두경부암 환자의 양성자 치료 시 사용하는 자체 제작한 BoS Frame 고정장치의 선량학적 유용성 평가 Dosimetric evaluation of using in-house BoS Frame Fixation Tool for the Head and Neck Cancer Patient원문보기
목 적 : 두경부암의 양성자 치료 시 BoS frame ($Q-fix^{TM}$)을 사용하면 후사방향의 빔 조사 시 couch 와 snout 사이 충돌을 피하면서 Airgap 을 최소화할 수 있다. 이는 couch 에서 BoS frame 을 얼마나 많이 extended 시켰는지가 각 치료 빔 방향의 Airgap (환자와 빔 사출구 거리)을 결정하기 때문이다. 이에 본원에서는 BoS frame의 제한점을 개선하기 위하여 고정장치를 자체 제작하였고, 제작한 고정장치의 유용성을 본 연구를 통해 선량학적으로 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 본원에서 양성자치료를 받은 Brain Cancer환자 3명의 빔 각도 중 후사방향의 빔 6개를 선택하였다. 현재 치료계획 되어 있는 환자를 기존 방식대로 BoS frame만 사용했을 때 각 환자마다 왼쪽후사방향, 오른쪽 후사방향의 빔에서 충돌을 피할 수 있는 snout 위치를 측정하고 이 위치에 따른 Airgap과 Lateral penumbra 영역을 계산하고 DVH값을 분석하였다. 같은 환자의 동일한 빔에서 자체 제작한 BoS frame 고정장치를 사용하여 제조회사에서 권고한 set-up 사항보다 BoS frame을 21 cm superior방향으로 set-up을 진행하였고, 그 후 충돌을 피할 수 있는 snout위치를 측정하고 이 위치에서 Airgap과 Lateral penumbra영역을 계산하고 DVH값을 분석하였다. 결 과 : 자체 제작 BoS frame 고정장치를 사용함에 따라 사용하지 않았을 때 보다 snout 위치 즉 Airgap을 각각 각도별로 5.4 cm ~ 15.4 cm 줄일 수 있었다. Lateral penumbra는 BoS frame 고정장치를 사용하면서 Airgap을 감소시킴에 따라 각도별로 선량분포곡선에서 왼쪽, 오른쪽 부분을 0.1 cm ~ 0.4 cm 감소시킬 수 있었다. 자체 제작한 BoS frame 고정장치 사용함으로써 감소한 Lateral penumbra에 의해 정상조직에 들어가는 선량을 비교해보면 Lt.eyeball, Lt.lens, Lt.hippocampus, Lt.cochlea, Rt.eyeball, Rt.lens, Rt.cochlea, Rt. hippocampus, stem에 들어가는 선량이 0 CGE ~ 4.4 CGE 감소한 것을 알 수 있었다. 결 론 : 두경부암의 양성자 치료 시 자체제작 BoS frame 고정장치를 사용함에 따라 사용하지 않았을 때보다 후사방향의 빔에서 snout 위치를 감소시킬 수 있었고, Airgap을 줄여 결과적으로 Lateral penumbra를 감소시켜 정상조직에 불필요한 선량을 최소화 할 수 있었다. 이에 본 연구를 통해 자체제작 BoS frame 고정장치의 유용성을 선량학적으로 평가한 결과, 후사방향의 빔을 사용하는 두경부암 환자의 양성자 치료 시 유용하게 사용 될 것으로 기대된다. 마지막으로 두경부암 뿐만 아니라 다른 부위 양성자 치료에서도 Airgap을 최소한 할 수 있는 방법을 고안하여 Lateral penumbra를 줄일 수 있는 지속적인 연구가 필요할 것이라고 사료된다.
