[논문]온열종양치료 한천 팬텀의 조직등가 특성 분석

박정근; 정경환; 서정민

doi:10.7742/jksr.2023.17.6.985

초록
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온열치료의 품질관리를 위해서 조직등가 팬텀이 필요하다. 그러나 이를 위한 팬텀이 없어 한천으로 만든 팬텀이 여러 연구에서 사용되고 있다. 본 연구에서는 한천 팬텀의 조직등가 특성을 조직등가 물질 볼루스와 비교하여 확인하였다. 한천 팬텀과 볼루스의 CT 영상을 획득하고 영상분석과 전산화 치료계획 시스템을 이용한 선량계산으로 조직등가 특성을 확인하였다. 평균 픽셀값은 볼루스에서 96.960 ± 10.999, 3% 한천 팬텀에서는 108.559 ± 8.233, 4% 한천 팬텀에서 111.844 ± 8.651의 값을 보였다. 6 MV 엑스선을 SSD 기법으로 1.5 cm 깊이에 100 cGy를 처방하여 10×10cm²로 조사하여 빔의 중심축에서 깊이에 따른 흡수선량을 계산하였다. 볼루스, 3% 한천 팬텀, 4% 한천 팬텀의 심부선량분포의 급내상관계수는 0.979(p<.001, 95%CI .957-.991)로 나타났다. 흡수선량을 계산한 지점의 밀도(g/cm³)는 볼루스에서 0.990 ± 0.020, 3% 한천 팬텀에서 1.018 ± 0.020, 4% 한천 팬텀에서 1.035 ± 0.024로 나타났다. 본 연구에서 CT영상의 분석과 전산화 방사선치료계획 시스템을 이용해 한천 팬텀의 내부 밀도 분포와 균일도가 조직등가 물질로서 적절함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A tissue-equivalent phantom is necessary for quality control of hyperthermia therapy. However, since there is no phantom for this purpose, phantoms made from agar are being used in various studies. The tissue-equivalent properties of the agar phantom were confirmed by comparison with the tissue-equi...

A tissue-equivalent phantom is necessary for quality control of hyperthermia therapy. However, since there is no phantom for this purpose, phantoms made from agar are being used in various studies. The tissue-equivalent properties of the agar phantom were confirmed by comparison with the tissue-equivalent material bolus in this study. CT images of the agar phantom and bolus were acquired, and tissue equivalent characteristics were analyzed with image analysis and dose calculation using a computerized radiation therapy planning system. The average pixel value was 96.960±10.999 in bolus, 108.559±8.233 in 3% agar phantom, and 111.844±8.651 in 4% agar phantom. Using the SSD technique, 100 cGy was prescribed at a depth of 1.5 cm and 6 MV X -ray was set to irradiated to 10x10 cm2, and the absorbed dose according to depth was calculated from the central axis of the beam. The intraclass correlation coefficient of dose distribution of bolus, 3% agar phantom, and 4% agar phantom was 0.979 (p<.001, 95%CI .957-.991). The density (g/cm3) at the point where the absorbed dose was calculated was 0.990±0.020 at the bolus, 1.018±0.020 at the 3% agar phantom, and 1.035±0.024 at the 4% agar phantom. In this study, the internal density distribution and uniformity of the agar phantom were confirmed to be appropriate as a tissue equivalent material by analysis of CT images and a computerized radiation therapy planning system.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Agar phantom of this study.
그림 Fig. 2. ROIs of each agar phantom and bolus in CT image.
표 Table 1. Pixel value in each phantom and bolus
표 Table 2. Point dose of 6 MV photon by depth
그림 Fig. 3. Dose distribution of each agar phantom and bolus in RTPS.
그림 Fig. 4. Percentage depth dose in each phantom.
표 Table 3. Density converted from CT number

