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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 Esophagus cancer 환자와 SCL을 포함한 Breast cancer 환자의 자세오차를 확인하고 치료 전 선량계측 품질보증(Delivery Quality Assurance, DQA)을 통한 회전방향 오차의 교정유무에 따른 선량차이를 평가하여 6DoF Couch의 유용성에 대해서 알아보고자 한다. 추가적으로, SI 방향의 표적의 길이와 회전방향의 자세오차 크기에 따른 감마통과율의 분석을 통해 회전방향 오차의 변화양상을 알아보고, 표적의 위치별 측정된 선량 차이를 확인하기 위하여 ArcCHECK의 각 다이오드에 측정된 선량정보를 추출하여 계산된 Dose Difference(DD) 를 이용하여 표적의 위치별 선량차이 경향을 확인해보고자 하였다.
- 이에 본 연구에서는 Esophagus cancer 환자와 SCL을 포함한 Breast cancer 환자의 자세오차를 확인하고 치료 전 선량계측 품질보증(Delivery Quality Assurance, DQA)을 통한 회전방향 오차의 교정유무에 따른 선량차이를 평가하여 6DoF Couch의 유용성에 대해서 알아보고자 한다. 추가적으로, SI 방향의 표적의 길이와 회전방향의 자세오차 크기에 따른 감마통과율의 분석을 통해 회전방향 오차의 변화양상을 알아보고, 표적의 위치별 측정된 선량 차이를 확인하기 위하여 ArcCHECK의 각 다이오드에 측정된 선량정보를 추출하여 계산된 Dose Difference(DD) 를 이용하여 표적의 위치별 선량차이 경향을 확인해보고자 하였다.
제안 방법
- 1) 각 측정에 반영된 회전방향의 자세오차는 환자 10명의 CBCT(Cone Beam Computed Tomography) 영상을 각 환자의 CT 모의치료 영상과 비교한 10건의 자세오차의 평균값을 계산하여 반영하였다(Table 1).
- 2) 3 cm의 동일한 직경에 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm 의 길이를 가진 각각의 표적의 치료계획에 Rx, Ry, Rz 회전오차의 크기는 1° 간격으로 0.5°, 1.5°, 2.5°의 오차를 각각 부여한 후 데이터를 획득하였으며, 회전오차를 부여하고 측정한 데이터와의 비교를 위하여 회전오차가 있는 경우와 회전오차가 없는 경우를 측정하여 감마통과율을 비교하였다.
- 3) 2)번 항목에서 측정하고 분석했던 감마통과율의 정확한 선량차이 경향을 확인하기 위하여 측정된 데이터를 SNC Patient Software를 이용하여 각 다이오드에 측정된 선량정보를 추출하였다. ArcCHECK의 동중심점에서 측정된 선량, 즉 Reference 선량정보와 회전오차를 적용하고 측정된 선량정보와의 Dose Difference를 계산하여 각 회전오차의 종류 및 표적의 위치에 따른 선량차이 경향을 그래프를 통하여 비교분석하였다.
- 1). ArcCHECK을 통해 전달된 선량의 분포를 확인하기 위해 SNC Patient Software를 이용, 감마지수 (Gamma Index)의 분석을 위해 감마통과율을 구하였으며(Fig. 2), PC Electrometer를 사용하여 선량을 측정하고 계획된 선량과 비교하였다.
- 3) 2)번 항목에서 측정하고 분석했던 감마통과율의 정확한 선량차이 경향을 확인하기 위하여 측정된 데이터를 SNC Patient Software를 이용하여 각 다이오드에 측정된 선량정보를 추출하였다. ArcCHECK의 동중심점에서 측정된 선량, 즉 Reference 선량정보와 회전오차를 적용하고 측정된 선량정보와의 Dose Difference를 계산하여 각 회전오차의 종류 및 표적의 위치에 따른 선량차이 경향을 그래프를 통하여 비교분석하였다. 또한 표적의 중심부와 표적의 양 끝단 지점의 최대 선량차이의 비를 산출하여 정량 적으로 평가하였다.
- CT영상은 네트워크(Digital Image Communication in medicine; DICOM)을 통해 치료계획 시스템(Radiation Treatment Planning System; RTP)으로 전송하였다. 이후 Ray Station 5.
- ArcCHECK의 동중심점에서 측정된 선량, 즉 Reference 선량정보와 회전오차를 적용하고 측정된 선량정보와의 Dose Difference를 계산하여 각 회전오차의 종류 및 표적의 위치에 따른 선량차이 경향을 그래프를 통하여 비교분석하였다. 또한 표적의 중심부와 표적의 양 끝단 지점의 최대 선량차이의 비를 산출하여 정량 적으로 평가하였다.
