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3D 프린터를 이용한 Customized Bolus 제작에 관한 연구
A Study on Developing Customized Bolus using 3D Printers 원문보기

대한방사선치료학회지 = The Journal of Korean Society for Radiation Therapy, v.27 no.1, 2015년, pp.61 - 71  

정상민 (국립암센터 양성자치료센터) ,  양진호 (국립암센터 양성자치료센터) ,  이승현 (국립암센터 양성자치료센터) ,  김진욱 (국립암센터 양성자치료센터) ,  염두석 (국립암센터 양성자치료센터)

초록
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목 적 : 3D 프린터는 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 모델을 만들어 낼 수 있는 장비이다. 이러한 특징을 이용하여 방사선치료시 bolus 사용으로 인한 피부와 bolus 사이의 air gap을 최소화 할 수 있는 bolus 제작이 가능하다. 이에 본 연구에서는 3D 프린터를 이용하여 customized bolus를 제작하여 air gap과 target 선량을 상품화된 1 cm bolus와 비교하고자 한다. 대상 및 방법 : 왼쪽 chest wall에 돌출된 종양이 있는 RANDO phantom을 CT 모의치료기를 이용하여 영상 획득 후, CT DICOM 파일을 3D 프린터에 필요한 STL 파일로 변환시켰다. 이것을 이용하여 치료부위의 체표윤곽과 일치하면서 1 cm 두께를 유지하는 customized bolus 주형틀을 3D 프린터로 제작한 후 paraffin wax를 녹여 customized bolus를 만들었다. 이렇게 만들어진 customized bolus와 상품화된 1 cm bolus의 air gap을 확인하였고, air gap으로 인한 차이를 Eclipse를 이용하여 치료계획상 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$$V_{95%}$를 비교하였다. 결 과 : customized bolus 제작 기간은 약 3일이 소요되었다. air gap 총 용적은 customized bolus는 평균 $3.9cm^3$, 상품화된 1 cm bolus는 평균 $29.6cm^3$이었다. 상품화된 1 cm bolus를 사용할 때보다 3D 프린터를 이용하여 제작한 customized bolus를 사용하는 것이 air gap을 최소화시켰다. 6 MV photon에서 customized bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 각각 102.8%, 88.1%, 99.1%, 95.0%, 94.4%이었고, 상품화된 1 cm bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 101.4%, 92.0%, 98.2%, 95.2%, 95.7%이었다. proton의 경우 customized bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 각각 104.1%, 84.0%, 101.2%, 95.1%, 99.8%이었고, 상품화된 1 cm bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 104.8%, 87.9%, 101.5%, 94.9%, 99.9%이었다. 이처럼 치료계획에서 customized bolus와 1 cm bolus 모두 GTV의 선량은 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 GTV에 인접한 정상조직은 customized bolus의 선량이 더 적게 나타났다. 결 론 : 3D 프린터를 이용한 customized bolus가 표면이 일정하지 않은 치료부위에 사용 할 때 air gap을 줄이는 효과를 나타냈다. 그렇지만 상품화된 bolus와 피부 사이에 생기는 air gap은 target에서의 선량의 변화를 일으킬 만큼 많은 양이 아님을 알 수 있었다. 반면 chest wall에서는 air gap이 적을수록 선량이 감소함을 확인 할 수 있었다. customized bolus 제작 기간은 3일이 걸렸고, 고가의 제작비용이 든다는 문제점이 발생하였다. 따라서 3D 프린터 customized bolus의 상용화를 위해서는 저비용이고, bolus 사용으로 적합한 3D 프린터 재료 모색의 필요성이 있다고 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Purpose : 3D Printers are used to create three-dimensional models based on blueprints. Based on this characteristic, it is feasible to develop a bolus that can minimize the air gap between skin and bolus in radiotherapy. This study aims to compare and analyze air gap and target dose at the branded 1...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 11∼12) 이에 본 연구에서는 3D 프린터 출력물을 이용한 customized bolus를 제작하고, 이렇게 제작한 customized bolus와 기존 상품화된 bolus 사용 시 생기는 air gap과 선량을 비교하여 보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
bolus로 사용 가능한 것은 무엇이 있는가? bolus로 사용 가능한 것으로는 조직등가물질인 Paraffin wax, Polystyrene, Lucite, Superstuff, Superflab등이 있다.7) 이러한 조직등가물질과 다양한 방법으로 air gap 없이 bolus를 사용하기 위해 끊임없이 연구를 이어왔다.
bolus 사용 시 기본 되는 원칙은 무엇인가? bolus 사용 시 기본 되는 원칙은 환자의 체표에 확실히 밀착을 시켜 위치해야 한다.1) 그러나 인체의 구조 또는 병변 및 수술로 인한 돌출과 함몰 부분이 생기는 등 환자의 일정하지 않은 체표면 때문에 상품화된 bolus를 사용하면 피부와 bolus 사이에 불필요한 공기층(air gap)이 생기게 된다.
bolus 사이에 불필요한 공기층이 생기면 어떻게 되는가? 1) 그러나 인체의 구조 또는 병변 및 수술로 인한 돌출과 함몰 부분이 생기는 등 환자의 일정하지 않은 체표면 때문에 상품화된 bolus를 사용하면 피부와 bolus 사이에 불필요한 공기층(air gap)이 생기게 된다. 이러한 air gap은 표면선량과 중심축심부선량(central axis depth dose) 감소의 원인이 된다.2∼4) 또한 air gap에 의한 표면선량은 gantry 각도증가에 따라 감소하는 경향이 있다.5∼6)
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참고문헌 (12)

