[논문]치료계획 시스템을 이용한 Varian Standard Couch 모델링의 유용성 평가

양용모; 송용민; 김진만; 최지민; 최병기

초록
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목 적 : 방사선 치료 시 Carbon Fiber Couch에 의한 감약이 일어난다. 본 연구에서는 치료계획 시스템(Treatment Planning System: TPS)을 이용해 Varian사의 Varian Standard Couch(VSC)를 모델링 하여 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 선형가속기(Clinac IX, VARIAN, USA)의 CBCT(Cone Beam Computed Tomography)를 이용하여 VSC의3가지 조건Side Rail Out Grid(SROG), Side Rail InGrid(SRIG), Side Rail In OutSpine Down Bar(SRIOS)로 스캔 한 후 TPS(Pinnacle9.8, Philips, USA)로 전송하여 Side Rail, Side Bar Upper, Side Bar Lower, Spine Down Bar를 Automatic Contouring하여 모델링 하였다. 전산화 단층촬영(Light Speed RT 16, GE, USA)으로 스캔 한 Cheese Phantom(Middelton, USA) 을 TPS로 전송하여 모델링 한 VSC를 적용하였다. 측정 점은 Cheese Phantom내의 Ion Chamber(A1SL, Standard imaging, USA)이며 Isocenter에 위치시켜 Energy(4, 10MV), Gantry Angle($5^{\circ}$간격으로 측정), Field Size($3{\times}3cm^2$, $10{\times}10cm^2$)에 변화를 주어 각 100MU의 동일한 조건에서 얻은 계산 값과 측정값을 비교하였으며 Side Bar Upper에 의한 감약을 비교하기 위해 SRIG조건에서 $127^{\circ}$를 포함하였다. 결 과 : CBCT를 이용해 얻은 VSC의 Density를 TPS에서 확인한 결과 $0.9g/cm^3$였으며 Spine Down Bar의 경우 $0.7g/cm^3$로 나타났다.Side Rail, Side Bar Upper, Side Bar Lower, Spine Down Bar에서 각 17.49%, 16.49%, 8.54%, 7.59%의 감약이 일어났으며모델링의 정확성을 평가하기 위해 계산 값과 측정값을 비교한 결과 평균 1.13%의 오차가 보였으며 Spine Down Bar를 지나는 $170^{\circ}beam$에서 1.98%로 가장 많은오차를 보였다. 결 론 : TPS이용해 모델링 한 VSC의 유용성을 평가하기 위해계산 값과 측정값을 비교한 결과 최대1.98%의 오차를 보였다. 방사선 치료계획 시 VSC를 모델링 하여 적용한다면선량에 대한 예측이 가능해 더욱 정확한 치료를 하는데 도움이 될 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose : When a radiation treatment, there is an attenuation by Carbon Fiber Couch. In this study, we tried to evaluate the usability of the Varian Standard Couch(VSC) by modeling with Treatment Planning System (TPS) Materials and Methods : VSC was scanned by CBCT(Cone Beam Computed Tomography) of ...

Purpose : When a radiation treatment, there is an attenuation by Carbon Fiber Couch. In this study, we tried to evaluate the usability of the Varian Standard Couch(VSC) by modeling with Treatment Planning System (TPS) Materials and Methods : VSC was scanned by CBCT(Cone Beam Computed Tomography) of the Linac(Clinac IX, VARIAN, USA), following the three conditions of VSC, Side Rail OutGrid(SROG), Side Rail InGrid(SRIG), Side Rail In OutSpine Down Bar(SRIOS). After scan, the data was transferred to TPS and modeled by contouring Side Rail, Side Bar Upper, Side Bar Lower, Spine Down Bar automatically. We scanned the Cheese Phantom(Middelton, USA) using Computed Tomography(Light Speed RT 16, GE, USA) and transfer the data to TPS, and apply VSC modeled previously with TPS to it. Dose was measured at the isocenter of Ion Chamber(A1SL, Standard imaging, USA) in Cheese Phantom using 4 and 10 MV radiation for every $5^{\circ}$ gantry angle in a different filed size($3{\times}3cm^2$, $10{\times}10cm^2$) without any change of MU(=100), and then we compared the calculated dose and measured dose. Also we included dose at the $127^{\circ}$ in SRIG to compare the attenuation by Side Bar Upper. Results : The density of VSC by CBCT in TPS was $0.9g/cm^3$, and in the case of Spine Down Bar, it was $0.7g/cm^3$. The radiation was attenuated by 17.49%, 16.49%, 8.54%, and 7.59% at the Side Rail, Side Bar Upper, Side Bar Lower, and Spine Down Bar. For the accuracy of modeling, calculated dose and measured dose were compared. The average error was 1.13% and the maximum error was 1.98% at the $170^{\circ}beam$ crossing the Spine Down Bar. Conclusion : To evaluate the usability for the VSC modeled by TPS, the maximum error was 1.98% as a result of compassion between calculated dose and measured dose. We found out that VSC modeling helped expect the dose, so we think that it will be helpful for the more accurate treatment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 Varian Standard Couch(VSC)에 의한 감약을 Energy, Gantry Angle, Field Size에 변화를 주어 확인하고 TPS을 이용해 VSC를 모델링 하여 유용성을 평가하고자 한다.

