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문제 정의
- 본 연구에서는 Head and Neck 대상으로 치료실 내부에 설치된 레이저를 통해 치료중심센터에 맞추어 CBCT 및 ExacTrac 촬영을 통해 얻은 영상을 팬텀과 환자 그룹으로 나누어 Set-up 오차 값을 비교하고, 환자 Set-up 후 IGRT 시행된 소요시간, 노출 방사선량을 비교하여 Exac- Trac의 유용성을 평가하고자 한다.
가설 설정
- 02° 이하로 나타났다 (Table 7). 본원의 Head and Neck IMRT 및 VMAT 치료 시 허용되는 PTV Margin 3.0 mm를 고려했을 때, 치료 계획용 CT영상과 CBCT영상이 최대한 일치된다는 가정 하에 두 시스템 간 Set-up 오차 값의 차는 미묘하다고 사료된다. 그러나 Rotation Group의 Margin에 대한 값은 불분명하여 명확한 값을 제시할 순 없었다.
제안 방법
- 3). CBCT의 촬영조건은 Head mode(full fan type, 100 kVp, 150 mAs, Diameter 26.2 cm, Scan Length 18.5 cm)로 1회 촬영하였고, Ex- acTrac은 Head and Neck protocol(100 kVp, 10 mAs)조건으로 4회 촬영하여 평균값으로 산출하였다. 측정된 유리 선량계는 평가기관에 의뢰하여 평가하였다.
- 그리고 치료 기간 동안 체중변화나, 종양체적 감소 등 내부 장기의 변화를 반영하지 않고 뼈 위주로 교정하여 반영한 값으로 CBCT으로 IGRT를 시행하였을 때, 관심영역지정을 아래턱을 포함하는 것과 포함하지 않는 경우 두 경우 교정 수치 차이가 다소 있었다. ExacTrac으로 영상유도방사선치료 시에는 관심영역지정이 고정되어 있어, 본 실험에서는 CBCT 영상의 ROI에 아래턱을 포함시켜서 나타난 수치를 비교했다.
- ExacTrac은 Couch Isocenter Calibration을 이용하여 ExacTrac 6D Couch 중심축을 교정하였으며, 허용오차 범위(< 1 mm) 내에 들도록 설정하였다.
- Phantom으로 두 시스템의 Set-up 오차를 계산하기 위해 인체의 뼈와 연부조직과 유사한 원자번호 특성을 가지고 있고, 인체해부학적 구조물과 유사하게 제작된 Alderson Rando Phantom(Alderson Research Labo- ratories, Inc., Long Island, USA)으로 실험하였으며, 치료 계획용 CT(Philips Medical System, Brilliance CT Big Bore, OH, USA)를 이용하여 FOV 50 cm, Matrix 512x512, slice Thickness 3 mm 조건으로 Vertex에서 Clavical head까지 촬영하였다.
- 7, Palo Alto, USA) 으로 전송하였으며, 치료중심 좌표는 Head and Neck 치료 부위와 근사하게 설정하였다. Phantom은 치료 실내의 레이저를 기준으로 치료중심좌표에 맞추고 ExacTrac과 CBCT를 번갈아 각각 10회 씩 촬영하였다(Fig. 1).
- Rando Head and Neck Phantom 내에 부위별로 7개씩 유리선량계를 삽입하고, CBCT와 ExacTrac의 피폭선량을 각각 측정하였다(Fig. 3). CBCT의 촬영조건은 Head mode(full fan type, 100 kVp, 150 mAs, Diameter 26.
- 2). 그리고 두 시스템으로 IGRT를 시행하는데 소요되는 시간은 촬영 시 마다 독립적으로 측정하였다. 측정기준은 두 IGRT 시스템으로 kV Beam On 시점에서 영상획득 후 치료 방사선사가 최종적으로 영상을 비교하여 교정확인이 이루어지기까지의 시간이며, 총 치료기간 동안 IGRT 시행에 소요된 평균시간과 표준편차로 산출하였다.
- 치료계획용 CT영상은 전산화 치료계획시스템으로 전송되어 방사선종양학과 의사와 Dosi metrist가 치료계획을 설계하였다. 모든 환자는 치료종료 시까지 치료실 내의 레이저를 기준으로 환자를 Set-up 하고, 주기적으로 치료 직전에 CBCT와 ExacTrac 영상을 순차적으로 획득하였다(Table 1).