  1. F. M. Khan, "The Physics of Radiation Therapy"3rd ed. 259 

  2. Sharma S. C, Johnson M. W : Surface dose perturbation due to air gap between patient and bolus for electron beams, Medical physics, 1993 ; 20, 377-378 

  3. M. Kong, L. Holloway : An investigation of central axis depth dose distribution perturbation due to an air gap between patient and bolus for electron beams, Australasian Physical & Engineering Sciences in Medicine, 2007 ; 30, 111-119 

  4. Yousaf Khan, J. Eduardo Villarreal-Barajas, Mona Udowicz, Richie Sinha, Wazir Muhammad, et al. : Clinical and Dosimetric Implications of Air Gaps between Bolus and Skin Surface during Radiation Therapy, Journal of Cancer Therapy, 2013 ; 4, 1251-1255 

  5. Martin J. Butson, Tsang Cheung, Peter Yu, Peter Metcalfe : Effects on skin dose from unwanted air gaps under bolus in photon beam radiotherapy, Radiation Measurements, 2000 ; 32, 201-204 

  6. 안승권, 이원주, 신동봉, 전병철, 이석, 조정희, 박재일 : Bolus 사용 시 환자와의 Air Gap에 의한 피부선량 변화에 관한 고찰, 대한방사선치료학회, 2001 ; 13, 51-58 

  7. F. M. Khan, "The Physics of Radiation Therapy"3rd ed. 327 

  8. 박효국, 김주호, 이상규, 윤종원, 조정희, 김동욱 : 조직결손이 큰 환자에서 물 볼루스의 적용에 관한 고찰, 대한방사선치료학회, 2006 ; 제18권 제2호, 105-112 

  9. 안승권, 김용배, 이익재, 송태수, 손동민, 장영재, 조정희, 김주호, 김동욱, 조재호, 서창옥 : 사지에 발병한 카포시육종의 방사선치료를 위한 물 볼루스 기구의 유용성 고찰, 대한방사선종양학회, 2008 ; 26(3), 189-194 

  10. 송용민, 김종식, 홍채선, 주상규, 박주영, 박수연 : Total Scalp의 방사선 치료 시 Helmet Bolus 제작방법에 관한 연구, 대한방사선치료학회, 2012 ; 제24권 제1호, 31-37 

  11. S. M. Fuller, D. R. Butz, C. B. Vevang, M. V. Makhlouf : Application of 3-dimensional printing in hand surgery for production of a novel bone reduction clamp, J Hand Surg Am, 2014 ; 39, 1840-1845 

  12. Zhiwei Dong, Qihong Li, Shizhu Bai, Li Zhang : Application of 3-Dimensional Printing Technology to Kirschner wire Fixation of Adolescent Condyle Fracture, J Oral Maxillofac Surg, 2015 ; 14, 

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