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문제 정의
- 본 연구에서는 PAN을 포함한 전골반암 다중치료 중심점 VMAT 계획 시 콜리메이터 각도의 변화가 치료 계획의 질, 접합부에서의 선량 재현성, 그리고 접합부의 환자 자세 오차에 미치는 영향에 대해 확인해보았다.
- 이에 본 논문에서는 한 필드에 포함이 어려운 긴 표적인 PAN을 포함한 전골반암을 대상으로 하는 다중치료 중심점 VMAT 계획 시 콜리메이터 각도의 변화가 치료 계획의 질, 접합부에서의 선량 재현성, 그리고 접합부의 환자 자세 오차에 미치는 영향에 대해 알아보고자 한다.
제안 방법
- 주의를 언급하였다.(20, 23) 본 연구에서는 접합부에서 환자 자세 오차에 따른 선량변화를 평가하기 위해 종축 방향으로 1~3 mm의 환자 자세 오차를 임의로 발생시켜 이동 전의 치료계획(origin plan)과 비교해보았다. 접합부에서의 선량 변화량은 이동수치가 커질수록 증가하여 3 mm 에서 가장 큰 차이를 보였고, 접합부에서의 종축방향의 환자 자세 오차에 대해 주의를 기울여야 한다는 기존의 연구들과 동일한 결과를 얻었다.
- 콜리메이터 각도 변화에 따른 영향을 알아보기 위해 Eclipse의 Arc-geometry tool을 이용하여 기본 각도인 10° 외에 20°, 30°, 45°를 선택하였다. MLC의 엽 간 누설 선량이 중복되는 영역을 최소화하기 위해 콜리메이터 각도를 10°와 350°, 20°와 340°, 30°와 330°, 45°와 315°로 하여 1개의 등중심점 당 2 full arc 씩, 총 4 full arc로 하는 다중치료 중심점 VMAT 테크닉을 사용하였다. 선량 처방은 일일 선량을 180 cGy, 220 cGy로 하여 25회에 걸쳐 총 4500 cGy(PTV-45), 5500 cGy(PTV-55)를 동시차등조사 (simultaneous integral boost, SIB)하였다.
- 각도별로 접합부의 선량 재현성 평가를 위해 파머형 전리함(farmer type ion chamber, TN 30013, PTW, Ger- many)을 삽입한 고체 물 팬텀(solid water phantom)을 2mm 두께로 전산화 단층 촬영하였고 verification plan 을 수립하여 접합부의 선량을 평가하였다.
- 또한 OAR 평가를 위해서 방광의 평균선량, 30 Gy가 조사되는 방광의 용적(V30), 직장의 평균 선량 25 Gy가 조사되는 직장의 용적(V25), 콩팥의 평균 선량 20 Gy가 조사되는 콩팥의 용적(V20)을 비교하였다.
- MLC의 엽 간 누설 선량이 중복되는 영역을 최소화하기 위해 콜리메이터 각도를 10°와 350°, 20°와 340°, 30°와 330°, 45°와 315°로 하여 1개의 등중심점 당 2 full arc 씩, 총 4 full arc로 하는 다중치료 중심점 VMAT 테크닉을 사용하였다. 선량 처방은 일일 선량을 180 cGy, 220 cGy로 하여 25회에 걸쳐 총 4500 cGy(PTV-45), 5500 cGy(PTV-55)를 동시차등조사 (simultaneous integral boost, SIB)하였다. 콜리메이터각도 외에 다른 조건은 동일하게 설정하여 동일한 선량 체적 제한(dose volume constraints)을 적용하고, 주변 정상 조직의 선량을 줄이는 동시에 PTV에 처방선량이 분포하도록 PO(photon optimization, version 13.
- 접합부의 선량을 비교하기 위해 접합부가 있는 부분에 PTV 중앙부를 기준으로 8 cm의 볼륨을 생성하였고 최대 선량, 최소 선량을 산출하여 평가하였다.
- 치료계획 시스템은 Eclipse(version 13.7, Varian Medical system, Palo Alto, CA)를 사용하였고, HD MLC(Varian Medical System, Palo Alto, CA)가 장착된 True-beam STx(Varian Medical system, Palo Alto, CA)의 10MV 광자선을 이용하여 치료계획을 수립하였다. 콜리메이터 각도 변화에 따른 영향을 알아보기 위해 Eclipse의 Arc-geometry tool을 이용하여 기본 각도인 10° 외에 20°, 30°, 45°를 선택하였다.