- 본 연구에서도 표적의 길이에 따른 각각의 회전오차가 주는 영향을 선량계측 품질보증(DQA) 방법 중에 하나로 ArcCHECK의 선량분포 데이터를 통하여 확인하였으며, 각 다이오드에 측정된 선량정보를 추출하고 Dose Dif- ference를 계산하여 선량차이의 경향을 확인하였다(Fig. 6). 본 연구에서는 표적이 원기둥 모양의 형태이기 때문에 Ry 방향, 즉 roll 방향의 회전오차에서는 표적의 중심부와 표적의 양 끝단의 선량차이 경향성을 볼 수 없었지만 실제 표적의 길이가 긴 환자의 치료계획을 할 경우에는 Ry 방향에서도 자세 회전오차의 크기에 따라 선량차이가 발생할 것으로 사료된다.
- 2017년 5월부터 9월까지 본원에서 6DoF Couch를 적용하고, 용적변조회전 방사선치료(V-MAT)를 시행했던 Esophagus cancer 환자와 SCL을 포함한 Breast cancer 환자 중 무작위로 선정한 10명을 대상으로 하였으며, 선량 전달에 사용된 선형가속기는 Elekta 사의 Infinity(Stockholm, Sweden)를 이용하였으며, 선형가속기에 설치된 6DoF Couch를 사용하였다. 선량계측 품질보증(DQA)을 통한 선량비교를 위해서 Diode type의 ArcCHECK을 사용하였으며, 교정된 이온챔버인 A1SL(Standard Imaging, USA)과 PC Electrometer(Sun Nuclear, USA)를 이용하여 점 선량(Point Dose)을 측정하였다.
- CT영상은 네트워크(Digital Image Communication in medicine; DICOM)을 통해 치료계획 시스템(Radiation Treatment Planning System; RTP)으로 전송하였다. 이후 Ray Station 5.0(Ray Search Laboratories, Sweden)을 이용하여 종양의 위치 및 모양에 적절한 선량 분포를 만들어내기 위해 2개의 Arc를 사용하여 치료계획을 수립하였으며, 추가적으로 표적의 길이에 따른 자세 회전오차의 변화양상을 확인하기 위하여 원기둥 모양을 가진 3 cm의 동일한 직경에 표적의 길이를 5 cm에서부터 20 cm까지 5 cm 간격으로 가상의 Organ을 만들어 같은 조건으로 4개의 치료계획을 수립하였다.
대상 데이터
- 2017년 5월부터 9월까지 본원에서 6DoF Couch를 적용하고, 용적변조회전 방사선치료(V-MAT)를 시행했던 Esophagus cancer 환자와 SCL을 포함한 Breast cancer 환자 중 무작위로 선정한 10명을 대상으로 하였으며, 선량 전달에 사용된 선형가속기는 Elekta 사의 Infinity(Stockholm, Sweden)를 이용하였으며, 선형가속기에 설치된 6DoF Couch를 사용하였다. 선량계측 품질보증(DQA)을 통한 선량비교를 위해서 Diode type의 ArcCHECK을 사용하였으며, 교정된 이온챔버인 A1SL(Standard Imaging, USA)과 PC Electrometer(Sun Nuclear, USA)를 이용하여 점 선량(Point Dose)을 측정하였다.
- 이온챔버는 ArcCHECK의 중심부의 중앙에 위치하도록 하였고, 치료실의 레이저(Laser)가 선형가속기 Infinity의 동중심점(Iso-center)와 일치하도록 6DoF Couch 위에 설치하였다. 회전방향 자세오차의 영향을 보기 위하여 각각의 세 회전방향인 Rx(pitch), Ry(roll), Rz(yaw) 자세 오차를 적용하였을 경우 ArcCHECK에 계획된 선량을 전달하여 각각의 오차들이 반영된 선량분포 데이터를 획득하였다(Fig. 1). ArcCHECK을 통해 전달된 선량의 분포를 확인하기 위해 SNC Patient Software를 이용, 감마지수 (Gamma Index)의 분석을 위해 감마통과율을 구하였으며(Fig.
성능/효과
- 0.5°와 1.5° 사이 회전오차 구간의 Rx 방향에서 3.3 %가 감소하여 가장 큰 감마통과율의 감소를 보였으며, 2.5°의 회전오차에서는 2.9 %가 감소한 91.6 %의 값을 나타냈다 (Fig. 5).
- 10 cm 길이 표적에서도 5 cm 길이 표적에서와 비슷한 경향을 보였으며, 0.5°와 1.5°의 회전오차에서는 표적의 양 끝단 지점에서의 선량차이만 크게 나타났던 것과는 달리 2.5°의 회전오차에서는 모든 영역에서 선량차이가 크게 발생하였다.
- 15 cm 와 20 cm 길이 표적에서는 조금 다른 양상을 보였는데, 가장 큰 회전오차인 2.5°에서도 표적의 중심부에서의 선량 차이는 크지 않았던 반면에 표적의 양 끝단에서만 선량차이가 크게 발생한 것을 확인할 수 있다.
