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문제 정의
- 본원에서는 Smooth Thickness를 적용하여 생성된 Milling Machine Parameters를 통해 Range Compensator를 제작, 적용하여 환자를 치료하고 있다. 본 논문에서는 뇌종양 환자의 양성자 치료에 사용되는 Range Compensator의 Smooth thickness를 적용함에 따라 선량분포가 어떻게 변화하는지를 분석하고 Planning Target Volume(PTV)과 Organ at risk(OAR)에 작용하는 선량에 대하여 어떤 영향을 주는지 비교 평가해 보았다.
- 본 연구에서는 양성자 치료를 받은 뇌종양 환자의 Range Compensator에 Smooth Thickness가 작용하는 횟수가 증가함에 따라 Target과 그 주변의 정상조직에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 그 결과 PTV에 작용하는 Dmax는 점차 감소하였고 Dmin은 점차 증가하여 두 값의 차이가 점점 줄어드는 양상을 보였다.
제안 방법
- 제작된 Range Compensator에 Compensator Editor를 이용하여 직경을 조절해 PTV와 주변 OAR을 포함한 Hot Spot에 Smooth Thickness를 적용하였다. (Fig 3) 환자의 각 조사영역마다 1회에서 5회까지 적용하여 치료계획을 세웠다. Smooth Thickness가 1회씩 추가 적용될 때 마다 DVH를 분석해 원하는 데이터를 수집했다.
- 치료계획을 평가하기 위해 DVH를 분석해 수집한 데이터를 바탕으로 PTV에 대한 최대선량과 최소선량의 상대선량 백분율을 구하여 그 차이가 감소하는 것을 바탕으로 Target 에 대한 선량의 균일성을 평가하였으며 선량적합성을 분석하기 위하여 선량균질지수(Homogeneity Index, HI)와 처방선량지수(Conformity Index, CI)를 구하였다. (식. 1,2) 그리고 Target 주변의 OAR인 Brain Stem, Optic Chiasm, Rt Optic Nerve, Lt Optic Nerve의 Max dose의 상대선량백분율을 구하여 Smooth Thickness가 적용됨에 따른 OAR Dose의 변화를 비교 분석 하였다.
- Eclipse의 External planning system을 이용하여 대상 환자 1명씩 3가지 방향의 치료 조사영역마다 Range Compensator를 설정하였다. 생성된 Compensator를 바탕으로 선량을 계산하여 Smooth thickness를 적용하지 않았을 때의 치료계획을 세워 DVH(Dose Volume Histogram)를 분석하여 원하는 데이터를 구했다.
- PTV 주변 Brain Stem, Optic Chiasm, Rt Optic Nerve, Lt Optic Nerve의 OAR에 작용하는 Max Dose를 비교하여 Smooth Thickness를 적용할수록 정상조직에 미치는 영향을 분석하였다.
- Smooth Thickness를 1회에서 5회까지 적용할수록 환자의 PTV에 미치는 영향을 확인하기 위하여 Dmax와 Dmin 을 구하여 그 차이가 어떻게 변화하는지 결과를 비교하였고 HI와 CI를 구하여 결과를 분석하였다.
- 현재까지 본원에서 Proton Therapy System(Proteus-235, IBA particle Therapy)을 통해 치료를 받은 뇌종양 환자 중에서 snout size가 100이고 3방향의 치료조사영역을 가진 환자를 선택하였다. 그 중 뇌줄기(Brain Stem), 시신경 교차 (Optic Chiasm), 오른쪽 시신경(Rt Optic Nerve), 왼쪽 시신경(Lt Optic Nerve)를 포함하여 치료를 받은 환자 10명을 대상으로 치료계획을 세웠다.(Fig 2)
- 본원에서는 Smooth Thickness를 적용하여 생성된 Milling Machine Parameters를 통해 Range Compensator를 제작, 적용하여 환자를 치료하고 있다. 본 논문에서는 뇌종양 환자의 양성자 치료에 사용되는 Range Compensator의 Smooth thickness를 적용함에 따라 선량분포가 어떻게 변화하는지를 분석하고 Planning Target Volume(PTV)과 Organ at risk(OAR)에 작용하는 선량에 대하여 어떤 영향을 주는지 비교 평가해 보았다.
- Eclipse의 External planning system을 이용하여 대상 환자 1명씩 3가지 방향의 치료 조사영역마다 Range Compensator를 설정하였다. 생성된 Compensator를 바탕으로 선량을 계산하여 Smooth thickness를 적용하지 않았을 때의 치료계획을 세워 DVH(Dose Volume Histogram)를 분석하여 원하는 데이터를 구했다. 제작된 Range Compensator에 Compensator Editor를 이용하여 직경을 조절해 PTV와 주변 OAR을 포함한 Hot Spot에 Smooth Thickness를 적용하였다.
- 생성된 Compensator를 바탕으로 선량을 계산하여 Smooth thickness를 적용하지 않았을 때의 치료계획을 세워 DVH(Dose Volume Histogram)를 분석하여 원하는 데이터를 구했다. 제작된 Range Compensator에 Compensator Editor를 이용하여 직경을 조절해 PTV와 주변 OAR을 포함한 Hot Spot에 Smooth Thickness를 적용하였다. (Fig 3) 환자의 각 조사영역마다 1회에서 5회까지 적용하여 치료계획을 세웠다.
