(density)의 특성을 측정하고자 MD-55필름을 조직등가물질 폴리스틸렌 고체 팬텀 사이 1.5 ㎝ 지점에 위치하였다. 조사야 10×10 ㎠, 선원-표면간 거리는 100 ㎝으로 하였고, 선형가속기(Mevatron, Siemens, Germany) 6-MV X선을 이용하여 10 Gy, 20 Gy, 25 Gy, 30 Gy, 35 Gy, 40 Gy, 45 Gy, 55 Gy의 선량을 조사하였다.
5 ㎝ 떨어진 외부에 2개를 각각 삽입하였다. 삽입된 금표지자의 인식 개수를 조절하여 3D, 6D DOF로 각각 방사선을 조사하였다[17],[Fig. 2].
E2E test후 필름의 선량분포 일치성을 확인하고자 방사선이 조사된 MD-55필름을 24시간이 지난 후에 다시 스캔하였다. 스캔 필름은 Verisoft (PTW-Freiberg, ver. 3.2) 프로그램을 이용하여, DTA (distance to agreement)는 1 ㎜, 1.5 ㎜, 2 ㎜, dose difference는 3%로 하여 정량화하여 분석하였다[Fig. 10].
실험에서 금표지자의 추적 개수 외에 다른 조건은 모두 동일하게 유지하였으며, x, y, z 0 ～ ± 0.3 ㎜, roll, pitch, yaw 0 ∼ ± 0.3 ° 범위 이내에서 방사선을 조사하였다.
Murphy MJ et al. 은 fiducial tracking system에서 3D DOF로 적용하여 위치조정을 시행한 것에 대해 오차확인 방법을 제시하였고, 이에 따른 선량체적곡선(dose volume histogram, DVH)를 평가하였다[16]. 하지만 사이버나이프 제작사에서 제시한 회전방향 제한적 범위 내에서 시행하였고, 필름을 이용한 선량분포도 검증을 한적 없다.
이때 발생하는 표적위치 변위는 치료테이블과 로봇팔(KUKA, Germany)을 이용하여 3D DOF(translational degree of freedom)와 6D DOF (translational & rotational)로 위치조정 및 보정(correction)하여 방사선을 조사한다.
MD-55 필름은 두 개의 흡수선 (615 nm, 675 nm)을 가지고 있어 흡수선량이 조사되는 동안의 온도, 조사후 판독하는 시간의 영향을 받아 변하지만 24시간 이후에는 안전한 조건이 되어 변하지 않는다[20]. 이러한 근거로 조사된 필름을 24시간 이후에 스캔한 후, 조사선량에 대한 흑화도의 값을 측정하였다.
mini ball cube slot에 axial (anterior-left, AL), sagittal (anterior-superior, AS)방향으로 필름을 삽입하여 팬텀내에 장착하였다. 치료계획용 컴퓨터에 의해 만들어진 DRR영상과 위치인식시스템으로 획득한 실시간 영상을 중첩하여 팬텀을 컴퓨터단층촬영시와 같게 하였고, fiducial tracking system으로 15 ㎜ 조준기를 이용하여 총 6,811 MU (monitor unit)를 108개의 방향에서 조사하였다[Fig. 4].
치료계획을 위해 흉부팬텀(Xsight lung phantom, Accuray, US)을 1 ㎜ 슬라이스 두께로 전체 컴퓨터단층촬영하여 획득한 영상을 치료계획용 컴퓨터(Multiplan system, Accuray, US)에서 70%의 등선량곡선에 24 Gy 선량을 처방하는 치료계획을 세웠다[Fig. 3]. 표적위치오차와 선량분포를 측정하기위한 필름은 3～100 Gy의 선량범위를 갖는 Radiochromic MD-55 필름을 2개 사용하였다[18].
