초록 ▼

연구 목적 :
방사선치료의 주목적은 종양 치료율을 높이기 위해 최적의 방사선량을 종양에 조사하고, 부작용을 방지하기 위하여 정상조직에 선량을 최소화하는 것이다. 방사선 치료계획을 정확히 수행하기 위해서는 방사선 치료계획장치 (RTP)가 필요하다. 본 연구의 목적은 광자선, 전자선, 근접치료에 대한 방사선량 모델을 개발하고 계산된 방사선 분포를 환자영상에 묘사하는 기법을 개발하여 최적 방사선 치료계획을 수립할 수 있는 시스템을 개발하는 것이다. 본 연구개발 항목은 (1) 사용자 요구사항 및 성능검사 방사선치료계획장치의 사용자 요

연구 목적 :
방사선치료의 주목적은 종양 치료율을 높이기 위해 최적의 방사선량을 종양에 조사하고, 부작용을 방지하기 위하여 정상조직에 선량을 최소화하는 것이다. 방사선 치료계획을 정확히 수행하기 위해서는 방사선 치료계획장치 (RTP)가 필요하다. 본 연구의 목적은 광자선, 전자선, 근접치료에 대한 방사선량 모델을 개발하고 계산된 방사선 분포를 환자영상에 묘사하는 기법을 개발하여 최적 방사선 치료계획을 수립할 수 있는 시스템을 개발하는 것이다. 본 연구개발 항목은 (1) 사용자 요구사항 및 성능검사 방사선치료계획장치의 사용자 요구사항, 네트워크, 팬톰을 이용한 성능검사 (2) 선량모델 광자선, 전자선, 근접치료 및 보정 모델 (3) 영상처리 및 3차원 가시화 2차원 영상처리, 자동 외곽선 그리기, 영상재구성, 2차원 가시화 (4) 목적 모델 (object modeling) 및 사용자 인터페이스 소프트웨어 구조 개발, 단계별 계획과정, 윈도우 설계 및 사용자 인터페이스 등이다.
연구 방법 :
- 선량 모델: 3차원상의 환자내 임의의 점에서 선량을 계산할 수 있는 알고리듬이 개발되었다.
선량 모델은 일련의 환자 단면 영상을 환자로 가정하고 계산하였다. 광자선 모델은 주선속과 산란선을 분리하여 계산되었으며, 전자선은 미세 선속 모델 (pencil beam model)을 사용하였다. 광자선 전자선 모두 계산에 필요한 깊이는 ray tracying technique 에 의해 결정되었다. 비균질 보정모델에 의하여 조직 변화에 따른 보정이 이루어졌다. 근접치료에서 방사선량을 계산하기 위하여 Sievert 적분법이 사용되었다.

- 선량 디스플레이: 3D 선량 계산값으로부터 등선량곡선을 찾아내는 방식으로 구현되었으며, 특히 sagittal, coronal 영상으로 재구성된 CT 단면위에 표현되는 기법이 개발되었다. 선량과 CT단면 영상을 동시에 보여주는 3차원적 등표면 곡선을 개발하고 구현하였다.
- RTP 시스템: 개발된 시스템은 윈도우 2000을 운영체계로 하는 PC를 근간으로 설계하였으며, 효율적인 GUI를 개발하여 사용자가 환자 데이터 및 선량값을 편리하게 구현하고 모사할 수 있도록 개발되었다.
연구결과 :
진단 영상을 획득하는 과정을 모듈화 시키고, 환자영상과 환자 정보를 관리할 수 있는 데이터 베이스 시스템을 개발하였다. 또한 모델 베이스의 광자선량 모델 및 펜실빔을 근간으로 한 전자선량 모델을 개발하였으며, 비균질, 비정형 조사면 보정법과 다엽 콜리메이터에 따른 보정 등 3차원선량계획에 필요한 요소기술 및 핵심 알고리듬을 개발하여 윈도우 2000 환경하에 사용자 인터페이스를 구축하였다. 성능검사를 위한 위치 및 선량 확인용 팬톰이 개발되고, 실제 확인한 결과인정 오차내로 확인되었다. 방사선 암치료에 필요한 방사선치료계획장치를 국내에서 자체 개발하여 100% 수입에 의존하는 고가의 외제 상품을 대체하고, 본 연구를 통하여 개발된 각종 요소 기술을 방사선 치료물리학 분야에 접목시킴으로써, 국내 방사선 치료분야의 활성화에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

