[논문]반구형 시준기를 가진 감마나이프에 대한 렉셀감마플랜 결과물의 독립적인 검증방법들의 비교

허병익

doi:10.7742/jksr.2016.10.7.521

반구형 시준기를 가진 감마나이프에 대한 렉셀감마플랜 결과물의 독립적인 검증방법들의 비교
A Comparison of the Independent Verification Methods for the Results of Leksell GammaPlan for Gamma Knife Predecessor with the Hemispherical Collimators 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.10 no.7, 2016년, pp.521 - 529

초록
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감마나이프 방사선수술은 일회에 고방사선량을 조사하는 치료 전략에 기초하기 때문에 렉셀감마플랜의 결과물에 대한 독립적인 검증은 환자의 안전성을 보장하고 치료 오류의 위험을 최소화하는데 중요한 절차 중 하나이다. 기존에 개발된 여러 검증 방법들의 구현을 통해 통계적으로 검토하고 치료에 시도했다. 이 연구의 목적은 감마나이프 치료에 대해 제안된 여러 검증방법의 정확도를 적용하고 평가하는 것이었다. 본 연구에서 감마나이프방사선 수술에 의해 치료된 두개 내 병변을 가진 10명의 환자가 포함되었다. 우리는 최대 선량, 임의의 점에서의 선량, 등선량중심점에서의 치료시간에 관하여 제안된 알고리즘과 렉셀감마플랜으로 획득한 데이터를 비교 하였다. 모든 데이터는 두 개의 상이한 측정 기법을 비교하기 위해 사용되는 통계적 방법인 대응표본 t 검정에 의해 분석되었다. 10가지 사례에서 최대 선량의 통계적 유의성은 제안된 검증방법과 렉셀감마플랜 사이에 관찰되지 않았다. 평균 최대 선량의 차이는 -0.53 Gy에서 3.71 Gy범위내였다. 제안된 검증방법과 렉셀감마플랜에 의해 계산된 임의의 점에서의 선량 또한 통계적으로 유의하지 않았다. 그러나 우리는 등선량중심점에서의 치료시간에 대한 조직최대비율 알고리즘과 렉셀감마플랜사이에 p=0.021인 통계적인 차이가 발견되었다. 통계적 분석에 의하면 제안된 검증방법은 감마나이프 방사선수술의 최상의 치료계획을 위해 최대 선량과 임의의 점에서의 선량을 고려할 때 렉셀감마플랜과 상당히 일치한다고 볼 수 있다. 제안된 검증방법들은 과다선량 조사 가능성을 최소화하기 위한 통상적인 정도관리 절차의 일부분으로 통합될 수 있다고 여겨진다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since Gamma Knife(R) radiosurgery(GKRS) is based on a single-fraction high dose treatment strategy, independent verification for the results of Leksell GammaPlan(R) (LGP) is an important procedure in assuring patient safety and minimizing the risk of treatment errors. Several verification methods have been developed and reported previously. Thus these methods were tested statistically and tried on Leksell Gamma Knife(LGK) target treatments through the embodiment of the previously proposed algorithms(PPA). The purpose of this study was to apply and evaluate the accuracy of verification methods for LGK target treatments using PPA. In the study 10 patients with intracranial lesion treated by GKRS were included. We compared the data from PPA and LGP in terms of maximum dose, arbitrary point dose, and treatment time at the isocenter locations. All data were analyzed by Paired t-test, which is statistical method used to compare two different measurement techniques. No statistical significance in maximal dose at 10 cases was observed between PPA and LGP. Differences in average maximal dose ranged from -0.53 Gy to 3.71 Gy. The arbitrary point dose calculated by PPA and LGP was not statistically significant too. But we found out the statistical difference with p=0.021 between TMR and LGP for treatment time at the isocenter locations. PPA can be incorporated as part of a routine quality assurance(QA) procedure to minimize the chance of a wrong overdose. Statistical analyses demonstrated that PPA was in excellent agreement with LGP when considering the maximal dose and the arbitrary point dose for the best plan of GKRS. Due to the easy applicability we hope PPA can be widely used.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