팬텀에 삽입된 4개의 금표지자 모두 인식하여 6D DOF로 하였고, 종양외부에 삽입된 금표지자 2개, 종양내부에 삽입된 금표지자 2개를 각각 인식하여 3D DOF로 하였고, Xsight spine tracking system으로 회전방향에 대한 보정 실시한 후 종양외부에 삽입된 금표지자 2개를 인식하여 3D DOF로 하여 E2E test를 통한 표적위치오차를 각각 5회 시행 하였다.
3 ° 범위 이내에서 방사선을 조사하였다. 표적위치오차를 산출하고자 조사된 필름 2장과 조사되지 않은 기준 필름 1장을 동시에 광학스캐너(V700, Epson)를 이용하여 스캔하였으며, 스캔한 필름은 제작사에서 제공하는 소프트웨어를 통해 선량곡선의 70%영역까지 분석하여 표적위치오차 결과를 권고치 0.95㎜ 이하로 평가하였다[19].
대상 데이터
3]. 표적위치오차와 선량분포를 측정하기위한 필름은 3～100 Gy의 선량범위를 갖는 Radiochromic MD-55 필름을 2개 사용하였다[18]. mini ball cube slot에 axial (anterior-left, AL), sagittal (anterior-superior, AS)방향으로 필름을 삽입하여 팬텀내에 장착하였다.
성능/효과
실험결과 척추 구조물로 회전방향에 대한 보정을 시행하였을 때 표적위치에 대한 정확성이 약 48% 향상되었다.(p = 0.001) 또한, 선량분포의 일치성도 평균 3%가 향상되어 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 금표지자의 인식을 3D DOF로 하는 경우 척추구조물 정렬을 병용한 Xsight spine tracking system의 회전방향에 대한 보정은 유용한 것으로 평가되었다.
5% 경우에서 금표지자를 삽입하여 치료하는 것으로 나타났다. 금표지자는 최소 1개에서 최대 6개 삽입하였으며 평균 3개가 삽입되었지만, 치료에 사용되는 금표지자는 평균 2개가 사용되어 3D DOF로 치료하는 경우가 전체 75%의 비중을 차지하여, 정확성을 높이려는 노력이 필요하였다.
001) 또한, 선량분포의 일치성도 평균 3%가 향상되어 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 금표지자의 인식을 3D DOF로 하는 경우 척추구조물 정렬을 병용한 Xsight spine tracking system의 회전방향에 대한 보정은 유용한 것으로 평가되었다.
삽입된 금표지자를 모두 이용한 6D DOF에서 표적위치오차는 0.214 ± 0.058 ㎜로 가장 정확하게 측정되었으며, 종양내부에 삽입된 2개 금표지자를 이용한 3D DOF에서 0.673 ± 0.142 ㎜, 종양외부에 삽입된 2개 금표지자를 이용한 3D DOF에서 1.126 ± 0.253 ㎜, Xsight spine tracking system의 적용 한 3D DOF에서 0.542 ± 0.103 ㎜로 나타났다.
선량분포의 일치성은 6D DOF에서 sagittal필름 94.46 ± 2.13%, 96.94 ± 0.84%, 98.35 ± 0.49%, axial필름 94.33 ± 1.79%, 96.99 ± 0.74%, 98.38 ± 0.48% [Table 6,7], 종양 외부에 삽입된 2개의 금표지자를 적용한 3D DOF에서 sagittal필름 87.85 ± 1.98%, 92.09 ± 0.79%, 95.40 ± 0.47%, axial필름 86.78 ± 1.65%, 92.14 ± 0.71%, 94.44 ± 0.47% [Table 8,9], 종양 내부에 삽입된 2개의 금표지자를 적용한 3D DOF에서 sagittal필름 92.37 ± 1.64%, 95.98 ± 0.82%, 97.56 ± 0.48%, axial필름 90.61 ± 1.61%, 95.44 ± 0.73%, 98.08 ± 0.48% [Table 10,11], Xsight spine tracking system을 통하여 회전방향에 대한 보정을 실시한 후, 종양 외부에 삽입된 2개의 금표지자를 적용한 3D DOF에서 sagittal필름 92.24 ± 2.08%, 94.85 ± 0.82%, 97.31 ± 0.48%, axial필름 91.99 ± 1.75%, 93.98 ± 0.72%, 95.39 ± 0.47% 일치하였다[Table 12,13], [Fig. 11].