제안 방법

선형가속기의 CBCT(Cone Beam Computed Tomography)를 이용하여 VSC의 3가지 조건 Side Rail OutGrid(SROG), Side Rail In Grid(SRIG), Side Rail In OutSpine Down Bar(SRIOS)에서 2.5mm로 스캔 한 후 TPS으로 전송하였다.(Fig.1)
전송된 3가지 조건의 VSC에서 Carbon의 밀도가 높은 Side Rail, Side Bar Upper, Side Bar Lower, Spine Down Bar를 Automatic Contouring 하여 모델링 하였다. 전산화 단층촬영으로 2.

대상 데이터

top panel of Fig.2) 측정 점은 Cheese Phantom의 Ion Chamber위치이며 Isocenter에 위치시켜 Energy(4, 10MV), Gantry Angle(120°~180° , 5°간격으로 측정), Field Size(3X3cm² , 10X10cm²)에 변화를 주었고 각 100MU를 전달하여 계산값과 측정값을 얻어 비교하였다. Side Bar Upper에 의한 감약을 비교하기 위해 SRIG조건에서 127°를 포함하였고 Side Bar Lower와 Spine Down Bar에 의한 감약을 비교하기 위해 SRIOS조건에서 120°~145°는 Side Rail In, 150°~180°는 Side Rail Out으로 하였다.

데이터처리

SROG조건에서 Energy 4MV, 10MV, Field Size 3x3cm² , 10x10cm²에서 측정한 각 180°의 평균값을 기준으로 Gantry Angle, Energy, Field Size의 변화에 따른 감약을 비교 분석하였고 TPS에서 모델링 한 VSC의 정확성을 평가하기 위해서 계산 값과 실제 측정값을 비교 하였다.

성능/효과

VSC모델링의 정확성을 평가하기 위해 계산 값과 측정값을 비교한 결과 평균 1.13%, 최대 1.98%의 오차를 보였다. S.
Side Rail의 경우 In·Out을 이용하여 Beam Pathway를 피할 수 있지만Side Bar의 경우는 그렇지 않다. 만약 이를 간과한다면 Target에 정확한 선량을 전달할 수 없게 될 것이다. 예를 들어 Lung 3D CRT시, Side Bar Upper를 지나는 3문 조사로 각 동일한 선량을 준다고 할 때 최대 5.82%의 선량 오류가 일어난다. 이러한 오류는 조직의 지역반응에 있어 큰 변화를 가져온다.

