[논문]고 에너지 방사선치료 시 GEANT4-DICOM과 TPS간 선량비교 연구

곽근탁; 김양수; 권형철; 김정수; 이선영

doi:10.17946/jrst.2018.41.6.567

[국내논문] 고 에너지 방사선치료 시 GEANT4-DICOM과 TPS간 선량비교 연구
A Comparative Study on the Dose of GEANT4-DICOM to TPS for High-Energy Radiation Treatment 원문보기

방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, v.41 no.6, 2018년, pp.567 - 572

곽근탁 (전북대학교병원 방사선종양학과) , 김양수 (전북대학교병원 방사선종양학과) , 권형철 (전북대학교 의과대학 방사선종양학과) , 김정수 (전북대학교 의과대학 방사선종양학과) , 이선영 (전북대학교 의과대학 방사선종양학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Radiation therapy is one of the beneficial choices in the treatment of cancer. This is a comparison of TPS(Treatment Planning System) and GEANT4-DICOM, which should be preceded by the best radiation therapy. A treatment plan for prostate cancer was established with Eclipse and the point doses 366.1 cGy, 189.1 cGy, 213.4 cGy, 127 cGy, 105.7 cGy of any five prostate, bladder, rectum, right femoral head and left femoral head were identified. GEANT4-DICOM simulation showed that the results of Eclipse and ${\pm}2%$ dose error were confirmed. The monthly X-ray output agreement management value recommended by TG-142 is ${\pm}2%$, which means that the experimental results can be meaningful. In conclusion, GEANT4-DICOM is an infinite way to obtain more extended dose information once the time constraints are overcome in the simulation.

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AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 선형가속기의 선속자료를 활용해 몬테카를로 시뮬레이션의 한 종류인 GEANT4-DICOM 예제를 연구에 적용하기 위해 코딩을 수정 한 후 10 MV 고에너지 광자선을 이용한 전립선암 치료에 있어서 방사선치료 선량분포와 인체모사팬텀을 통한 치료계획 시의 선량비교를 통해 GEANT4-DICOM이 가진 방사선치료 시 선량비교의 잠재성을 확인하고 나아가 본 방법의 적용 가능성에 대해 살펴보고자 한다.
본 연구는 몬테카를로 시뮬레이션의 한 종류인 GEANT4-DIOCM을 이용한 선량정보 획득에 관한 연구이다. CT DICOM 파일을 통해 가상공간 내 빔 발생을 통하여 획득한 값을 좌표별로 출력하여 Eclipse와의 비교 연구를 진행하여 1% 내외의 결과를 도출하였다.