- 치료계획을 평가하기 위해 DVH를 분석해 수집한 데이터를 바탕으로 PTV에 대한 최대선량과 최소선량의 상대선량 백분율을 구하여 그 차이가 감소하는 것을 바탕으로 Target 에 대한 선량의 균일성을 평가하였으며 선량적합성을 분석하기 위하여 선량균질지수(Homogeneity Index, HI)와 처방선량지수(Conformity Index, CI)를 구하였다. (식.
대상 데이터
- (Fig 3) 환자의 각 조사영역마다 1회에서 5회까지 적용하여 치료계획을 세웠다. Smooth Thickness가 1회씩 추가 적용될 때 마다 DVH를 분석해 원하는 데이터를 수집했다.
- 현재까지 본원에서 Proton Therapy System(Proteus-235, IBA particle Therapy)을 통해 치료를 받은 뇌종양 환자 중에서 snout size가 100이고 3방향의 치료조사영역을 가진 환자를 선택하였다. 그 중 뇌줄기(Brain Stem), 시신경 교차 (Optic Chiasm), 오른쪽 시신경(Rt Optic Nerve), 왼쪽 시신경(Lt Optic Nerve)를 포함하여 치료를 받은 환자 10명을 대상으로 치료계획을 세웠다.
이론/모형
- 환자의 치료계획을 위해 Eclipse Proton Planning System(Version 10.0, Varian, USA)을 사용하였고 선량계산을 위하여 Proton Convolution Superposition(Version 8.1.20 or 10.0.28) 알고리즘을 사용하였다.
성능/효과
- 10명의 Target Volume에 있어서 대상환자(A, B, C, D, E, F, G, H, I, J)별 Dmax의 상대선량백분율의 경우 1.1%, 1.3%, 1.3%, 0.9%, 3.1%, 1.6%, 0.8%, 4.3%, 2%, 1.7%의 차이로 평균 1.81% 감소하였다. Dmin의 상대선량백분율의경우 1.
- 10명의 대상 환자의 HI는 Smooth Thickness를 적용할수록 0.011, 0.013, 0.005, 0.009, 0.031, 0.016, 0.008, 0.047, 0.020, 0.017만큼 평균 0.018 감소하였고 CI는 모든 환자가 거의 변화가 없었다.(Table 4,5)
- 81% 감소하였다. Dmin의 상대선량백분율의경우 1.8%, 0.9%, 1.1%, 0.5%, 0.3%, 0.3%, 0.9%, 1.6%, 0.6%, 0.2%의 차이로 평균 0.82% 증가하였다.(Table 1,2) 두 값의 차이는 대상환자별로 2.
- Lt Optic Nerve의 Max Dose는 0.7%, 0.3%, 1%, 0.4%, 1.1%, 1.8%, 0.3%, 1%, 0.5%감소하였고 H환자만 0.4%증가로 평균 0.67% 감소하였다.(Table 9)
- Rt Optic Nerve의 Max Dose는 0.5%, 0.3%, 1.3%, 1.4%, 1%, 0.4%, 1.5%, 1%, 0.7% 감소하였고 B환자만 0.1% 증가로 평균 0.8%감소하였다.(Table 8)
- 본 연구에서는 양성자 치료를 받은 뇌종양 환자의 Range Compensator에 Smooth Thickness가 작용하는 횟수가 증가함에 따라 Target과 그 주변의 정상조직에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 그 결과 PTV에 작용하는 Dmax는 점차 감소하였고 Dmin은 점차 증가하여 두 값의 차이가 점점 줄어드는 양상을 보였다.[Fig 4.
- 대상환자별 Brain Stem의 Max Dose는 0.6%, 1.2%, 0.7%, 0.1%, 0.4%, 0.3%, 0.1%, 1.6%, 0.5%, 0.4%로 평균 0.59% 감소하는 것으로 나타났다.(Table 6)
- ] 이는 Target에 좀 더 균일하게 선량을 전달 할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 H.I가 점차 감소하며 선량의 균질성에도 더 좋은 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다. 다만 C.
- 이번 연구를 통하여 양성자 치료에 사용하는 Range Compensator에 적절한 횟수의 Smooth thickness를 적용하는 것은 Target의 선량분포를 개선할 수 있으며 Target 주변의 정상조직에 불필요한 선량을 감소시키는 결과를 나타냈기 때문에 이를 적용한 양성자 치료가 더 효과적이라고 사료된다. 다만 뇌보다 치료부위가 큰 폐나 간과 같은 더 큰 크기의 Snout을 사용하는 경우와 실제 Compensator의 제작과 관련해서 Smooth Thickness가 작용하는 부분에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.
후속연구
- I가 점차 감소하며 선량의 균질성에도 더 좋은 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다. 다만 C.I는 치료계획상으로는 위치 변동이 없었기 때문에 실제로 환자의 위치이동에 대한 보정에 대해서 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.
- 이번 연구를 통하여 양성자 치료에 사용하는 Range Compensator에 적절한 횟수의 Smooth thickness를 적용하는 것은 Target의 선량분포를 개선할 수 있으며 Target 주변의 정상조직에 불필요한 선량을 감소시키는 결과를 나타냈기 때문에 이를 적용한 양성자 치료가 더 효과적이라고 사료된다. 다만 뇌보다 치료부위가 큰 폐나 간과 같은 더 큰 크기의 Snout을 사용하는 경우와 실제 Compensator의 제작과 관련해서 Smooth Thickness가 작용하는 부분에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.
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