A Comprehensive Computer Program for Monitor Unit Calculation and Beam Data Management: Independent Verification of Radiation Treatment Planning Systems

방사선치료계획시스템의 독립적 검증을 위한 선량 계산 및 빔데이터 관리 프로그램

We developed a user-friendly program to independently verify monitor units (MUs) calculated by radiation treatment planning systems (RTPS), as well as to manage beam database in clinic. The off-axis factor, beam hardening effect, inhomogeneity correction, and the different depth correction were incorporated into the program algorithm to improve the accuracy in calculated MUs. A beam database in the program was supposed to use measured data from routine quality assurance (QA) processes for timely update. To enhance user's convenience, a graphic user interface (GUI) was developed by using Visual Basic for Application. In order to evaluate the accuracy of the program for various treatment conditions, the MU comparisons were made for 213 cases of phantom and for 108 cases of 17 patients treated by 3D conformal radiation therapy. The MUs calculated by the program and calculated by the RTPS showed a fair agreement within ${\pm}3%$ for the phantom and ${\pm}5%$ for the patient, except for the cases of extreme inhomogeneity. By using Visual Basic for Application and Microsoft Excel worksheet interface, the program can automatically generate beam data book for clinical reference and the comparison template for the beam data management. The program developed in this study can be used to verify the accuracy of RTPS for various treatment conditions and thus can be used as a tool of routine RTPS QA, as well as independent MU checks. In addition, its beam database management interface can update beam data periodically and thus can be used to monitor multiple beam databases efficiently.

방사선치료계획시스템의 MU계산 결과를 포괄적이고 독립적으로 검증할 수 있고 빔데이터 관리를 위한 사용자 친화적인 프로그램을 개발하였다. 선량계산의 정확성을 향상시키기 위해서 축이탈 인자, 빔 경화효과, 비균질성 보정 등의 요소를 계산 알고리듬에 포함하였고 상시적 정도관리 결과로 측정된 빔데이터로의 경신이 용이하도록 하였다. 기준깊이, SSD 등의 측정조건이 다를 때에 보정하는 알고리듬을 구현하였다. 상용 스프레드시트의 워크시트 함수를 빔데이터베이스 접근에 사용하였고, Visual Basic for Application (VBA) 개발환경을 사용하여 graphic user interface (GUI)를 구현하였다. 프로그램의 정확도를 평가하기 위하여 동일한 빔 데이터를 가진 치료계획 시스템을 이용하여 213개의 경우에 대한 팬톰의 선량을 계산하고 비교하였다. 또한 3차원 입체조형방사선 치료를 받은 17명의 환자데이터로부터 108개의 MU계산 기록을 추출하여 본 프로그램에서 계산된 MU와 비교하였다. 가상의 팬톰을 대상으로 계산을 수행한 결과, 과도한 비균질 영역계산을 제외하면 계산된 MU가 치료계획시스템과 3% 이내에서 잘 일치하였고, 환자 데이터를 이용한 계산에서도 과도한 비균질 영역 계산을 제외한 모든 계산에서 최대오차가 5% 이하로 나타났다. VBA 및 Microsoft Excel 워크시트 인터페이스를 이용하여 임상에 이용될 빔데이터 자료의 자동 생성 및 빔데이터 비교 템플릿 등의 용이성이 판명되었다. 본 프로그램을 이용하여 치료계획시스템의 정확성을 포괄적으로 검증할 수 있으므로 치료계획시스템의 정도관리 및 환자의 독립적 선량검증을 효과적으로 수행할 수 있다. 빔데이터베이스 생성 기능을 이용하여 빔데이터의 주기적 관리 경신 및 대단위 빔데이터베이스의 모니터링을 효율적으로 수행할 수 있다.