- 본 실험의 정확성을 위해서 방사선기기 취급절차서 및 품질관리 절차에 따라 치료실 내의 레이저 교정을 시행하였고, Truebeam CBCT Isocenter calibration을 통해 중심축 좌표의 허용오차 범위(< 1 mm)를 벗어나지 않도록 하였다. ExacTrac은 Couch Isocenter Calibration을 이용하여 ExacTrac 6D Couch 중심축을 교정하였으며, 허용오차 범위(< 1 mm) 내에 들도록 설정하였다.
- 촬영영상은 종양학과 서버(Aria Networks)를 통해 전산화 치료계획시스템(Eclipse Ver.13.7, Palo Alto, USA) 으로 전송하였으며, 치료중심 좌표는 Head and Neck 치료 부위와 근사하게 설정하였다. Phantom은 치료 실내의 레이저를 기준으로 치료중심좌표에 맞추고 ExacTrac과 CBCT를 번갈아 각각 10회 씩 촬영하였다(Fig.
- 그리고 두 시스템으로 IGRT를 시행하는데 소요되는 시간은 촬영 시 마다 독립적으로 측정하였다. 측정기준은 두 IGRT 시스템으로 kV Beam On 시점에서 영상획득 후 치료 방사선사가 최종적으로 영상을 비교하여 교정확인이 이루어지기까지의 시간이며, 총 치료기간 동안 IGRT 시행에 소요된 평균시간과 표준편차로 산출하였다.
- 5 cm)로 1회 촬영하였고, Ex- acTrac은 Head and Neck protocol(100 kVp, 10 mAs)조건으로 4회 촬영하여 평균값으로 산출하였다. 측정된 유리 선량계는 평가기관에 의뢰하여 평가하였다.
- 얻었다. 치료계획용 CT영상은 전산화 치료계획시스템으로 전송되어 방사선종양학과 의사와 Dosi metrist가 치료계획을 설계하였다. 모든 환자는 치료종료 시까지 치료실 내의 레이저를 기준으로 환자를 Set-up 하고, 주기적으로 치료 직전에 CBCT와 ExacTrac 영상을 순차적으로 획득하였다(Table 1).
대상 데이터
- 환자 데이터는 본원에서 2017년 3월부터 10월까지 Head and Neck Cancer IMRT 또는 VMAT 방사선치료를 시행한 11명의 환자를 대상으로 하였으며, 총 109건의 영상을 얻었다. 치료계획용 CT영상은 전산화 치료계획시스템으로 전송되어 방사선종양학과 의사와 Dosi metrist가 치료계획을 설계하였다.
데이터처리
- 최대한 일치시켰다. ExacTrac은 촬영 후 별도의 ROI 설정과정 없이 6개축의 Set-up 오차 값을 기록하였고, 두 시스템의 각 축에 대한 Set-up 오차 값의 차를 RMS(Root Mean Square) 값으로 계산하였다(Fig. 2). 그리고 두 시스템으로 IGRT를 시행하는데 소요되는 시간은 촬영 시 마다 독립적으로 측정하였다.
성능/효과
- (11, 12, 13) ExacTrac은 바닥에 설치된 X선원에 의해 얻어진 kV 영상과 디지털재구성 영상(Digital Reconstruction Radiography, DRR)을 비교하고 Set-up 오차 값을 보상하며, 이는 CBCT에 비해 피폭선량이 적고 영상 획득 시간도 짧은 장점이 있다.(14) Head and Neck Cancer 방사선치료는 다른 부위에 비해 비교적 환자 Set-up 오차가 크고, 손상위험장기가 많아 선량전달의 정확성이 요구되는 Head and Neck Can- cer 부위의 IMRT나 VMAT 치료 시 주기적으로 CBCT와 ExacTrac을 사용하고 있다.(15)
- (9, 10) OBI를 활용한 콘 빔형 전산화단층촬영(Cone Beam Computed-Tomog- raphy, CBCT)은 3차원으로 영상을 재구성하여 연부조직을 시각화 할 수 있어 치료계획 CT영상과 직접 비교 할 수 있는 장점이 있지만, 다른 장치에 비해 피폭선량이 많고 영상 획득 시간이 길다는 단점이 있다.(11, 12, 13) ExacTrac은 바닥에 설치된 X선원에 의해 얻어진 kV 영상과 디지털재구성 영상(Digital Reconstruction Radiography, DRR)을 비교하고 Set-up 오차 값을 보상하며, 이는 CBCT에 비해 피폭선량이 적고 영상 획득 시간도 짧은 장점이 있다.(14) Head and Neck Cancer 방사선치료는 다른 부위에 비해 비교적 환자 Set-up 오차가 크고, 손상위험장기가 많아 선량전달의 정확성이 요구되는 Head and Neck Can- cer 부위의 IMRT나 VMAT 치료 시 주기적으로 CBCT와 ExacTrac을 사용하고 있다.