Table 2와 같이 본원에서 반구형 시준기를 가진 감마나이프를 이용해서 감마나이프 정위적 방사선수술을 받은 10명의 환자를 무작위로 선택하여 관련 연구 데이터를 수집 비교 분석하였다.
81을 나타내었다. 같은 방법으로, 임의의 지점에서의 선량을 10명의 환자에 대해서 렉셀감마플랜과 검증 알고리듬들을 이용해서 계산하였다. Table 4와 같이 렉셀감마플랜으로 계산된 임의의 지점에서의 선량의 경우 평균 선량은 34.
Table 3, Table 4에 렉셀감마플랜과 검증 알고리듬들 ADM(1), ADM(2), SAM, VEMT 사이의 차이에 대해 평가하기 위해서 이루어진 대응표본 t 검증의 결과 또한 보여주는데 통계적 차이는 관측되지 않았다. 또한 등선량중심점에서의 조사시간을 검증하기위해서 Zhang등이 제안한 검증 시스템 TMR을 구현하여 렉셀감마플랜의 조사시간과의 차이를 비교하였다. Table 5와 같이 렉셀감마플랜으로 계산된 초점에서의 조사시간(irradiation time)의 경우 평균 조사 시간 9.
셋째로 감마나이프 장비사에서 제공하는 치료계획 시스템인 렉셀감마플랜이 하드웨어적, 소프트웨어적 에러로 수행될 수 있는 치료계획 결과물의 오류를 우회적으로 PC에서 행해지는 독립적이고 이차적인 검증에 관한 것이다. 본 연구에서는 렉셀감마플랜의 치료 결과물에 대한 검증 알고리듬을 소개하고 이들을 PC에서 구현하여 렉셀감마플랜의 치료 결과물을 비교 분석하였다. 핵심적인 문제는 제한된 수의 측정지점들로부터 수집된 두개골의 기하학을 어떻게 모사하고 그 모사한 두개골을 지나가는 많은 감마선 감쇠 경로길이를 계산하는 방법이다.
본원에서 개발한 검증 방법으로서 두개골을 기존의 환자 MRI/CT 횡단영상과 시상단면영상에서 유두체(mammillary body)를 중심으로 좌우, 앞뒤, 위 두피까지의 거리를 측정하여 타원체로 모형화한다. 두피로부터 초점까지의 감마선 경로 깊이는 감마선과 타원체의 기하학적 관계로 부터 획득한다.
둘째로 치료계획에 따라 감마나이프 장비가 얼마나 정확히 작동하는가에 관한 감마나이프 장비의 정밀도 검증 항목을 들 수 있다. 셋째로 감마나이프 장비사에서 제공하는 치료계획 시스템인 렉셀감마플랜이 하드웨어적, 소프트웨어적 에러로 수행될 수 있는 치료계획 결과물의 오류를 우회적으로 PC에서 행해지는 독립적이고 이차적인 검증에 관한 것이다. 본 연구에서는 렉셀감마플랜의 치료 결과물에 대한 검증 알고리듬을 소개하고 이들을 PC에서 구현하여 렉셀감마플랜의 치료 결과물을 비교 분석하였다.
^[2]감마나이프 방사선수술은 한 회에 고선량의 방사선을 뇌병변에 조사하여 괴사시키는 비침습적인 무혈수술 방법으로서 절차는 총 네 단계로 구성되어 있다. 첫 단계로 삼차원 좌표계의 설정과 고정시킴을 위하여 환자의 머리에 국소 마취를 하여 정위틀(stereotactic frame)을 고정한다. 두 번째 단계는 두개내 병변의 위치를 정의하고 측정하기 위하여 MRI 지시기를 장착하여 MRI 영상을 얻는 과정이다.
ADM 알고리듬에서의 목표물 평균 경로 깊이는 다음의 두 가지 방법이 제시되었다. 첫째, 머리다리방향(craniocaudal direction)의 15mm 간격의 MRI/CT 네 개의 횡단영상(axial image)을 이용하여 다음과 같이 구한다.^[6]