목 적 : 두경부암의 양성자 치료 시 BoS frame ($Q-fix^{TM}$)을 사용하면 후사방향의 빔 조사 시 couch 와 snout 사이 충돌을 피하면서 Airgap 을 최소화할 수 있다. 이는 couch 에서 BoS frame 을 얼마나 많이 extended 시켰는지가 각 치료 빔 방향의 Airgap (환자와 빔 사출구 거리)을 결정하기 때문이다. 이에 본원에서는 BoS frame의 제한점을 개선하기 위하여 고정장치를 자체 제작하였고, 제작한 고정장치의 유용성을 본 연구를 통해 선량학적으로 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 본원에서 양성자치료를 받은 Brain Cancer환자 3명의 빔 각도 중 후사방향의 빔 6개를 선택하였다. 현재 치료계획 되어 있는 환자를 기존 방식대로 BoS frame만 사용했을 때 각 환자마다 왼쪽후사방향, 오른쪽 후사방향의 빔에서 충돌을 피할 수 있는 snout 위치를 측정하고 이 위치에 따른 Airgap과 Lateral penumbra 영역을 계산하고 DVH값을 분석하였다. 같은 환자의 동일한 빔에서 자체 제작한 BoS frame 고정장치를 사용하여 제조회사에서 권고한 set-up 사항보다 BoS frame을 21 cm superior방향으로 set-up을 진행하였고, 그 후 충돌을 피할 수 있는 snout위치를 측정하고 이 위치에서 Airgap과 Lateral penumbra영역을 계산하고 DVH값을 분석하였다. 결 과 : 자체 제작 BoS frame 고정장치를 사용함에 따라 사용하지 않았을 때 보다 snout 위치 즉 Airgap을 각각 각도별로 5.4 cm ~ 15.4 cm 줄일 수 있었다. Lateral penumbra는 BoS frame 고정장치를 사용하면서 Airgap을 감소시킴에 따라 각도별로 선량분포곡선에서 왼쪽, 오른쪽 부분을 0.1 cm ~ 0.4 cm 감소시킬 수 있었다. 자체 제작한 BoS frame 고정장치 사용함으로써 감소한 Lateral penumbra에 의해 정상조직에 들어가는 선량을 비교해보면 Lt.eyeball, Lt.lens, Lt.hippocampus, Lt.cochlea, Rt.eyeball, Rt.lens, Rt.cochlea, Rt. hippocampus, stem에 들어가는 선량이 0 CGE ~ 4.4 CGE 감소한 것을 알 수 있었다. 결 론 : 두경부암의 양성자 치료 시 자체제작 BoS frame 고정장치를 사용함에 따라 사용하지 않았을 때보다 후사방향의 빔에서 snout 위치를 감소시킬 수 있었고, Airgap을 줄여 결과적으로 Lateral penumbra를 감소시켜 정상조직에 불필요한 선량을 최소화 할 수 있었다. 이에 본 연구를 통해 자체제작 BoS frame 고정장치의 유용성을 선량학적으로 평가한 결과, 후사방향의 빔을 사용하는 두경부암 환자의 양성자 치료 시 유용하게 사용 될 것으로 기대된다. 마지막으로 두경부암 뿐만 아니라 다른 부위 양성자 치료에서도 Airgap을 최소한 할 수 있는 방법을 고안하여 Lateral penumbra를 줄일 수 있는 지속적인 연구가 필요할 것이라고 사료된다.
Purpose : BoS(Base of Skull) Frame, the fixation tool which is used for the proton of brain cancer increases the lateral penumbra by increasing the airgap (the distance between patient and beam jet), due to the collision of the beam of the posterior oblique direction. Thus, we manufactured the fixat...
Purpose : BoS(Base of Skull) Frame, the fixation tool which is used for the proton of brain cancer increases the lateral penumbra by increasing the airgap (the distance between patient and beam jet), due to the collision of the beam of the posterior oblique direction. Thus, we manufactured the fixation tool per se for improving the limits of BoS frame, and we'd like to evaluate the utility of the manufactured fixation tool throughout this study. Materials and Methods : We've selected the 3 patients of brain cancer who have received the proton therapy from our hospital, and also selected the 6 beam angles; for this, we've selected the beam angle of the posterior oblique direction. We' ve measured the planned BoS frame and the distance of Snout for each beam which are planned for the treatment of the patient using the BoS frame. After this, we've proceeded with the set-up that is above the location which was recommended by the manufacturer of the BoS frame, at the same beam angle of the same patient, by using our in-house Bos frame fixation tool. The set-up was above 21 cm toward the superior direction, compared to the situation when the BoS frame was only used with the basic couch. After that, we've stacked the snout to the BoS frame as much as possible, and measured the distance of snout. We've also measured the airgap, based on the gap of that snout distance; and we've proceeded the normalization based on each dose (100% of each dose), after that, we've conducted the comparative analysis of lateral penumbra. Moreover, we've established the treatment plan according to the changed airgap which has been transformed to the Raystation 5.0 proton therapy planning system, and we've conducted the comparative analysis of DVH(Dose Volume Histogram). Results : When comparing the result before using the in-house Bos frame fixation tool which was manufactured for each beam angle with the result after using the fixation tool, we could figure out that airgap than when not used in accordance with the use of the in-house Bos frame fixation tool was reduced by 5.4 cm ~ 15.4 cm, respectively angle. The reduced snout distance means the airgap. Lateral Penumbra could reduce left, right, 0.1 cm ~ 0.4 cm by an angle in accordance with decreasing the airgap while using each beam angle in-house Bos