The Application of Chamfer Matching Algorithm to the Error Analysis of a Treatment Field between a Simulation Image and a Portal Image

챔퍼 매칭(Chamfer Matching) 알고리즘을 활용한 모의치료 영상과 포탈(Portal) 영상의 비교, 분석

The comparative analysis of a portal image and a simulation image is a very important process in radiotherapy for verifying the accuracy of an actual treatment field. In this study, we applied a chamfer-matching algorithm to compare a portal image with a simulation image and verified the accuracy of the algorithm to analyze the field matching error in the portal image. We also developed an analysis program that could analyze the two images more effectively with a chamfer-matching method and demonstrated its efficacy through a feasibility study. With virtual portal images, the accuracy of the analysis algorithm were acceptable considering the average error of shift (0.64 mm), rotation (0.32$^{\circ}$), and scale (1.61%). When the portal images of a head and neck phantom were analyzed, the accuracy and suitability of the developed analysis program was proven considering the acceptable average error of shift (1.55 mm), rotation (0.80$^{\circ}$), and scale (1.72%). We verified the applicability of a chamfer-matching algorithm to the comparative analysis of a portal image with a simulation image. The analysis program developed in this study was a practical tool to calculate the quantitative error of the treatment field in a portal image.

방사선 치료시 치료계획과 실제 치료가 정확히 일치하고 있는 지를 확인하기 위해 수행하는 모의치료 영상과 포탈 영상과의 비교, 분석은 방사선 치료의 정확도를 보장하기 위한 중요한 과정이다. 본 연구에서는 이와 같은 모의치료 영상과 포탈 영상의 비교 및 오차의 정량적 분석을 위해 영상정합 방법의 하나인 챔퍼 매칭 알고리즘을 적용한 분석 프로그램을 개발하여 그 정확성과 타당성을 분석하였다. 가상의 포탈 영상을 사용하여 분석 알고리즘의 정확도를 분석한 결과, 이동에서 평균 0.64 mm, 회전에서 평균 0.32 $^{\circ}$, 스케일에서 평균 1.61% 이내의 오차를 보여 그 정확성을 입증하였고, 인체 모사 팬텀을 대상으로 한 실제 포탈 영상에서도 이동에서 평균 1.55 mm, 회전에서 평균 0.80 $^{\circ}$, 스케일에서 1.72% 이내의 오차를 보여, 본 연구에서 개발한 분석 프로그램의 타당성을 검증하였다. 본 연구를 통해 모의치료 영상과 포탈 영상의 비교, 분석에 있어 챔퍼 매칭 알고리즘을 적용할 수 있음을 확인하였으며, 개발한 분석 프로그램은 필름을 기반으로 한 모의치료 영상과 포탈 영상의 비교와 오차의 정량적 분석에 효율적으로 사용 될 수 있을 것으로 사료된다.