대상 데이터

org), PHP scripting language와 MySQL softwares이 사용되었다. 렉셀감마플랜과 제안된 검증 방법들로부터 얻어진 모든 데이터는 감마나이프 정위적 방사선수술로 치료를 받은 무작위로 선택된 10명의 환자들을 대상으로 얻어진 것이다.
본 연구에서는 본원에서 개발한 검증 알고리듬 가변 타원체 모형화기술(Variable Ellipsoid Modeling Technique: VEMT)과 제안된 검증 알고리듬을 PC 상에서 구현하여 수학적 선량계산을 하기위해 PHP: Hypertext Pre processor language(http://www.php.net)를 사용하였다. 또한 Apache web server program(http://www.

데이터처리

치료계획 시스템 렉셀감마플랜과 검증 알고리듬들에 의해서 얻어진 데이터의 일치성을 분석하기 위해서 대응표본 t 검증이 사용되었다. 0.

성능/효과

ADM 두 알고리듬으로 계산된 최대선량은 치료계획시스템 렉셀감마플랜과 비교하여 각각 평균 2%, -7% 표준편차 9%, 10% 불일치를 보였다. 임의의 지점에서의 선량은 각각 평균 2%, -7% 표준편차 9%, 10%를 보였다.
SAM으로 계산된 최대선량과 임의의 점에서의 선량을 렉셀감마플랜과 비교했을 때 각각 –28%에서 9%까지, -25%에서 20%까지의 불일치를 보였다.
Table 3과 같이 렉셀감마플랜으로 계산된 최대선량의 경우 평균 최대선량은 42.90±20.97 Gy를 보인 반면, ADM(1), ADM(2), SAM, VEMT를 통해 계산된 최대선량은 각각 43.43±20.67 Gy, 39.19±18.66 Gy, 39.31±17.79 Gy, 41.88±19.64 Gy 평균 최대선량을 보였다.
64 Gy 평균 최대선량을 보였다. 감마플랜과 검증 시스템들로 계산된 평균 최대선량의 차이는 각각 -0.53(95% CI), 3.71(95% CI), 3.59(95% CI), 1.02(95% CI)이고 표준편차는 각각 4.42, 7.43, 7.29, 3.89를 보였다. 평균 최대선량 차이의 95% 신뢰구간의 하한은 -3.
렉셀감마플랜과 TMR의 비교 결과 평균 차이는 –0.32(95% CI)이고 표준편차는 1.18이었다.
렉셀감마플랜과 검증 시스템들로 계산된 임의의 지점에서의 평균 선량의 차이는 –0.21(95% CI), 3.07(95% CI), 2.29(95% CI), 0.39(95% CI)이고, 표준편차는 각각 4.17, 6.67, 6.52, 3.59를 보였다.
05보다 작은 p값은 통계적으로 유의하다고 고려되었다. 본 연구에서 통계적인 차이의 유의성을 고려한 것은 최대 선량위치에서의 최대선량, 임의의 지점에서의 선량, 방사선 등선량중심점에서의 치료시간의 차이였다.
이 방법으로 접근한 최대선량과 임의의 점에서의 선량은 각각 평균 –1%, 0.4% 표준편차 7%, 6%를 나타내었다.
이 알고리듬을 제안한 저자들은 7명의 환자에 대한 총 48 샷 중 46 샷에서 초점에서의 선량률이 ±5% 이내를 보였고 두 샷만이 ±6% 이내를 보였다.
4% 표준편차 7%, 6%를 나타내었다. 제시한 알고리듬들 중에서 가장 적은 불일치를 보였다. Zhang등이 제시한 TMR 알고리듬으로 얻은 등선량중심점에서의 조사 시간은 렉셀감마플랜이 제시하는 조사 시간과 유의한 차이를 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	감마나이프 방사선수술의 네 단계는 무엇인가?	[2] 감마나이프 방사선수술은 한 회에 고선량의 방사선을 뇌병변에 조사하여 괴사시키는 비침습적인 무혈수술 방법으로서 절차는 총 네 단계로 구성되어 있다. 첫 단계로 삼차원 좌표계의 설정과 고정시킴을 위하여 환자의 머리에 국소 마취를 하여 정위틀(stereotactic frame)을 고정한다. 두 번째 단계는 두개내 병변의 위치를 정의하고 측정하기 위하여 MRI 지시기를 장착하여 MRI 영상을 얻는 과정이다. MRI 영상을 PACS 시스템을 통해 컴퓨터로 전송받아 치료계획을 수립하는 과정이 세 번째 단계이다. 치료계획은 감마나이프 장비사에서 제공한 치료계획용 소프터웨어인 렉셀감마플랜을 활용하여 이루어진다. 치료계획이 마무리됨과 동시에 감마나이프를 이용한 치료인 최종 단계가 이루어진다. 치료과정이 하루 일 회에 끝나는 아주 간편한 수술이기는 하나 고방사선량을 조사하는 매우 조심성을 요구하는 수술이기 때문에 감마나이프 방사선수술 준비와 치료 과정에서 환자의 안전과 정밀한 치료시스템을 유지하는 것이 감마나이프 방사선수술에 있어서 무엇보다도 중요한 과제이다.
	감마나이프 방사선수술이란 무엇인가?	[1,2] 특히 신경외과적 질환을 다루는 정위적 방사선수술은 기존 개두술을 보조하거나 대체해 가는 방향으로 큰 틀을 만들어가고 있다. [2] 감마나이프 방사선수술은 한 회에 고선량의 방사선을 뇌병변에 조사하여 괴사시키는 비침습적인 무혈수술 방법으로서 절차는 총 네 단계로 구성되어 있다. 첫 단계로 삼차원 좌표계의 설정과 고정시킴을 위하여 환자의 머리에 국소 마취를 하여 정위틀(stereotactic frame)을 고정한다.
	감마나이프 방사선수술은 무엇에 기초하는 수술인가?	감마나이프 방사선수술은 일회에 고방사선량을 조사하는 치료 전략에 기초하기 때문에 렉셀감마플랜의 결과물에 대한 독립적인 검증은 환자의 안전성을 보장하고 치료 오류의 위험을 최소화하는데 중요한 절차 중 하나이다. 기존에 개발된 여러 검증 방법들의 구현을 통해 통계적으로 검토하고 치료에 시도했다.

