◦정량적 방사선치료계획 수립을 위한 종양의 볼륨과 종양위치의 최적화는 치료의 효과를 결정할 수 있는 중요한 결정인자임. ◦다중영상의료기기 기반 생물학적 영상특성을 활용하여 종양의 특성에 따른 다중영상분석 기술로 종양의 위치와 종양의 볼륨을 분석적이고 정량적으로 연구하여 최적의 방사선치료기술에 접목하고자 함. ◦종양이 갖는 생물학적특징을 분석적 영상방법으로 활용하기 위한 기반 기술로서 다중영상의 융합과 분할기술은 방사선 정량화 및 영상화 기술로서 방사선을 이용하는 모든 분야의 가장 핵심적인 기반기술임. ◦방사선치료에
◦정량적 방사선치료계획 수립을 위한 종양의 볼륨과 종양위치의 최적화는 치료의 효과를 결정할 수 있는 중요한 결정인자임. ◦다중영상의료기기 기반 생물학적 영상특성을 활용하여 종양의 특성에 따른 다중영상분석 기술로 종양의 위치와 종양의 볼륨을 분석적이고 정량적으로 연구하여 최적의 방사선치료기술에 접목하고자 함. ◦종양이 갖는 생물학적특징을 분석적 영상방법으로 활용하기 위한 기반 기술로서 다중영상의 융합과 분할기술은 방사선 정량화 및 영상화 기술로서 방사선을 이용하는 모든 분야의 가장 핵심적인 기반기술임. ◦방사선치료에 적용하기 위한 생물학적 분석적 영상기술은 normalized mutual information방법을 이용한 영상융합방법과 gradient based segmentation기술로 영상왜곡과 종양특성을 고려하여 종양볼륨을 최적화하여 치료계획에 적용함 ◦Normalized mutual information방법으로 4DCT/PET와 kV Cone beam CT의 영상융합으로 Adaptive plan을 수행하였음. ◦PET에서 종양의 대사영상을 활용하여 종양볼륨을 결정하고 영상분할하는 기술은 방사선치료에 매우중요하며 일반적인 방법인 constant threshold 방법이 있으나 이 방법은 종양의 크기가 작거나 low-source to background인 경우는 많은 제한점이 있음. 본 연구에서는 normalized mutuall information 방법으로 영상융합하고 영상분할방법을 최적화하기위해 종양 볼륨의 경계를 수동설정방법, constant threshold 방법과 비교하여 gradient based 알고리즘으로 종양 경계영상의 생물학적 변화를 분석하여 PET image count의 변화를 기반으로 종양볼륨을 분석하였음. gradient based 영상분할방법으로 종양볼륨을 설정하는 방법이 평균볼륨 측정비율 (%Difference in Volume, %DiffV) (gradient based 방법, %DiffV=11%)이 낮았고 (수동설정: %DiffV=19%, 25% constant threshold: %DiffV=14%) systemic bias 또한 constant threshold 방법과 비교하여 gradient based 방법이 낮았음. (gradient based방법의 systemic bias: 16%, 수동설 정방법의 systemic bias: 20%, 25% constant threshold 방법의 systemic bias: 21%) ◦정량적 방사선치료계획수립을 위해 종양볼륨의 설정은 영상의 왜곡이나 종양의 특성등을 고려하여 MRI, PET, SPECT, CT등 다중영상의료기기에서 보유하고 있는 생물학적 영상특성을 영상융합 및 영상분할방법 등으로 최적화하여 방사선치료를 수행하기 위한 최적의 종양볼륨을 설정하고 방사선 치료에 적용하는 기술로 방사선 정량화 및 영상화 기술이 진단 및 방사선 치료기술에 통합되어 활용될 수 있는 핵심적인 기반기술이 될 것임.