frame fixation tool. Due to the reduced lateral penumbra, Lt.eyeball, Lt.lens, Lt. hippocampus, Lt. cochlea, Rt. eyeball, Rt. lens, Rt. cochlea, Rt. hippocampus, stem that can be seen that the dose is decreased by 0 CGE ~ 4.4 CGE. Conclusion : It was possible to reduced the airgap by using our in-house Bos frame fixation tool for the proton therapy; as a result, it was possible to figure out that the lateral penumbra reduced. Moreover, it was also possible to check through the comparative analysis of the treatment plan that when we reduce the lateral penumbra, the reduction of the unnecessary irradiation for the normal tissues. Therefore, Using the posterior oblique the Brain cancer proton therapy should be preceded by decreasing the airgap, by using our in-house Bos frame fixation tool; also, the continuous efforts for reducing the airgap as much as possible for the proton therapy of other area will be necessary as well.
Purpose : BoS(Base of Skull) Frame, the fixation tool which is used for the proton of brain cancer increases the lateral penumbra by increasing the airgap (the distance between patient and beam jet), due to the collision of the beam of the posterior oblique direction. Thus, we manufactured the fixation tool per se for improving the limits of BoS frame, and we'd like to evaluate the utility of the manufactured fixation tool throughout this study. Materials and Methods : We've selected the 3 patients of brain cancer who have received the proton therapy from our hospital, and also selected the 6 beam angles; for this, we've selected the beam angle of the posterior oblique direction. We' ve measured the planned BoS frame and the distance of Snout for each beam which are planned for the treatment of the patient using the BoS frame. After this, we've proceeded with the set-up that is above the location which was recommended by the manufacturer of the BoS frame, at the same beam angle of the same patient, by using our in-house Bos frame fixation tool. The set-up was above 21 cm toward the superior direction, compared to the situation when the BoS frame was only used with the basic couch. After that, we've stacked the snout to the BoS frame as much as possible, and measured the distance of snout. We've also measured the airgap, based on the gap of that snout distance; and we've proceeded the normalization based on each dose (100% of each dose), after that, we've conducted the comparative analysis of lateral penumbra. Moreover, we've established the treatment plan according to the changed airgap which has been transformed to the Raystation 5.0 proton therapy planning system, and we've conducted the comparative analysis of DVH(Dose Volume Histogram). Results : When comparing the result before using the in-house Bos frame fixation tool which was manufactured for each beam angle with the result after using the fixation tool, we could figure out that airgap than when not used in accordance with the use of the in-house Bos frame fixation tool was reduced by 5.4 cm ~ 15.4 cm, respectively angle. The reduced snout distance means the airgap. Lateral Penumbra could reduce left, right, 0.1 cm ~ 0.4 cm by an angle in accordance with decreasing the airgap while using each beam angle in-house Bos frame fixation tool. Due to the reduced lateral penumbra, Lt.eyeball, Lt.lens, Lt. hippocampus, Lt. cochlea, Rt. eyeball, Rt. lens, Rt. cochlea, Rt. hippocampus, stem that can be seen that the dose is decreased by 0 CGE ~ 4.4 CGE. Conclusion : It was possible to reduced the airgap by using our in-house Bos frame fixation tool for the proton therapy; as a result, it was possible to figure out that the lateral penumbra reduced. Moreover, it was also possible to check through the comparative analysis of the treatment plan that when we reduce the lateral penumbra, the reduction of the unnecessary irradiation for the normal tissues. Therefore, Using the posterior oblique the Brain cancer proton therapy should be preceded by decreasing the airgap, by using our in-house Bos frame fixation tool; also, the continuous efforts for reducing the airgap as much as possible for the proton therapy of other area will be necessary as well.