- Phantom에서의 CBCT와 ExacTrac의 각 축에 대한 RMS 값은 Translation Group에서 Vrt, 0.05 mm ; Lng, 0.05 mm ; Lat, 0.05 mm로 나타났고, Rotation Group에서는 Rtn, 0.07° ; Pitch, 0.07° ; Roll, 0.01°로 Transla- tion Group과 Rotation Group의 차이가 각각 0.05 mm, 0.5° 이하로 나타났다(Table 2).
- Rando Phantom내에 삽입한 유리선량계의 부위 중 상대적으로 가장 작은 차이가 난 부위는 Thymus, Thy- roid gland로 ExacTrac 1회당 각각 평균 0.035 mGy, 0.11 mGy, CBCT는 0.097 mGy, 0.64 mGy로 약 3배, 5배의 차이가 있는 것으로 나타났다. 가장 많은 차이가 난 부위는 Oral Mucosa이며, ExacTrac 1회당 평균 0.
- 64 mGy로 약 3배, 5배의 차이가 있는 것으로 나타났다. 가장 많은 차이가 난 부위는 Oral Mucosa이며, ExacTrac 1회당 평균 0.066 mGy 였던 것에 비해 CBCT는 2.468 mGy로 CBCT 피폭선량은 ExacTrac의 피폭선량에 약 37배 더 높은 수치를 보였다(Table 5).
- 그 결과 두 시스템에서 나타내는 Set-up 오차 값의 차이는 Phantom에서 Translation Group 0.1 mm Rotation Group 0.5° 미만으로 나타났고, 환자에서는 Translation Group 0.15 mm, Rotation Group 1.02° 이하로 나타났다 (Table 7). 본원의 Head and Neck IMRT 및 VMAT 치료 시 허용되는 PTV Margin 3.
- 매 치료 시 마다 ㎸ Beam On에서 CBCT 영상을 plan CT와 비교하여 6D 온라인 자동위치교정 후 치료방사선사가 교정확인이 이루어지기까지 소요되는 시간은 평균 256 ±47.6 sec, ExacTrac은 평균 84±3.5 sec로 CBCT가 약 3 배 정도 시간적인 비용이 더 많이 소요되는 것으로 나타났다(Table 4).
- 이러한 결과를 바탕으로 총 치료기간 동안 누적되는 피폭선량과 촬영시간을 고려했을 때, ExacTrac은 CBCT에비해 피폭선량을 상당히 줄일 수 있었으며, Set-up 오차 보상 후 재확인(Verification) 과정을 거치더라도 촬영 시간은 CBCT의 1/3수준으로 적은 시간이 소요되었다. 이러한 시간적인 비용과 피폭선량도 줄여줄 수 있음에도 실제 임상에서는 ExacTrac이 CBCT의 2차적인 IGRT 수단으로 사용 되고 있다.
- 이에 본 연구를 통해 Head and Neck Cancer 환자의 영상유도 방사선치료 시 CBCT와 ExacTrac의 이용을 비교해 본 결과 ExacTrac을 사용함으로써 나타날 수 있는 Set-up 오차에 대한 불신을 CBCT를 통해 한번 더 검증을 함으로써 두 시스템 사이에서의 차이가 경미하다는 것을 알 수 있었고, 이는 여러 면에서 장점이 있는 ExacTrac 이 2차적인 IGRT 수단이 아니라 1차적인 수단으로써의 충분한 장점이 있을 것으로 사료된다. 하지만 연부조직을 고려하지 않고 뼈를 기준으로 고려하여 교정한 값으로 국한되어 치료경과에 따른 체중감소와 종양체적변화를 영상화할 수 있는 CBCT와 병용으로 사용하는 것이 좋을 것으로 사료된다.
후속연구
- 본 연구는 환자 수가 작고 부위가 Head and Neck Cancer에만 국한되어 있어 추후 더 많은 환자 수로 다양한 부위 연구가 필요하다.
- 장점이 있을 것으로 사료된다. 하지만 연부조직을 고려하지 않고 뼈를 기준으로 고려하여 교정한 값으로 국한되어 치료경과에 따른 체중감소와 종양체적변화를 영상화할 수 있는 CBCT와 병용으로 사용하는 것이 좋을 것으로 사료된다.
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