Abstract ▼

Purpose
The main principle of radiation therapy is to deliver optimum dose to tumor to increase tumor cure probability while minimizing dose to critical normal structure to reduce complications.
Radiation Therapy Planning(RTP) system is required for proper dose plan in radiation therapy. The m

Purpose
The main principle of radiation therapy is to deliver optimum dose to tumor to increase tumor cure probability while minimizing dose to critical normal structure to reduce complications.
Radiation Therapy Planning(RTP) system is required for proper dose plan in radiation therapy. The main goal of this research is to develop dose model for photon, electron, and brachytherapy, and to display dose distribution on patient images with optimum process. The main items developed in this research include: (1) user requirements and quality control; analysis of user requirement in RTP, networking between RTP and relevant equipment, quality control using phantom for clinical application (2) dose model in RTP ; photon, electron, brachytherapy, modifying dose model (3) image processing and 3D visualization ; 2D image processing, auto contouring, image reconstruction, 3D visualization (4) object modeling and graphic user interface ; development of total software structure, step-by-step planning procedure, window design and user-interface. Our final product show strong capability for routine and advance RTP planning.
Methods
- Dose Model: We have developed algorithms to calculate doses at any point in the patient for any specified beam configuration. The dose algorithm operates on the 3-D patient representation stored as a set of multiple transverse sectional contours. It calculates primary and scatter separately for photon beam. Pencil beam model has been used for electron beam. In both cases, the depth required in the calculation is determined by a ray tracing technique. Correction for tissue inhomogeneity is implemented. Sievert Integral has been used for dose calculation for the brachytherapy.
- Display : Contour lines from the 3D dose array can be calculated and displayed as isodose curve, superimposed to transversal CT slices or oblique reconstructions such as sagittal or coronal. Only simultaneous display of several CT sections with isodoses gives a fairly realistic impression of the 3-D isodose surface.
- RTP System : Our current planning system is run on a IBM compatible PC with Windows 2000 environment. We have developed efficient GUI system which have interactive display to allow the user to display and manipulate patient data and dose matrices.
Result
We have developed diagnostic imaging acquisition system and dat abase for managing the patient information. Dose model for photon and electron was based on beam data model for photon and pencil beam model for electron. Our RTP system can correct for tissue inhomogeneity, irregular field like multileaf needed for 3D computation with the user-interface in window 2000 environment. Phantom for quality control has been developed for the confirmation of patient position and dose value. All the errors during experiment were within acceptable limit. In conclusion, we developed our own RTP system and will replace foreign RTP system which are more expensive and less convenient. All the technologies developed in this research will be transferred to various field of radiation therapy physics, contributing in radiation therapy.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구개발결과 요약문 ... 5
• 연구개발사업 최종보고서 요약문 ... 6
• Project Summary ... 8
• Ⅱ. 총괄연구개발과제 연구결과 ... 10
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 11
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 22
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 92
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 98
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획 ... 123
• 6. 첨부서류 ... 124
• Ⅲ. 제1세부연구개발과제 연구결과 ... 125
• 1. 제 1세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 126
• 2. 제 1세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 130
• 3. 제 1세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 171
• 4 . 제3세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 363
• 5. 제 1세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 370
• 6. 제1세부연구개발과제의 활용계획 ... 388
• 7. 참고문헌 ... 389
• 부 록 ... 394
• Ⅳ. 제2세부연구개발과제 연구결과 ... 395
• 1 . 제 2 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 396
• 2 . 제2세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 399
• 3 . 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 403
• 4. 제2세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 433
• 5 . 제2세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 435
• 6 . 제2세부연구개발과제의 활용계획 ... 444
• 7 . 참고문헌 ... 445
• Ⅴ. 제3세부연구개발과제 연구결과 ... 447
• 1. 제3세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 448
• 2. 제3세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 450
• 3. 제3세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 452
• 4 . 제3세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 533
• 5 . 제3세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 535
• 6 . 제3세부연구개발과제의 활용계획 ... 541
• 7 . 참고문헌 ... 542