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제안 방법
Airgap을 줄이기 위해 snout nozzle을 환자에게 최대한 밀착하다 보면 기존 couch에 snout nozzle이 충돌을 일으킬 가능성이 크다는 것이 문제점이었다. 따라서 이 문제점을 해결하기 위하여 BoS frame 고정장치를 자체 제작하였고 유용성을 선량학적으로 평가해 보았다.
이에 본 연구에서는 Airgap을 최대한 줄여주는 BoS frame의 고정장치를 제작함으로써 Lateral penumbra을 감소시키고자 한다. 결과적으로 환자에게 조사되는 불필요한 선량을 최소화 함으로써 방사선 치료 목적에 부합될 수 있는 자체제작한 BoS frame의 고정장치의 유용성을 선량학적으로 평가하고자 한다.
현재 치료계획 되어 있는 환자를 기존 방식대로 BoS frame만 사용했을 때 각 환자마다 후사방향의 빔에서 충돌을 피할 수 있는 snout위치를 측정하고 이 위치에 따른 Airgap을 도출하였다. 또한 선량을 100% 맞게 nomalizing 하여 Lateral penumbra 영역을 계산하고 DVH값을 분석하였다.
대상 데이터
본 논문에서는 2015년 12월 에서 2016년 4월까지 Brain cancer 소아환자 2명, 성인 1명의 치료계획을 가지고 연구를 진행하였으며, 소아 환자는 Ependymoma와 Glioma 성인환자는 pituitary adenoma을 선택하였다. 본 연구에서는각 환자마다 치료 field중 후사방향의 빔을 선택하여 연구를 진행하였다.
데이터처리
현재 치료계획 되어 있는 환자를 기존 방식대로 BoS frame만 사용했을 때 각 환자마다 후사방향의 빔에서 충돌을 피할 수 있는 snout위치를 측정하고 이 위치에 따른 Airgap을 도출하였다. 또한 선량을 100% 맞게 nomalizing 하여 Lateral penumbra 영역을 계산하고 DVH값을 분석하였다. 같은 환자의 동일한 후사방향의 빔에서 자체 제작한 BoS frame 고정장치를 사용하여 Q-fix에서 권고한 set-up line보다 BoS frame을 21 cm superior방향으로 set-up을 진행하였다.
이론/모형
본 논문에서는 SHI사 Proton Therapy 장비를 사용하였다. SHI사의 Proton Therapy 장비의 특징 중 하나는 Snout nozzle 크기가 고정되어 있다.
Dedicated Scanning Nozzle은 오로지 Line Scanning방식으로만 Beam이 전달되고, Multi-Purpose-Nozzle은 Scattering방식과 Scanning방식을 모두 사용할 수 있다. 본 연구는 Multi-Purpose-Nozzle의 Scattering방식 중 Wobbling방식으로 빔이 전달되는 방법을 선택하여 진행하였다. 또한 FORTE사의 Robotic Couch를 사용하였으며 이 Couch의하중은 최대 180 kg, Couch Limit은 X방향 -157 cm ~+157 cm, Y방향 -676 cm ~ 158 cm, Z방향 -45 cm ~ 10 cm, Pitch ?30 ~ +30, Roll -50 ~ +50, Rotation ?950 ~+950이다.
성능/효과
치료 계획 비교 평가를 통해 Lateral penumbra를 줄일수록 정상 조직에 방사선을 줄일 수 있는 것도 수치상으로 알 수 있었다. 두경부암의 양성자 치료 시 자체제작 BoS frame 고정장치를 사용함에 따라 사용하지 않았을 때보다 후사방향의 빔에서 snout 위치를 감소시킬 수 있었고, Airgap을 줄여 결과적으로 Lateral penumbra를 감소시켜 정상장기에 불필요한 선량을 감소할 수 있었다.
후속연구
이에 본 연구에서는 Airgap을 최대한 줄여주는 BoS frame의 고정장치를 제작함으로써 Lateral penumbra을 감소시키고자 한다. 결과적으로 환자에게 조사되는 불필요한 선량을 최소화 함으로써 방사선 치료 목적에 부합될 수 있는 자체제작한 BoS frame의 고정장치의 유용성을 선량학적으로 평가하고자 한다.
하지만 추후에 Scanning 치료 방식에서도 aperture를 사용할 예정이 있기 때문에 자체 제작한 BoS frame 고정장치가 후사방향의 빔을 사용하는 두경부암의 양성자 Scanning 치료 방식에서도 유용하게 사용될 것으로 기대된다. 마지막으로 두경부암 뿐만 아니라 다른 부위 양성자 치료에서도 Airgap을 최소한 할 수 있는 방법을 고안하여 Lateral penumbra를 줄일 수 있는 지속적인 연구가 필요할 것이다.