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 온열치료의 정도관리 및 온열치료 장비에 대한 성능평가를 위해서 사용하는 한천 팬텀의 조직등가 특성을 확인하기 위하여 조직등가 물질 볼루스와 비교하였다. 픽셀값의 범위로 본 균일도에서는 한천 팬텀이 볼루스보다 다소 낮은 표준편차를 보였으며 고에너지 엑스선에 대한 심부선량분포는 한천 팬텀과 볼루스에서 유의한 차이가 나타나지 않는 결과를 보였다.
본 연구에서는 온열치료의 정도관리를 위하여 제작하는 한천 팬텀에 대한 조직등가 물질로서의 효용성을 확인하기 위하여 두 가지 비율의 한천 팬텀을 제작하고 방사선치료에서 사용하는 조직등가 물질 볼루스(bolus)와 CT 영상을 이용하여 비교하였다.

제안 방법

전산화 방사선치료계획 시스템에서 한천 팬텀 3%와 4% 그리고 볼루스에 대하여 동일한 조건으로 엑스선 빔을 조사한 후 중심선속에서 깊이에 따른 흡수선량을 계산하였으며 그 결과는 Table 2와 같고 CT 영상에서의 선량분포는 Fig. 3과 같다.
한천 팬텀과 볼루스를 비교 분석하기 위하여 전산화단층촬영을 하였으며 CT (Aquilion Lightning, Toshiba, Japan) 장비를 이용하여 120 kV, 80 mA 조건으로 slice thickness 1 mm 영상을 획득하였다.
한천 팬텀과 볼루스의 균일도를 비교하기 위하여 획득한 CT 영상을 ImageJ (National Institute of Health, USA)를 이용하여 RGB readout 후 각 팬텀과 볼루스의 CT영상에서 임의의 지점에서 동일한 크기의 관심영역(ROI, 50 mm × 50 mm)을 Fig

대상 데이터

한천 팬텀의 특성을 확인 하기 위해 분말한천(CAR-15, MSC, ROK)과 멸균증류수를 혼합하여 한천의 비율 3%와 4%의 팬텀을 각각 제작하였다. 한천 팬텀의 크기는 가로와 세로 각 210 mm, 높이 180 mm로 Fig.

데이터처리

각 데이터의 비교 검정을 위한 통계분석은 SPSS (SPSS Statistics 26, IBM, US)를 사용하여 유의수준 0.05에서 급내상관분석과 분산분석을 시행하였다.

성능/효과

픽셀값의 범위로 본 균일도에서는 한천 팬텀이 볼루스보다 다소 낮은 표준편차를 보였으며 고에너지 엑스선에 대한 심부선량분포는 한천 팬텀과 볼루스에서 유의한 차이가 나타나지 않는 결과를 보였다. CT번호를 밀도로 변환하여 확인한 밀도 분포는 유의한 차이를 보였으나 이는 한천 팬텀의 밀도를 더 낮게 제작한다면 볼루스의 밀도 범위와 거의 동일하게 제작할 수 있음을 시사하는 것으로 사료된다.
각 데이터의 정규성 만족여부를 확인한 후 급내상관 분석을 통하여 선량분포의 일치도를 확인하였고 급내상관계수는 0.979 (p<.001, 95%CI .957-.991)로 나타났다
본 연구에서 CT영상과 전산화 방사선치료계획 시스템을 이용한 여러 평가를 통하여 한천 팬텀의 내부 밀도 분포와 균일도는 조직등가 물질로서 적절함을 확인할 수 있었다. 이에 한천의 비율을 조절하여 연구의 목적에 맞는 조직등가 물질로서 활용할 것을 제안한다.
본 연구에서는 온열치료의 정도관리 및 온열치료 장비에 대한 성능평가를 위해서 사용하는 한천 팬텀의 조직등가 특성을 확인하기 위하여 조직등가 물질 볼루스와 비교하였다. 픽셀값의 범위로 본 균일도에서는 한천 팬텀이 볼루스보다 다소 낮은 표준편차를 보였으며 고에너지 엑스선에 대한 심부선량분포는 한천 팬텀과 볼루스에서 유의한 차이가 나타나지 않는 결과를 보였다. CT번호를 밀도로 변환하여 확인한 밀도 분포는 유의한 차이를 보였으나 이는 한천 팬텀의 밀도를 더 낮게 제작한다면 볼루스의 밀도 범위와 거의 동일하게 제작할 수 있음을 시사하는 것으로 사료된다.
651의 값을 보였다. 한천 함유량 3% 팬텀과 4% 팬텀은 픽셀값에서도 함유량에 따른 차이를 보였다. 볼루스의 픽셀값은 한천 팬텀보다 낮은 분포를 보였으며 최고값은 한천 팬텀과 유사하였으나 비교적 낮은 최저값을 보여 각 볼루스 사이의 공기층의 존재가 영향을 미친 것으로 사료되었다.