식을 이용하여 계산 값과 측정값의 차이는 모든 선량에서 0.02%의 차이를 보이는 선형적인 관계를 확인할 수 있었다. 또한 선량에 대한 흑화도는 0.
실험 결과 모든 방향에서 권고치 이하로 나타났으며, 평균오차는 0.542 ± 0.103 ㎜로 나타났다[Table 4].
실험 결과 모든 방향에서 권고치 이하로 나타났으며, 평균오차는 0.673 ± 0.142 ㎜로 나타났다[Table 3].
실험결과 모든 방향에서 권고치 이하로 나타났으며, 평균오차는 0.214 ± 0.058 ㎜로 나타났다[Table 1].
본 연구에서는 팬텀을 이용한 E2E test를 통해 금표지자의 인식개수에 따른 3D, 6D DOF에 따른 표적위치오차의 정확성을 평가하였고, 불가피하게 3D DOF로만 치료 할 수밖에 없는 경우 척추구조물을 이용하여 회전방향에 대한 보정을 적용한 치료방법의 유용성을 평가하였다. 실험결과 척추 구조물로 회전방향에 대한 보정을 시행하였을 때 표적위치에 대한 정확성이 약 48% 향상되었다.(p = 0.
후속연구
하지만 사이버나이프를 이용한 방사선수술의 경험은 아직까지 다양한 질병에 대하여 임상에서 지침으로 삼을 만한 장기간의 치료성적 결과가 부족한 실정으로 비소세포성 폐암에서 방사선수술시 국소 제어율이 높은 범위의 선량만 제시되어 있다[21]. 향후 사이버나이프에 의한 방사선치료 가능 범위가 확대되고 치료의 질적 향상을 위해서는 방사선치료 적절한 방사선량과 분할횟수, 고선량 저분할 방사선치료에 대한 방사선 생물학적유효선량에 관한 연구와 같은 체계적인 임상경험이 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 개발된 정밀하게 방사선을 조사하는 방법에는 어떠한 것들이 있는가?
최근 진단 및 치료 장비, 컴퓨터 기술의 급속한 발전으로 3차원 입체조형치료, 세기변조방사선치료, 정위적방사선수술등과 같은 정확하고 정밀하게 방사선을 조사하는 방법들이 개발되어 왔다. 또한 각 장비의 특성에 따라 포털영상(portal image), 킬로볼트 / 메가볼트 컴퓨터단층촬영(KVCT / MVCT)으로 병소부위 위치를 확인함으로써 정확하고 정밀한 치료가 가능하고, 주변 정상조직에 대한 장해를 줄일 수 있게 되었다[1,2].
방사선치료의 목적은?
방사선치료는 정상조직의 장해를 최소화하고 종양조직에 정확한 선량을 집중 조사하여 종양을 사멸시켜 생명을 연장하고, 삶의 질을 높이는 것을 목표로 한다.
수술 등과 같은 적극적인 암치료에 비해 사이버나이프가 가지는 장점은?
전신상태 저하에 따른 수술적 치료가 어렵거나, 기존의 방사선치료의 긴 치료기간은 노령의 암환자에게 적절한 치료법을 제시하지 못하는 경우가 있다. 그러나 사이버나이프는 고선량의 방사선을 짧은 기간 내에 투여하고, 종양의 위치가 체내심부에 위치하거나, 중요장기에 인접하여 수술적 치료가 어려운 환자에게 적용 가능하여 환자의 삶의 질을 향상시키는 새로운 치료방법으로 제시되고 있다.
참고문헌 (21)
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