- 콜리메이터 각도를 변화시켜 최적화한 각 계획의 선량 용적 히스토그램(dose-volume histogram, DVH)에서 PTV-45, PTV-55 각각의 최대 선량, 평균 선량을 산출하여 PTV coverage를 확인하였고, 처방선량의 95 %가 조사되는 PTV 체적과 PTV 체적의 비인 조사범위지표(cover- age index, CVI, V95 %/VPTV)(25), PTV 5 % 체적에 조사되는 선량과 95 % 체적에 조사되는 선량의 비인 균질성 지표 (homogeneity index, HI, D5 %/D95 %)를 비교하였다. 또한 OAR 평가를 위해서 방광의 평균선량, 30 Gy가 조사되는 방광의 용적(V30), 직장의 평균 선량 25 Gy가 조사되는 직장의 용적(V25), 콩팥의 평균 선량 20 Gy가 조사되는 콩팥의 용적(V20)을 비교하였다.
- 콜리메이터 각도별로 종축 방향의 환자 자세 오차가 접합부 선량에 미치는 영향을 평가하기 위해 전산화 단층 촬영한 고체 물 팬텀(solid water phantom)을 이용하여 다중치료 중심점 VMAT 치료계획을 수립하고, 2개의 등 중심점 치료계획에서 하부 등중심점의 위치를 안쪽(in), 바깥쪽(out)으로 1~3 mm 임의로 이동하여 선량계산을 하였다. 접합부의 선량을 비교하기 위해 접합부가 있는 부분에 PTV 중앙부를 기준으로 8 cm의 볼륨을 생성하였고 최대 선량, 최소 선량을 산출하여 평가하였다.
- 환자 10명의 수립한 multi-isocener VMAT 치료계획의 검증을 위해 전자영상유도장치(electronic portal imag- ing device)를 사용하여 PDQA(portal dosimetry qual- ity assurance)를 실시하였고, Gamma pass rate는 3 mm, 3 %로 설정하고 통과 기준은 95 % 이상으로 하였다.
- 전산화 단층 촬영(Brilliance big bore 16-slice, Philips, Netherland)은 wing board를 이용하여 환자는 바로 누워 양팔을 위로 올린 자세로 하고, 골반과 다리는 knee, feet fix로 고정한 상태에서 조영제를 주입하여 3mm 두께로 스캔하였다. 획득한 환자의 CT 영상에 RTOG 가이드라인을 준수하여 임상표적용적 (clinical target volume, CTV), 계획표적용적(planning target volume, PTV) 및 결정장기(organ at risk, OAR) 의 윤곽을 그렸다.
대상 데이터
- PAN을 포함한 전골반암 VMAT을 시행한 환자 중 표적의 종축 길이(Y축 길이)가 평균 29 cm(27~32.8 cm)인 환자 10명을 선정하였다. 전산화 단층 촬영(Brilliance big bore 16-slice, Philips, Netherland)은 wing board를 이용하여 환자는 바로 누워 양팔을 위로 올린 자세로 하고, 골반과 다리는 knee, feet fix로 고정한 상태에서 조영제를 주입하여 3mm 두께로 스캔하였다.
이론/모형
- 7, Varian Medical system, Palo Alto, CA)를 사용하였고, HD MLC(Varian Medical System, Palo Alto, CA)가 장착된 True-beam STx(Varian Medical system, Palo Alto, CA)의 10MV 광자선을 이용하여 치료계획을 수립하였다. 콜리메이터 각도 변화에 따른 영향을 알아보기 위해 Eclipse의 Arc-geometry tool을 이용하여 기본 각도인 10° 외에 20°, 30°, 45°를 선택하였다. MLC의 엽 간 누설 선량이 중복되는 영역을 최소화하기 위해 콜리메이터 각도를 10°와 350°, 20°와 340°, 30°와 330°, 45°와 315°로 하여 1개의 등중심점 당 2 full arc 씩, 총 4 full arc로 하는 다중치료 중심점 VMAT 테크닉을 사용하였다.