참고문헌 (9)

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상세보기
A. Niranjan, L. D. Lunsford, "Radiosurgery: Where We Were, Are, and May Be in the Third Millennium," Neurosurgery, Vol. 46, No. 3, pp. 531-543, 2000.

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A. Wu, "Physics and Dosimetry of the Gamma Knife," Neurosurgery Clinics of North America, Vol. 3, pp. 35-50, 1992.

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A. Wu, G. Lindner, A. H. Maitz, A. M. Kalend, L. D. Lunsford, J. C. Flickinger, W. D. Bloomer, “Physics of Gamma Knife approach on convergent beams in stereotactic radiosurgery,” International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 18, No. 4, pp. 941-950, 1990.

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J. S. Tsai, M. J. Engler, M. J. Rivard, A. Mahajan, J. A. Borden, Z. Zheng, “A formalism for independent checking of Gamma Knife dose calculations,” Medical Physics, Vol. 28, No. 9, pp. 1842-1849, 2001.

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S. M. Marcu, Q. J. Wu, K. Pillai, M. S. Weinhous, “GammaPlan(R)-Leksell Gamma Knife(R) radiosurgery treatment planning verification method,” Medical Physics, Vol. 27, No. 9, pp. 2146-2149, 2000.

상세보기
P. Zhang, D. Dean, Q. J. Wu, C. Sibata, “Fast verification og Gamma $Knife^{TM}$ treatment plans,” Journal of Applied Clinical Medical Physics, Vol. 1, No. 4, pp. 158-164, 2000.

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B. I. Hur, B. K. Choi, S. G. Sung, W. H. Cho, S. H. Cha, C. H. Choi, "The Variable Ellipsoid Modeling Technique as a Verification Method for the Treatment Planning System of Gamma Knife Radiosurgery," Journal of Korean Neurosurgical Society, Vol. 47, pp. 128-133, 2010.

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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].

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