- 5 cm 표적의 길이에서와 마찬가지로 0.5°까지 회전오차의 변화에 따른 감마통과율의 변화는 미미했으나, Rz 방향의 회전오차가 1.5°에서 2.5°로 커지는 구간에서 가장 큰 감마통과율의 감소를 보였으며 약 4.7 % 감소했다(Fig. 5).
- Rx 방향의 회전오차가 적용된 경우의 점 선량 평균오차 율은 2.50±1.11 %였으며, 최소 0.92 %, 최대 4.23 %의 차이를 보였다(Table 2).
- Rx(pitch) 방향의 회전오차에서 1.5°에서 2.5°로 회전오차가 커지는 구간에서 13.5 %가 감소하여 가장 큰 감소율을 보였으며, 감마통 과율은 74.8 %를 나타냈다.
- Ry 방향의 회전오차가 적용된 경우의 점 선량 평균오차율은 2.36±1.16 %였으며, 최소 0.89 %, 최대 4.19 %의 차이를 보였다(Table 2).
- Rz 방향의 회전오차가 적용된 경우의 점 선량 평균오차율은 2.35±1.10 %였으며, 최소 0.96 %, 최대 4.02 %의 차이를 보였다(Table 2).
- SNC patient software를 이용한 감마지수 분석 시, 모든 방향의 회전오차에서 2번 환자를 제외한 9명의 환자에게서 감마통과율이 크게 감소했다(Fig. 4). 2번 환자의 경우 종양의 모양에 따른 치료계획이 회전오차의 부여에 크게 영향을 받지 않은 표적이기 때문인 것으로 사료된다.
- 2번 환자의 경우 종양의 모양에 따른 치료계획이 회전오차의 부여에 크게 영향을 받지 않은 표적이기 때문인 것으로 사료된다. TG-119에서 Gamma Index의 기준인 DTA 3 mm, DD(Dose Difference) 3 %에서 95 %이상을 권고하는 것과 치료부위에 따라서는 90 % 이상을 권고 (11-12) 하고 있지만 각각의 회전오차가 부여된 경우 10명 중 8명의 환자 에게서 감마통과율이 90 % 이하임을 확인할 수 있는데, 이는 ArcCHECK의 Setup에 회전오차를 부여해서 선량의 경향성을 확인한 것이지 정확한 선량의 재현은 아니기에 다소 차이가 날 수 있다(Fig. 4).
- 뇌종양 환자의 체적조절회전 방사선치료에서 자세회전오차에 따른 선량영향에 관한 연구에서 회전오차의 유무에 따른 점 선량의 오차율에는 유의한 차이가 있다 (p < 0.05)고 보고하고 있는 것을 고려해볼 때, 본 연구에서 평균 오차율의 차이가 크지는 않지만 6DoF couch 사용에 따른 회전오차의 보정은 점 선량에 있어서 치료효율을 높일 수 있음을 알 수 있다.
- 본 연구에서는 표적이 원기둥 모양의 형태이기 때문에 Ry 방향, 즉 roll 방향의 회전오차에서는 표적의 중심부와 표적의 양 끝단의 선량차이 경향성을 볼 수 없었지만 실제 표적의 길이가 긴 환자의 치료계획을 할 경우에는 Ry 방향에서도 자세 회전오차의 크기에 따라 선량차이가 발생할 것으로 사료된다. 또한 각 회전오차의 크기별 감마통과율과 Dose Difference 분석결과로 미루어 볼 때 표적의 길이별, Ry 방향에서의 회전오차를 제외한 회전오차의 크기가 커짐에 따라서 표적의 양 끝단 지점에서의 선량차이도 커짐을 확인할 수 있다(Table 6). Rz 방향의 회전오차 적용 시 같은 회전오차에서 10 cm보다는 5 cm의 경우에 20cm보다는 15 cm의 경우에 선량차이가 크게 나타난 결과를 확인할 수 있는데 이는 ArcCHECK의 다이오드 배열 간격이 Iso-center를 중심으로 1 cm 간격으로 되어 있기 때문에 분석지점을 선택할 때, 상대적으로 5 cm과 15 cm 의 표적에 길이에서 10 cm과 20 cm에서 보다 저선량 영역 지점이 선택되어 선량차이는 상대적으로 크게 나온 것으로 사료된다.
- 반면에, 표적의 길이가 15 cm과 20 cm의 경우에는 1.5°에서 측정했던 값과 비교해보았을 때 상대적으로 큰 감소율을 나타냈으며 평균적으로 각각 3.8 %와 2.8 % 정도의 감소를 보였다.