후속연구

본 연구에서는 TPS을 이용해 VSC를 모델링 하였다.방사선 치료계획 시 VSC 모델링을 적용한다면감약되는 Gantry Angle을 알 수 있어선량에 대한 예측이 가능해 더욱 정확한 치료를 하는데 도움이 될 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CFC를 구성하는 지지대는 어떤 것들이 있는가?	2) 이러한 특성은 높은 선량을 암 조직에 정확하게 전달해야 하는 방사선 치료에 매우 이상적이라고 여러 논문에서 보고하고있다.3) 하지만 이러한 이상적인 치료를 가능하게 하기 위해서는 환자를 기하학적으로 움직임 없이 안전하게 지지해야 하는데, 이를 위해 CFC는 Side Rail, Side Bar,Spine Down Bar와 같은 지지대로 구성되어 있다.4,5) 지지대로 인해 방사선 치료 시 환자의 Set up에서는 안정성을 얻었지만 다른 부분에 비해 높은 밀도가 높아Posterior과 Posterior Oblique 방향에서 조사되는 방사선 에너지의 감약을 일으켰다.
	6MV의 방사선을 사용할 때와 비교했을 때 CFC의 지지대로 인한 방사선 에너지 감약은?	6) McCormack et al.의 연구에서는 여러 Gantry Angle에서의 CFC의 지지대로 인한 방사선 에너지의 감약에 대해 6MV의 방사선을 사용할 경우 보통의 조건에서는 2%가감약 되지만 지지대의 영향을 받는 Posterior Oblique방향에서 조사되는 방사선에 대해서는 최대 9%까지 감약된다고 보고하고 있다.7)
	방사선 치료에 Carbon FiberCouch가 사용되는 이유는?	현대의 방사선 치료는Carbon FiberCouch(CFC)가 사용되고 있다. 이는 Carbon 재질이 Wood, Plate 등 다른 재질보다 기계적인 강도가 우수하고 밀도가 낮고 방사선 투과성이 좋아 에너지의 감약이 거의 없기 때문이다.1) Meara와 Langmack는 방사선 치료에서 통상적으로 쓰이는 Carbon, Copolyester, PMMA(polymethylmethacrylate)의 세가지 재질을 비교하였는데 Carbon 재질이 다른 두 종류의 재질보다 우수한 방사선 투과율을 보였다고 보고하고 있으며 고에너지 방사선 치료에서는 Carbon 재질을 사용하자고 제안하고 있다.

참고문헌 (12)

De Mooy LG. The use of carbon fibers in radiotherapy. Radiother Oncol. 1991;22(2):140-142.

상세보기
Meara SJ, Langmack KA. An investigation into the use of carbon fibre for megavoltage radiotherapy applications. Phys Med Biol. 1998;43(5):1359-66.

상세보기
W. Kenji Myint. Investigating treatment dose error due to beamattenuation by a carbon fibertabletop. Medical Physics. 2006;3(7):21-27
Meyer J, Mills JA, Haas OC, Burnham KJ, Parvin EA. Accommodation of couch constraints for coplanar intensitymodulated radiation therapy. Radiother Oncol. 2001;61(1):23-32.

상세보기
Myint WK, Niedbala M, Wilkins D, Gerig LH. Investigating treatment dose error due to beam attenuation by a carbon fiber tabletop. J Appl Clin Med Phys. 2006;7(3):21-27.
Muthuswamy MS, Lam KL. A method of beam-couch intersection detection. Med Phys. 1999;26(2):229-235.

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McCormack S, Diffey J, Morgan A. The effect of gantry angle on megavoltage photon beam attenuation by a carbon fiber couch insert. Med Phys. 2005;32(2):483-87.

상세보기
Jan K.H. seppala, Jarmo A.J. Kulmala. Increased beam attenuation and surface dose by different couch inserts of treatment tables used in megavoltage radiotherapy. Med Phys.2011;12(4):15-23
Sanchez-Nieto B, Nahum AE. The delta-TCP concept: A clinically useful measure of tumor control probability.Int J Rad Oncol Biol Phys. 1999;44(2):369-380.

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S. C. Vieira, R. S. Kaatee, M. L. Dirkx, and B. J. Heijmen, "Twodimensionalmeasurement f photon beam attenuation by the treatmentcouch and immobilization devices using an electronic portal imaging device,"Med. Phys. 30_11_, 2981-2987_2003_.
Mihaylov IB, Corry P, Yan Y, Ratanatharathorn V, Moros EG. Modeling of carbon fiber couch attenuation properties with a commercial treatment planning system. Med Phys. 2008;35(11):4982-88.

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Mijnheer BJ, Battermann JJ, Wambersie A. What degree of accuracy is required and can be achieved in photonand neutron therapy. Radiother Oncol. 1987;8(3):237-252.

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