방사선치료시 최적의 빔 위치와 크기 결정

The Determination of Optimum Beam Position and Size in Radiation Treatment

방사선 치료에 따른 방사선량 최적화 문제를 풀기 위한 새로운 방법이 제시되었다. 기존의 2차원 치료계획과는 달리 3차원 문제에서는 모든 조건이 훨씬 복잡하고 관련된 변수도 많아지기 때문에 문제를 해결하기가 쉽지 않다. 본 연구에서는 3차원 선량최적화 문제를 접근하는데 있어서, 해가 존재할 수 있는 범위를 줄여주고, 중요한 파라미터들을 미리 구해주어서 치료계획에 관련된 변수를 줄이는 방법을 연구하였다. 먼저 선형가속기와 환자좌표계사이의 좌표변환을 이용하여 두부 내의 중요기관을 피하는 빔 위치를 찾았다 그리고 임의의 빔 위치에 대해 병소를 완전히 감싸는 빔 크기와 콜리메이터 회전각을 구하였다. 그 결과 가능한 빔 위치를 줄여줄 수 있었고, 빔 크기와 회전각에 대한 의존성을 없앨 수 있었다. 따라서 고려해야할 변수의 조합이 크게 줄어들게 되었고, 목적함수를 이용한 선량최적화에 있어서 최소한의 변수로만 계산이 가능하게 되었다. 위의 결과를 이용하여 임상에 널리 쓰이는 2차원 방사선치료계획의 선량최적화 문제를 해결하였다. 선량기울기, 중요기관의 선량, 선량분포 균일도를 조합한 목적함수를 최소화하는 최적해를 step search 방법을 이용하여 구하였다. 그리고 이 최적해를 이용한 선량분포로부터 새로운 방법에 의한 선량최적화의 가능성을 확인할 수 있었고, 후속 연구를 통하여 상용 방사선 치료계획 시스템에 적용함으로써 임상에 쓰일 수 있을 것으로 사료된다.

New method about the dose optimization problem in radiation treatment was researched. Since all conditions are more complex and there are more relevant variables, the solution of three-dimensional treatment planning is much more complicate than that of current two-dimensional one. There(ore, in this study, as a method to solve three-dimensional dose optimization problem, the considered variables was minized and researched by reducing the domain that solutions can exist and pre-determining the important beam parameters. First, the dangerous beam range that passes critical organ was found by coordinate transformation between linear accelerator coordinate and patient coordinate. And the beam size and rotation angle for rectangular collimator that conform tumor at arbitrary beam position was also determined. As a result, the available beam position could be reduced and the dependency on beam size and rotation angle, that is very important parameter in treatment planning, totally removed. Therefore, the resultant combinations of relevant variables could be greatly reduced and the dose optimization by objective function can be done with minimum variables. From the above results, the dose optimization problem was solved for the two-dimensional radiation treatment planning useful in clinic. The objective function was made by combination of dose gradient, critical organ dose and dose homogeniety. And the optimum variables were determined by applying step search method to objective function. From the dose distributions by optimum variables, the merit of new dose optimization method was verified and it can be implemented on commercial radiation treatment planning system with further research.