- 선량 처방은 일일 선량을 180 cGy, 220 cGy로 하여 25회에 걸쳐 총 4500 cGy(PTV-45), 5500 cGy(PTV-55)를 동시차등조사 (simultaneous integral boost, SIB)하였다. 콜리메이터각도 외에 다른 조건은 동일하게 설정하여 동일한 선량 체적 제한(dose volume constraints)을 적용하고, 주변 정상 조직의 선량을 줄이는 동시에 PTV에 처방선량이 분포하도록 PO(photon optimization, version 13.7.6) 알고리즘을 사용하여 최적화하였으며, 선량 계산을 위한 알고리즘은 AAA(anisotropic analytical algorithm, version 13.7.6)를 적용하였다.
성능/효과
- All plans indicated over 99 % of gamma pass rate (3 mm, 3 %) in portal dosimetry quality assurance.
- 각도별로 큰 차이를 보이지 않았다. CVI와 HI의 평균값은 각도가 증가할수록 개선된 값을 얻을 수 있었으며, 모두 45°에서 1에 가장 가까운 값을 나타냈다. 결정 장기의 선량 평가에서는 신장의 V20이 10도를 기준으로 45도에서 9.
- PAN을 포함한 전골반암 10명의 다중치료 중심점 VMAT 치료 계획에서 PTV의 최대 선량과 평균 선량은 콜리메이터 각도별로 큰 차이를 보이지 않았다. CVI와 HI의 평균값은 각도가 증가할수록 개선된 값을 얻을 수 있었으며, 모두 45°에서 1에 가장 가까운 값을 나타냈다.
- 접합부의 환자 자세 오차 영향은 각도가 커질수록 그 차이가 줄어드는 경향을 보여 환자 자세 에러에 대한 불안함을 어느 정도 개선하는데 도움이 될 것이라 생각한다. 결론적으로 콜리메이터 각도는 다중치료 중심점 VMAT 치료 계획의 질 및 접합부 선량에 영향을 줄 수 있는 인자임을 인지하고 치료계획 시 콜리메이터 각도 설정에 신중을 기해야 할 것으로 사료된다.
- CVI와 HI의 평균값은 각도가 증가할수록 개선된 값을 얻을 수 있었으며, 모두 45°에서 1에 가장 가까운 값을 나타냈다. 결정 장기의 선량 평가에서는 신장의 V20이 10도를 기준으로 45도에서 9.66 %, 방광의 평균선량, V30이 1.88 %, 2.16 % 감소하였으며 신장의 평균선량, 직장의 평균 선량, V25는 각도별로 비슷한 값을 보였다. 기존의 단일 등중심점 VMAT을 이용한 Isa M 등과 Li M 등의 연구에서는 콜리메이터 45° 가 PTV의 CI(Conformity index), HI 값을 개선하는데 이점이 있으며, OAR 선량을 낮출 수 있다고 하였다.
- 본 연구는 PAN을 포함한 전골반암 다중치료 중심점 VMAT 치료 계획시 콜리메이터 각도의 변화를 주고 비교해본 결과, PTV의 CVI, HI는 콜리메이터 각도가 증가할수록 전반적으로 개선된 수치를 보이는 것을 확인하였다. 접합부의 환자 자세 오차 영향은 각도가 커질수록 그 차이가 줄어드는 경향을 보여 환자 자세 에러에 대한 불안함을 어느 정도 개선하는데 도움이 될 것이라 생각한다.
- 수립한 PAN을 포함한 전골반암 다중치료 중심점 VMAT 전체 치료계획의 PDQA 결과는 Gamma pass rate을 3 mm, 3 %로 설정하여 10명의 치료계획에서 평균 99.6 % 이상으로 통과 기준을 만족하였다. 접합부의 선량 재현성을 평가하기 위해 치료계획과 실측정한 접합부의 선량값을 비교한 결과, 모든 콜리메이터 각도에서 0.
- (20, 23) 본 연구에서는 접합부에서 환자 자세 오차에 따른 선량변화를 평가하기 위해 종축 방향으로 1~3 mm의 환자 자세 오차를 임의로 발생시켜 이동 전의 치료계획(origin plan)과 비교해보았다. 접합부에서의 선량 변화량은 이동수치가 커질수록 증가하여 3 mm 에서 가장 큰 차이를 보였고, 접합부에서의 종축방향의 환자 자세 오차에 대해 주의를 기울여야 한다는 기존의 연구들과 동일한 결과를 얻었다. 이러한 결과를 바탕으로 다중치료 중심점 VMAT 치료시 환자 자세 오차에 대한 영향을 줄이기 위해서는 자세 재현성이 안정적인 환자에 대해 제한을 두거나, 인접한 두 등중심점 간 couch 이동시 정해진 수치로 이동하는 등의 주의가 필요할 것이라 생각된다.