Abstract▼
Radiotherapy is one of the most important treatment modalities for locally advanced. Although dose intensification strategies, such as concomitant chemoradiation, altered and dose escalated schemes have been shown to improve the tumor local control and survival and their clinical implementations rem
Radiotherapy is one of the most important treatment modalities for locally advanced. Although dose intensification strategies, such as concomitant chemoradiation, altered and dose escalated schemes have been shown to improve the tumor local control and survival and their clinical implementations remain problematic. It might result in unacceptable short term and long term toxicities when dose intensification is considered. Therefore, the recent development of additional techniques, such as intensity modulated radiotherapy (IMRT), image guided radiotherapy (IGRT) and stereotactic radiosurgery (SRS) offers new perspectives by providing high precision in radiation dose delivery. They require, however, a thorough selection and delineation of the tumor volumes, particularly the gross tumor volume (GTV). Computed tomography (CT) is the reference imaging modality for the treatment planning, positron emission tomography with F18-fluorodeoxyglucose (FDG-PET) and diffusion tensor images are functional imaging modality that provides higher sensitivity and specificity than CT for the detection of primary tumor. In radiation therapy, FDG-PET has already been shown to significantly modify the size, location, and shape of the primary tumor, leading to the opportunity to adapt the treatment planning. Multimodality integration of MRI and FDG-PET in the treatment planning remains technically complexespecially for the accurate definition of the tumor boundaries. Current imaging techniques such as CT and MRI detect only the part of the tumor with a high concentration of tumor cells. The conventional medical practice is to perform maximally safe surgical resection and then irradiate the remaining tumor cells (visible and occult). The radiotherapy is conventionally applied to a margin of about 2cm around the visible tumor which is a very rough approximation of the probable locationof tumor cells. To improve the therapeutic outcome, more accurate prediction of the tumor invasion margin is necessary. In conclusion, normalized mutual information registration method is more robust and the gradient based segmentation was most accurate and consistent PET tumor segmentation. More recent approaches use anisotropic diffusion along white matter tract as given by the diffusion tensor to tumor control. Diffusion tensor image is a good for the evaluation of tumor control and improvement of tumormargin although, the limitations of this study cannot exclude some degree of partial volume effect on the measurements, heterogeneity and susceptibility artifacts might have impaired study. Segmentation algorithm which gradient based method was the most accurate segmentation technique with % difference in volume (%Vdiff) of 11% (12.2% SD). The most accurate, 25% constant threshold, with %Vdiff of 14% (16.7%), and manual control, with %Vdiff 19% (17.3%), were statistically significantly less accurate (p-value < 0.01). gradient based method also had the smallest amount of systematic bias with volume differences %Vdiff of 16% compared with 21% and 20% constant threshold and manual control, respectively (p-value < 0.01). Finally, gradient based method was more consistent than either manual controlor 25% threshold method. Target tumor optimized volume delineation wassuggested relying multimodality image registration and segmentation, surely when they are poorly identifiable on conventional CT and ambiguous tumor biologic effect.
목차 Contents
표지 ... 1
2. 제출문 ... 2
3. 보고서 요약서 ... 3
4. 요약문 ... 5
5. 영문요약서 ... 8
6. 영문 목차 ... 10
7. 목차 ... 11
제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 12
1. 연구개발의 목적 ... 12
2. 연구개발의 필요성 ... 12
(1) 기술적 측면 ... 13
(2) 경제·산업적 측면 ... 15
제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17
1. 국내 연구 ... 17
2. 국외 연구 ... 19
제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 21
1.다중영상기반 생물학적 최적화 방사선치료기술 적용연구 ... 21
가. 방사선치료 적용 PET, CT, MRI 영상의 최적화 영상융합기술 평가 ... 21
나. 영상정합 알고리즘 연구, 개발 ... 21
다. 영상 왜곡을 고려한 종양볼륨영상 분석 ... 25
라. 영상융합을 고려한 4DCT/PET kV Cone beam CT의 영상융합 및 Adaptive plan ... 26
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