초록 ▼

뇌정위적 방사선 수술은 통상적으로 두개강내의 직경 4㎝ 미만의작은 병변에 여러 방향으로부터 집중적으로 대량의 방사선을 조사하여 치료하는 것을 말한다. 뇌의 중심부 또는 기능적으로 중요한 부위에 발생한 동정맥기형이나 종양 등은 수술이 불가능하거나 위험한 경우 외과적수술방식 대신 방사선수술 방식을 이용하여 수술이 시행되었다. 그러나, 그동안 개발되었던 방사선수술계획시스템은 시행착오적방법에 의한 수술계획방법으로서 수술상의 오류가 따르고 자동화 및 신속성이 결여되어 환자를 위한 최적의 수술계획을 세우는 데 많은 제약이 따랐다

뇌정위적 방사선 수술은 통상적으로 두개강내의 직경 4㎝ 미만의작은 병변에 여러 방향으로부터 집중적으로 대량의 방사선을 조사하여 치료하는 것을 말한다. 뇌의 중심부 또는 기능적으로 중요한 부위에 발생한 동정맥기형이나 종양 등은 수술이 불가능하거나 위험한 경우 외과적수술방식 대신 방사선수술 방식을 이용하여 수술이 시행되었다. 그러나, 그동안 개발되었던 방사선수술계획시스템은 시행착오적방법에 의한 수술계획방법으로서 수술상의 오류가 따르고 자동화 및 신속성이 결여되어 환자를 위한 최적의 수술계획을 세우는 데 많은 제약이 따랐다.본 연구에서는 CAD (computer-aided design) 방법을 이용한 최적화 수술 방법을 개발하여 기존의 시행착오적 방법의 단점을 크게 보완하고, 수술 계획 시스템의 정량화, 자동화를 통해 정밀도와 신속성을 최대한 높일 수 있는 시스템을 개발하는 것이 목적이다. 본연구의 내용은 크게 2단계로 나누어지며 제1단계는 기본적 방사선 수술 계획 시스템을 개발하고 제2단계에서 이를 바탕으로 방사선 수술 최적화 시스템을 개발하였다. 본 연구에서는 1단계에서 구축된 시스템을 바탕으로 본 연구과제의 핵심 부분인 2단계 연구에 중점을두었다. 특히, 종양의 모양대로 선량 모양을 만들어 갈 수 있는 다중센터 치료방법과 주요기관의 선량을 최소화 할 수 있는 아크선택 방법을 CAD방법을 이용하여 치료변수를 찾아내는 방법을 시도하였다. 이를 위하여 고속선량모델을 만들어서 CAD 최적화 방법에 적용하였다. 고속선량모델은 18㎝ 직경의 구형 머리팬톰을 이용하여 단일 아크 및 삼차원다중아크에 대한 선량분포의 모양을 조사하였다. 정확한 3차원 선량모델에 의해 계산된선량분포는 간단한 실험식에 의해 표현될 수 있었으며, 미리 설정된 단일 아크 및 다중아크에 대해, 각각 실린더 및 구형 선량모델이 개발되었다. 구형 및 실린더 선량모델은isocenter를 중심으로 한 다중아크 및 단일 아크에 대한 선량계산을 신속히 수행할 수 있었으며 CAD 최적화 방법을 적용하여 isocenter 및 아크의 위치 등을 자동으로 찾아낼 수 있게 하였다.고속선량모델과 CAD 최적화 방법을 이용하여 실제 몇가지 예를 적용한 바, 종양모양대로 선량모양을 유지하면서 중요기관에 선량이 최소화할 수 있는 isocenter, 콜리메이터 크기 및 아크 위치를 신속히 찾아낼 수 있었다.결론적으로 개발된 뇌정위적 방사선수술의 최적화를 위한 통합적 컴퓨터 자동화수술계획 시스템은 이와같은 효율적수술방법을 통한 환자 치료성적의 향상에 기여할 것으로 기대가되며, 개발된 의료기술들은 의학의 발전 및 생명공학의 발전에 크게 이바지할 것으로 기대된다.

Abstract ▼

Stereotactic radiosurgery is a technique for obliteratingintracranial tumors less than 4㎝ diameter using multi-focussing ionizing radiation.Stereotactic radiosurgery has been used to treat the ateriovenous malformation (AVM)or brain tumors which is not suitable for open surgery, especial

Stereotactic radiosurgery is a technique for obliteratingintracranial tumors less than 4㎝ diameter using multi-focussing ionizing radiation.Stereotactic radiosurgery has been used to treat the ateriovenous malformation (AVM)or brain tumors which is not suitable for open surgery, especially when open surgery isdangerous or the lesion is located near the critical organs. The current radiosurgeryplanning system is based on trial and error method, thereby producing the error insurgery and lacking automatic procedure and speed.Our proposed goal is to develop optimal radiosurgery technique, which can improvecurrent trial and error method with quantification and auromatic search in highlyaccuracy and speed. The main research consists of 2 steps. The first step is todevelop basic radiosurgery planning system. The second step is to develop techniquesfor optimal radiosurgery planning. Our research concentrats on step 2 based onradiosurgery sytem developed in first step. In order tp efficiently plan non-sphericalradiosurgical targets using multiple isocwnters and skip arc technique we have usedcomputer-aided design optimization techniques with a fast dose model. A study of thespatial dose distribution for single or multiple non-coplanar arcs was carried out using a18㎝ diameter spherical head model. The dose distribution generated from the 3D dosecomputation algorithm can be represented by a simple analytic form. Two analyticdose models were developed to represent the dose for preset multiple non-coplanar arcsor a single arc : spherical and cylindrical. The spherical and cylindrical dose modelscompute dose quickly for each isocenter and single arc. Our approach then utilizes acomputer-aided design optimization (CAD) with the use of two fast approximate dosemodels to determine the positions of isocenters and arcs. The implementation of CADwith fast dose models was demonstrated. While the fast dose models are onlyapproximations of the true dose distribution, it is shown that this approximate model issufficient to optimize iscentric position, collimator size and arc positions with CAD whileconforming tumor shape and minimizing critical organs.We except our computer automatic surgery planning system for stereotacicradiosurgery will improve treatment result of patients and all items developed in thisresearch will be useful for advancing medical science or life science.

목차 Contents

• 본문...7
• 1) 서론...7
• 가) 연구배경...7
• 나) 기존의 연구...8
• 다) 연구목적 및 범위...9
• 2) 연구방법 및 이론...9
• 가) 제 1단계 연구의 내용, 범위 및 방법...9
• 나) 제 2단계 연구의 내용, 범위 및 방법...12
• 3)결과...20
• 가) 제 1단계 연구결과...20
• 나) 제 2단계 연구결과...21
• 4) 고찰...22
• 5) 결론...24
• 6) 인용문헌...24