- 6 % 이상으로 통과 기준을 만족하였다. 접합부의 선량 재현성을 평가하기 위해 치료계획과 실측정한 접합부의 선량값을 비교한 결과, 모든 콜리메이터 각도에서 0.3 % 내의 차이를 보여 각도 변화에 따른 접합부에서의 선량 재현성에는 차이가 없는 것으로 확인되었다.
- 측정 결과, 치료계획상 접합부의 point dose는 10° 180.80 cGy, 20° 185.20 cGy, 30° 184.00 cGy, 45° 180.50 cGy이었고 실제 측정한 point dose는 10° 180.88 cGy, 20° 185.73 cGy, 30° 184.19 cGy, 45° 180.66 cGy이었다.
- 콜리메이터 각도별로 환자 자세 오차에 의한 접합부에서 선량 변화는 in 방향으로 3 mm 이동시 최대 선량이 10°, 20°, 30°, 45°에서 14.56 %, 9.88 %, 8.03 %, 7.05 %로 증가하였으며, out 3 mm 이동시 최소 선량은 10°, 20°, 30°, 45° 에서 13.18 %, 10.91 %, 8.42 %, 4.53 %로 감소하여 콜리메이터 각도가 커질수록 환자 자세 오차에 따른 접합부에서의 선량 변화량이 적은 것을 확인할 수 있었다. 이와 관련하여 Strojnik 등은 위, 아래 인접한 두 필드 간 공유하는 접합부의 면적이 넓을수록 환자 자세 오차로 인한 선량 적인 영향이 더 적다고 보고한 바 있고, (20) 본 연구의 결과도 마찬가지로 콜리메이터 각도가 커질수록 두 필드 간 공유하는 접합부의 면적이 넓어지게 되어 환자 자세 오차에 대한 영향을 적게 받는 것이라 사료된다.
- 환자 10명을 대상으로 하는 치료계획의 PDQA를 진행한 결과 10°, 20°, 30°, 45°에서 gamma pass rate(3 mm, 3 %)은 각각 평균 99.63 %, 99.69 %, 99.61 %, 99.60 %이었다(Table 5).
후속연구
- 접합부에서의 선량 변화량은 이동수치가 커질수록 증가하여 3 mm 에서 가장 큰 차이를 보였고, 접합부에서의 종축방향의 환자 자세 오차에 대해 주의를 기울여야 한다는 기존의 연구들과 동일한 결과를 얻었다. 이러한 결과를 바탕으로 다중치료 중심점 VMAT 치료시 환자 자세 오차에 대한 영향을 줄이기 위해서는 자세 재현성이 안정적인 환자에 대해 제한을 두거나, 인접한 두 등중심점 간 couch 이동시 정해진 수치로 이동하는 등의 주의가 필요할 것이라 생각된다.
- 또한, 치료계획 시스템 상에서만 오차를 재현하였고 실제 검증은 이뤄지지 않았다는 점이다. 점 선량 (point dose) 측정 결과로 접합부에서 선량 재현성에는 문제가 없는 것으로 판단 할 수 있으나, 보다 정확한 확인을 위해서는 추후 공간분해능(spatial resolution)이 높은 필름 선량측정(film dosimetry)을 통해 각도 변화에 따른 접합부에서의 환자 자세 오차로 인한 선량 변화량에 대해 직접적인 검증이 필요할 것으로 사료된다.
- 실제로는 이번 연구에 적용한 10명의 환자 치료계획 데이터를 사용하여 환자 자세 오차에 대한 결과를 얻어야 했으나, 처방선량을 45 Gy, 55 Gy로 하여 동시차등조사 하였기에 접합부에서의 최대 선량과 최소 선량을 명확히 구분하여 정량화 하는데 어려움이 있었다. 추후 단일 처방선량을 갖는 환자를 선택하여 이 부족한 부분에 대해서 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각한다. 또한, 치료계획 시스템 상에서만 오차를 재현하였고 실제 검증은 이뤄지지 않았다는 점이다.
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