정위적 방사선 수술시 3차원적 공간상 단위분포들의 자동계산법에 의한 간접적 병소 근사화 방법의 개발

Development of Independent Target Approximation by Auto-computation of 3-D Distribution Units for Stereotactic Radiosurgery

정위적 방사선 수술은 한 번에 두 개내 병소에는 고선량의 방사선을 조사하면서, 주위 정상조직에는 최소한의 방사선이 조사되도록 시술하는 치료기법이다. 본 연구는 정위적 방사선 수술시 자동적 치료계획을 수행하기 위하여, 선형가속기와 감마나이프의 다수의 회전중심점을 이용하는 치료계획에 대한 물리적 격자구조에 기반한 새로운 방법을 개발하였다. 최적의 방사선 수술계획은 많은 빔관련 변수들의 조합으로서 만들어진다. 본 연구에서는 선형가속기와 감마나이프 수술시 빔 측면도의 50% 수준에서의 선량분포가 콜리메이터/헬멧의 구멍 크기와 일치하는 점을 이용하여 하나의 회전중심점을 중심으로 선량분포를 구형으로 모델화시켰다. 그리고, 다수의 회전중심점들은 병소내 위치와 크기를 고려한 정육면체 구조와 1×1×1 ㎣의 체적소 단위의 계산에 의해 자동적으로 배치시켰다. 이 기법에 의한 치료계획 방법은 선량체적히스토그램, 선량의 일치성, 선량의 균질성의 병소내 선량분포로서 평가되었다. 그 결과, 새로운 기법은 불규칙한 병소들에 대하여 프로그램 시스템에 의해 빠르게 다수의 회전중심점들을 배치시켰다. 또한, RTOG의 권고사항에 언급된 병소내 선량분포의 일치성, 균질성이 기준을 잘 만족하였고, 병소들은 50％ 이상의 등선량 곡선 내에 포함되었다. 이와 같은 성과는 불규칙하게 형성된 병소와 선형가속기나 감마나이프와 같은 다른 치료 장치 기법들에서 특별한 제약없이 보편적으로 적용이 될 수 있을 것으로 생각된다.

The stereotactic radiosurgery (SRS) describes a method of delivering a high dose of radiation to a small tar-get volume in the brain, generally in a single fraction, while the dose delivered to the surrounding normal tissue should be minimized. To perform automatic plan of the SRS, a new method of multi-isocenter/shot linear accelerator (linac) and gamma knife (GK) radiosurgery treatment plan was developed, based on a physical lattice structure in target. The optimal radiosurgical plan had been constructed by many beam parameters in a linear accelerator or gamma knife-based radiation therapy. In this work, an isocenter/shot was modeled as a sphere, which is equal to the circular collimator/helmet hole size because the dimension of the 50% isodose level in the dose profile is similar to its size. In a computer-aided system, it accomplished first an automatic arrangement of multi-isocenter/shot considering two parameters such as positions and collimator/helmet sizes for each isocenter/shot. Simultaneously, an irregularly shaped target was approximated by cubic structures through computation of voxel units. The treatment planning method by the technique was evaluated as a dose distribution by dose volume histograms, dose conformity, and dose homogeneity to targets. For irregularly shaped targets, the new method performed optimal multi-isocenter packing, and it only took a few seconds in a computer-aided system. The targets were included in a more than 50% isodose curve. The dose conformity was ordinarily acceptable levels and the dose homogeneity was always less than 2.0, satisfying for various targets referred to Radiation Therapy Oncology Group (RTOG) SRS criteria. In conclusion, this approach by physical lattice structure could be a useful radiosurgical plan without restrictions in the various tumor shapes and the different modality techniques such as linac and GK for SRS.