- 선량분포 측정 및 획득 중에 발생한 무작위 오차 등에 의하여 각 회전오차에 따라 조금씩 다른 양상을 보이는 부분도 있으나, 5 cm과 10 cm에서는 2.5° 이상의 모든 회전오차에서 6DoF couch를 이용한 회전오차 보정이나 치료 방사선사의 치료 전 CBCT를 통한 환자자세 재셋업을 통한 보정이 필요함을 확인하였고, 표적의 길이가 15 cm과 20 cm으로 길고 회전오차가 0.5° 이상인 경우에는 오차의 보정이 반드시 필요한 것으로 사료된다.
- Rz 방향의 회전오차 적용 시 같은 회전오차에서 10 cm보다는 5 cm의 경우에 20cm보다는 15 cm의 경우에 선량차이가 크게 나타난 결과를 확인할 수 있는데 이는 ArcCHECK의 다이오드 배열 간격이 Iso-center를 중심으로 1 cm 간격으로 되어 있기 때문에 분석지점을 선택할 때, 상대적으로 5 cm과 15 cm 의 표적에 길이에서 10 cm과 20 cm에서 보다 저선량 영역 지점이 선택되어 선량차이는 상대적으로 크게 나온 것으로 사료된다. 이에 따라 표적의 길이별로 중심부와 양 끝단 지점의 선량차이의 경향성을 보다 정량적으로 평가하기 위하여 표적의 중심부와 양 끝단 지점의 최대 선량차이의 비를 산출한 결과 Ry 방향 전 영역에서의 결과를 제외하고 동일한 회전오차에서 표적의 길이가 커짐에 따라 표적의 중심부에 비해 양끝단 지점의 선량차이는 커짐을 확인할수 있었다(Table 7). 선량분포 측정 및 획득 중에 발생한 무작위 오차 등에 의하여 각 회전오차에 따라 조금씩 다른 양상을 보이는 부분도 있으나, 5 cm과 10 cm에서는 2.
- 전 항목에서 ±1.2 %의 범위 내에서 나타났으며, 최대점 선량 오차율은 10 cm의 표적의 길이, Rz(yaw) 방향의 0.5° 회전오차에서 측정된 –1.19 %로 나타났고, 최소 점 선량 오차율은 20 cm의 표적의 길이, Rz 방향의 1.5° 회전오 차에서 측정된 0.01 %로 나타났다(Table 4).
- 점 선량 측정한 경우, 각각 환자의 평균 회전오차를 적용한 결과를 회전오차가 없는 경우와 비교해 볼 때 점 선량의 평균 오차율이 약 0.25-0.4 % 증가함을 확인할 수 있다(Table 2). 뇌종양 환자의 체적조절회전 방사선치료에서 자세회전오차에 따른 선량영향에 관한 연구에서 회전오차의 유무에 따른 점 선량의 오차율에는 유의한 차이가 있다 (p < 0.
- 표적의 길이가 10 cm의 경우에 각각의 회전오차가 적용된 경우, 표적의 길이가 5 cm의 경우와 다르게 0.5°로 커짐에 따라서 Rx와 Rz 방향에서 비슷한 경향으로 감소함을 확인할 수 있으나, Rz 방향의 회전오차에서 상대적으로 큰 감소율을 나타냈다.
- 표적의 길이가 20 cm의 경우에 각각의 회전오차가 적용된 경우, 0.5°에서 2.5°로 회전오차가 커짐에 따라 모든 구간에서 감마통과율이 감소하는 경향을 보였으며, 0.5° 이상의 회전오차에서 오차의 각도가 커짐에 따라 감소함을 확인할 수 있으나, 표적의 길이가 5 cm, 10 cm, 15 cm과 비교해보았을 때에는 상대적으로 낮은 감소율을 나타냈다.
- 표적의 길이별 최대 선량차이는 2.5°의 회전오차에서 각각약 15.1 %, 13.9 %, 53.1 %, 37.2 %를 나타냈다(Table 6).
- 표적의 길이와 각각의 회전오차의 크기에 따른 감마통과율의 변화를 확인하기 위한 본 추가연구에서 회전오차가 커짐에 따라서 감마통과율도 감소하는 경향을 알 수 있으며, 표적의 길이가 5 cm과 10 cm의 경우 가장 큰 회전오차를 부여했던 2.5°와 0.5°에서 측정한 값을 비교해보았을때 Ry(roll) 방향을 제외한 감마통과율의 감소율이 상대적으로 컸으며 평균적으로 각각 21.9 %와 10.8 %의 감소를 보였다.
- 환자의 자세오차 분석결과 각각의 표준편차를 살펴보면, Translation error의 경우 Tx(lateral), Ty(longitudinal), Tz(vertical) 방향 순서대로 ±0.11, ±0.20, ±0.27였으며, Rotation error의 경우 Rx(pitch), Ry(roll), Rz(yaw) 방향 순서대로 ±0.25, ±0.51, ±0.41였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.