제안 방법

이 값을 GEANT4에서 이용하기 위해 physical density로 변환하는 과정이 필요한데 이를 위해 본 연구에 사용된 GE 사의 Lightspeed RT CT(Milwaukee WI, USA)를 이용해 Catphan 504 팬톰을 스캔한 데이터를 사용하였다. Catphan 504 phantom 내부에는 여러 가지 물질이 삽입되어져 있어 이 각각의 물질의 고유의 density값과 CT number인 Hounsfield Unit(HU)값의 상관관계로 CT Calibration curve(Fig. 1)를 구하였다.
5 cm 두께의 슬라이스로 절단되어 있고, 각 슬라이스에는 TLD Houlder 핀으로 대체할 수 있는 뼈와 동등한 것과 연부조직과 동등한 것 또는 폐 조직의 동등한 핀으로 막힌 구멍이 있다. 스캔을 통하여 dcm 파일을 획득하였고, 이 파일을 시뮬레이션 구동에 필요한 g4dcm 파일로 변환(Fig. 2)하였다. 스캔 시 임의의 측정점인 방광, 직장, 전립선, 좌우 대퇴골 두의 5개 지점을 영상에서 위치를 확인할 수 있게 하였으며, 치료계획 수립에는 Eclipse(v10.
2)하였다. 스캔 시 임의의 측정점인 방광, 직장, 전립선, 좌우 대퇴골 두의 5개 지점을 영상에서 위치를 확인할 수 있게 하였으며, 치료계획 수립에는 Eclipse(v10.)을 사용하여 전립선암의 방사선치료와 같은 Box 형태의 4문 조사를 수립하였다. 5개 지점이 비교 대상이 되며, 그 중 전립선은 치료의 목적이 되는 장기로 육안적 종양 체적(Gross Tumer Volume; GTV)으로 정하였다.
)을 사용하여 전립선암의 방사선치료와 같은 Box 형태의 4문 조사를 수립하였다. 5개 지점이 비교 대상이 되며, 그 중 전립선은 치료의 목적이 되는 장기로 육안적 종양 체적(Gross Tumer Volume; GTV)으로 정하였다. 치료계획 선량은 하루 선량 1.
시뮬레이션은 방사선 치료계획과 동일하게 실시하였고, 각각의 방향에 1×108개의 입자를 생성하여 시뮬레이션(Fig. 3)을 진행하였다.
3)을 진행하였다. 결과는 각각의 슬라이스별 복셀 넘버에 따른 흡수선량 값이 출력되도록 코드화하였다.
남성에 있어 주요 암 종 중 하나인 전립선암의 방사선치료의 선량평가를 하고자 전립선암에 대해 일반적인 방사선치료계획을 수행하였다. 전립선암의 방사선치료 시 선량평가를 위해 GTV을 전립선으로 지정하여 윤곽을 그렸고, 주위 정상 장기의 선량을 평가하기 위해 인접 장기인 방광, 직장, 우측 대퇴골 두, 좌측 대퇴골 두의 윤곽을 그려 선량비교를 실시하였다(Fig.
남성에 있어 주요 암 종 중 하나인 전립선암의 방사선치료의 선량평가를 하고자 전립선암에 대해 일반적인 방사선치료계획을 수행하였다. 전립선암의 방사선치료 시 선량평가를 위해 GTV을 전립선으로 지정하여 윤곽을 그렸고, 주위 정상 장기의 선량을 평가하기 위해 인접 장기인 방광, 직장, 우측 대퇴골 두, 좌측 대퇴골 두의 윤곽을 그려 선량비교를 실시하였다(Fig. 4). 하루에 1회 선량 1.
4). 하루에 1회 선량 1.8 Gy씩 25회 총 선량 45 Gy를 계획하였다. 방사선치료계획에서의 각 지점의 포인트 선량은 1회 선량인 1.

대상 데이터

DICOM 파일에서 영상 정보의 각각의 pixel 값은 CT number값이다. 이 값을 GEANT4에서 이용하기 위해 physical density로 변환하는 과정이 필요한데 이를 위해 본 연구에 사용된 GE 사의 Lightspeed RT CT(Milwaukee WI, USA)를 이용해 Catphan 504 팬톰을 스캔한 데이터를 사용하였다. Catphan 504 phantom 내부에는 여러 가지 물질이 삽입되어져 있어 이 각각의 물질의 고유의 density값과 CT number인 Hounsfield Unit(HU)값의 상관관계로 CT Calibration curve(Fig.
5개 지점이 비교 대상이 되며, 그 중 전립선은 치료의 목적이 되는 장기로 육안적 종양 체적(Gross Tumer Volume; GTV)으로 정하였다. 치료계획 선량은 하루 선량 1.8 Gy에 25회 분할치료를 실시해 총 선량은 45 Gy로 계획되어졌다.
물리적 이론과 실험 결과를 바탕으로 입사 입자와 물질의 상호작용에 따른 에너지, 운동량, 경로 등의 상태 변화와 2차 입자들의 운동을 계산하고, 그 결과를 검출할 수 있는 시뮬레이션 프로그램으로 알려져 있다[13]. 치료계획의 구현과 실제 측정의 비교를 위해 GEANT4-DICOM 내 구현된 가상공간에서 빔 발생은 이전 Daryoush 등의 연구를 통해 획득되어진 스펙트럼 자료를 이용하였다[14]. 이 스펙트럼 자료는 본 연구에 사용되어진 Varian사 Linac의 10 MV 자료(Table 1)이다.
치료계획의 구현과 실제 측정의 비교를 위해 GEANT4-DICOM 내 구현된 가상공간에서 빔 발생은 이전 Daryoush 등의 연구를 통해 획득되어진 스펙트럼 자료를 이용하였다[14]. 이 스펙트럼 자료는 본 연구에 사용되어진 Varian사 Linac의 10 MV 자료(Table 1)이다. 시뮬레이션은 방사선 치료계획과 동일하게 실시하였고, 각각의 방향에 1×10⁸개의 입자를 생성하여 시뮬레이션(Fig.