이에 본 연구를 통해 자체제작 BoS frame 고정장치의 유용성을 선량학적으로 평가한 결과, 후사방향의 빔을 사용하는 두경부암의 환자의 양성자 치료 시 유용하게 사용될 것으로 기대된다. 현재 Samsung Proton Therapy Center의 Scanning 치료 방식에서는 aperture를 사용하지 않기 때문에 Airgap을 감소하기 위해 snout 위치를 줄이지 않아도 된다.
현재 Samsung Proton Therapy Center의 Scanning 치료 방식에서는 aperture를 사용하지 않기 때문에 Airgap을 감소하기 위해 snout 위치를 줄이지 않아도 된다. 하지만 추후에 Scanning 치료 방식에서도 aperture를 사용할 예정이 있기 때문에 자체 제작한 BoS frame 고정장치가 후사방향의 빔을 사용하는 두경부암의 양성자 Scanning 치료 방식에서도 유용하게 사용될 것으로 기대된다. 마지막으로 두경부암 뿐만 아니라 다른 부위 양성자 치료에서도 Airgap을 최소한 할 수 있는 방법을 고안하여 Lateral penumbra를 줄일 수 있는 지속적인 연구가 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
양성자 치료란 무엇인가?
양성자 치료란 수소 원자 핵을 구성하고 있는 양성자를 빛의 60% 속도로 가속해 암 조직을 파괴하는 치료법이다. 양성자는 물질 내에서 멈추기 직전까지 방사선을 방출하지 않고 대부분의 방사선량을 멈출 때 방출하는 특징이 있다.
양성자 치료의 장점은 무엇인가?
양성자는 물질 내에서 멈추기 직전까지 방사선을 방출하지 않고 대부분의 방사선량을 멈출 때 방출하는 특징이 있다. 따라서 양성자 치료는 종양조직에만 고선량의 방사선을 조사하면서 종양조직 앞쪽이나 뒤쪽의 정상조직에는 방사선에 의한 손상을 최소할 할 수 있는 장점이 있다.
불필요한 Lateral penumbra가 발생하는 이유는 무엇인가?
특히 두경부암의 경우 OAR(Organ At Risk)이 많이 분포하고 있기 때문에 Lateral penumbra에 의한 영향을 간과하고 지나쳐서는 안 된다. 현재 두경부암 환자의 양성자 치료 시 사용하는 BoS frame은 후사방향의 빔에서 충돌위험 때문에 snout을 최대한 환자에게 밀착 할 수 없어 Airgap을 줄이는 데 한계가 있다. 이로 인하여 불필요한 Lateral penumbra가 발생하고 치료계획 시 설정한 목표 종양 및 OAR의 선량분포의 차이를 가져올 수 있다.
참고문헌 (6)
김재원, 심진섭, 장요종, 강동윤, 최계숙: 양성자치료시 Air Gap 변화에 따른 Lateral penumbra와 선량분포 변화에 대한 비교 및 연구. 대한방사선치료학회지 2010;22(1):47-51
Urie MM, Sisterson JM, Koehler AM, Goitein M, and Zoesman J: Proton beam penumbra Effects of separation between patient and beam modifying device. Med. Phys. 13, 734-741 (1986).
Suresh Rana, Omar Zeidan, Eric Ramirez, Michael Rains, Junfang Gao, and Yuanshui Zheng: Measurements of lateral penumbra for uniform scanning proton beams under various beam delivery conditions and comparison to the Xio treatment planning system. Med. Phys 40, 091708 (2013)
Sairos Safai, Thomas Bortfeld and Martijn Engelsman: Comparison between the lateral penumbra of a collimated double-scattered beam and uncollimated scanning beam in proton radiotherapy. Phys. Med. Biol. 53 (2008) 1729-1750
Oozeer R, Mazal A, Rosenwald JC, et al.: A model for the lateral penumbra in water of a 200-MeV proton beam devoted to clinical applications. Med Phys 24, 1559 (1997)
Hyunuk Jung, Oyeon Kum, Youngyih Han, Hee Chul Park, Jin Sung Kim, and Doo Ho Cho: A virtual simulator designed for collision prevention in proton therapy. Med. Phys 42, 6021 (2015)
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