후속연구

본 연구에서 한천의 비율을 3%와 4%만 제작하여 볼루스와 비교하였고 방사선 선량분포특성 확인에서 다양한 에너지와 전자선 등에 대한 비교가 이루어지지 않는 점은 한계점으로 볼 수 있으며 향후 이어지는 연구에서 다양한 비율로 제작된 한천 팬텀에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다. 또한 일반적으로 알려진 조직등가 물질 볼루스의 밀도가 본 연구에서 측정한 결과에서 더 낮게 나온 점은 볼루스의 사용에 따른 노후화나 변성이 발생할 수 있음을 시사하는 것으로 임상에서는 이 같은 현상을 고려할 필요가 있을 것으로 사료된다.
또한 한천 팬텀의 제작방법과 제작과정에 대한 기준이 마련되어 연구와 실험에 대한 재현성이 확보될 수 있도록 한다면 온열치료의 품질관리에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서 한천의 비율을 3%와 4%만 제작하여 볼루스와 비교하였고 방사선 선량분포특성 확인에서 다양한 에너지와 전자선 등에 대한 비교가 이루어지지 않는 점은 한계점으로 볼 수 있으며 향후 이어지는 연구에서 다양한 비율로 제작된 한천 팬텀에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다. 또한 일반적으로 알려진 조직등가 물질 볼루스의 밀도가 본 연구에서 측정한 결과에서 더 낮게 나온 점은 볼루스의 사용에 따른 노후화나 변성이 발생할 수 있음을 시사하는 것으로 임상에서는 이 같은 현상을 고려할 필요가 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서 CT영상과 전산화 방사선치료계획 시스템을 이용한 여러 평가를 통하여 한천 팬텀의 내부 밀도 분포와 균일도는 조직등가 물질로서 적절함을 확인할 수 있었다. 이에 한천의 비율을 조절하여 연구의 목적에 맞는 조직등가 물질로서 활용할 것을 제안한다.

참고문헌 (10)

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J. H. Hwang, C. S. Kay, "The Study for Establishment of Protocol with Quality Assurance (QA) of Hyperthermia Cancer Therapy System in Korea", The Journal of the Korean Contents Association, Vol. 20, No. 1, pp. 668-674, 2020. http://dx.doi.org/10.5392/JKCA.2020.20.01.668？

원문보기 상세보기
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Y. H. Lee, Y. K. Oh, H. Y. Kim, K. S. Jeon, E. C. Choi, S. G. Park, O. B. Kim, J. H. Kim, "Assessment for the Temperature according to the Electrode Diameter of Radio Frequency Hyperthermia Using Agar Phantom", Progress in Medical Physics, Vol. 25, No. 1, pp. 1-7, 2014. https://doi.org/10.14316/pmp.2014.25.1.1？

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W. S. Kim, An Analysis on the Effect and Duration Time of Metal Stent on Core Temperature Distribution in Capacitive Hyperthermia Treatment, Korea University, 2020.

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