성능/효과

GEANT4-DICOM, Eclipse의 결과 값을 GTV인 전립선의 선량을 기준으로 설정하고, 각 부위의 상대선량을 비교한 결과에서는 좌측 대퇴골 두와 우측 대퇴골 두를 비교한 상대선량은 거의 일치함을 확인할 수 있었고, 방광과 직장의 상대선량이 1% 내외로 차이가 발생했음을 확인(Table 2) 할 수 있었다.
이에 입자의 상호작용에 더욱 폭넓은 확장이 가능한 몬테카를로 시뮬레이션의 적용이 논의 중이다. 본 연구에서 다루어진 GEANT4 뿐만 아니라 몬테카를로 시뮬레이션의 종류인 MCNP를 통한 Taghavi의 연구에서 측정 결과 받은 모든 선량의 10%가 갑상선에 의해 흡수된 반면, MCNP 계산 결과 그 중 9% 만이 갑상선에 의해 흡수되었고, 이는 측정값에 대해 1% 줄어든 것이라 확인하였다. 이는 본 연구의 기준 부위 설정 상대선량 비교에서 1% 내외의 결과 값과 비교해 신뢰할 수 있는 계산을 제공할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 연구에서 다루어진 GEANT4 뿐만 아니라 몬테카를로 시뮬레이션의 종류인 MCNP를 통한 Taghavi의 연구에서 측정 결과 받은 모든 선량의 10%가 갑상선에 의해 흡수된 반면, MCNP 계산 결과 그 중 9% 만이 갑상선에 의해 흡수되었고, 이는 측정값에 대해 1% 줄어든 것이라 확인하였다. 이는 본 연구의 기준 부위 설정 상대선량 비교에서 1% 내외의 결과 값과 비교해 신뢰할 수 있는 계산을 제공할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 복잡한 해부학적 구조에 대해 입자 상호작용에서 3D선량분포를 정확하게 계산하기 위해 유효하고 실용적인 방법으로 밝혀졌다[15].
본 연구는 몬테카를로 시뮬레이션의 한 종류인 GEANT4-DIOCM을 이용한 선량정보 획득에 관한 연구이다. CT DICOM 파일을 통해 가상공간 내 빔 발생을 통하여 획득한 값을 좌표별로 출력하여 Eclipse와의 비교 연구를 진행하여 1% 내외의 결과를 도출하였다.
8 Gy씩 25회 총 선량 45 Gy를 계획하였다. 방사선치료계획에서의 각 지점의 포인트 선량은 1회 선량인 1.8 Gy를 전달했을 경우 GTV인 전립선은 366.1 cGy, 방광 189.1 cGy, 직장 213.4 cGy, 우측 대퇴골 두 127 cGy, 좌측 대퇴골 두 105.7 cGy로 확인되었다. 방사선 치료계획 시스템인 Eclipse에서 구해진 깊이선량백분율과 GEANT4의 출력 값으로 구해진 깊이선량백분율을 비교에선 모든 깊이의 선량구간에서 1% 내외의 오차를 보여주고 있다(Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사선치료는 무엇인가?	현대의 방사선치료는 최소 40%의 암 환자 치료에 관여하고 있다[1]. 방사선치료는 종양 조직에 목적하고자 한 선량을 전달하고, 주변의 정상조직은 보호함으로써 부작용을 최대한 감소시킴으로써 가능한 한 종양에만 선택적으로 영향을 주고자 하는 치료기법이다. 방사선치료는 종양의 치료라는 목적론적 방법에서 외과적 수술, 항암 화학요법과 더불어 중요한 한 축을 담당하고 있으며, 이러한 방법들은 상호보완적 측면에서 병행할 수 있다면 훨씬 더 나은 치료성적의 향상을 가져오게 된다.
	방사선치료는 무엇이 발명된 후 발전을 거듭하고 있는가?	이 중 방사선치료는 1950년대 고에너지 방사선치료기가 발명된 후 발전에 발전을 거듭하고 있다. 치료 원리는 핵산과 세포막에 방사선을 직접 전달하여 종양세포를 사멸시키거나 종양세포 사이즈의 축소를 가져와 암성통증을 완화시켜 주는 것이다.
	고에너지 방사선치료기의 치료원리는 무엇인가?	이 중 방사선치료는 1950년대 고에너지 방사선치료기가 발명된 후 발전에 발전을 거듭하고 있다. 치료 원리는 핵산과 세포막에 방사선을 직접 전달하여 종양세포를 사멸시키거나 종양세포 사이즈의 축소를 가져와 암성통증을 완화시켜 주는 것이다. 방사선치료는 치료 중 피할 수 없는 장기의 선량 노출로 결정적 및 확률적 효과의 발달 가능성을 높일 수 있으므로[2] 선행 작업으로 정확하고 정교한 방사선치료 계획이 요구되어진다.

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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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