IMRT optimization on multiple slice using gradient based algorithm

Gradient based algorithm을 이용한 multiple slice IMRT optimization

IMRT optimization method on multiple slice has been developed by using gradient based algorithm. On about 10-30 CT slices including treatment region of a patient, dose optimization has been performed slice by slice to meet the condition that each organ should be exposed below maximum tolerable doses and that the tumor dose within the range of 100$\pm$5 %. Field size was limited to 8$\times$8 cm$^2$ and in this condition, beam divergence was not taken into account to calculate dose distribution. Total dose distribution was calculated by superposing each beamlet whose dose distribution had been precalculated. In order to investigate beam number dependency, dose optimization was performed for one, three, five, seven, and nine coplanar beams and then each optimization index was evaluated. It is found that optimization time was proportional to number of slices to be optimized, and the most efficient plan was obtained from the case of three-to-seven incident beams with respect to calculation time and optimization index. In conclusion, dose optimization of multiple slice was able to be obtained by repeating dose optimization of single slice under condition that the beam size is not too large to ignore beam divergence. And it turns out that result of dose optimization was so sensitive to the position of isocenter that some method to optimize isocenter position is needed to improve it.

세기변조방사선치료 (Intensity Modulation Radiation Therapy; IMRT) 의 치료계획 목적으로 사용하기 위한 선량최적화 방법을 Gradient based algorithm을 이용하여 개발하였다. 환자의 치료 관심 부위를 포함하는 약 10-30 CT 단면에 대하여 각 단면 별로 선량최적화를 실시하였고, 장기별로 최대 허용선량을 지정하였으며, 표적의 선량은 100$\pm$5 %로 제한하였다. beamlet의 크기는 8$\times$8 $cm^2$으로 제한하였고, beam size가 크지 않으므로 beam diverge는 고려하지 않았다. beamlet 하나가 만드는 선량분포를 미리 계산한 후, 선량중첩방식으로 전체 선량분포를 계산하였다. 고정된 동일평면에 대하여 5방향에서 입사하는 빔에 대한 최적화를 실시하였으며, 그 효용성을 비교하기 위해, 1, 3, 5, 7, 9 방향에 입사하는 빔과 최적화지수를 구하였다. 선량최적화에 소요되는 시간은 대체로 slice 수에 비례하였으며, 계산시간과 최적화지수를 비교할 때 빔의 개수가 3-7개 일 때 가장 적합하였다. 다중단면에 대한 선량최적화를 beam divergence를 고려하지 않을 때, 단일 단면에 대한 선량최적화를 반복 시행함으로써 얻을 수 있었다. 선량최적화의 결과가 선량중심의 위치에 따라 민감하게 변하는 경우가 발생하였으며, 이를 개선하기 위해서는 선량중심의 최적화가 개발될 필요성이 있었다.