Evaluation of Target Position's Accuracy in 2D-3D Matching using Rando Phantom

인체팬톰을 이용한 2D-3D 정합시 타켓위치의 정확성 평가

Purpose: The aim of this study is to compare patient's body posture and its position at the time of simulation with one at the treatment room using On-board Imaging (OBI) and CT (CBCT). The detected offsets are compared with position errors of Rando Phantom that are practically applied. After that, Rando Phantom's position is selected by moving couch based on detected deviations. In addition, the errors between real measured values of Rando Phantom position and theoretical ones is compared. And we will evaluate target position's accuracy of KV X-ray imaging's 2D and CBCT's 3D one. Materials and Methods: Using the Rando Phantom (Alderson Research Laboratories Inc. Stanford. CT, USA) which simulated human body's internal structure, we will set up Rando Phantom on the treatment couch after implementing simulation and RTP according to the same ways as the real radioactive treatment. We tested Rando Phantom that are assumed to have accurate position with different 3 methods. We measured setup errors on the axis of X, Y and Z, and got mean standard deviation errors by repeating tests 10 times on each tests. Results: The difference between mean detection error and standard deviation are as follows; lateral 0.4+/-0.3 mm, longitudinal 0.6+/-0.5 mm, vertical 0.4+/-0.2 mm which all within 0~10 mm. The couch shift variable after positioning that are comparable to residual errors are 0.3+/-0.1, 0.5+/-0.1, and 0.3+/-0.1 mm. The mean detection errors by longitudinal shift between 20~40 mm are 0.4+/-0.3 in lateral, 0.6+/-0.5 in longitudinal, 0.5+/-0.3 in vertical direction. The detection errors are all within range of 0.3~0.5 mm. Residual errors are within 0.2~0.5 mm. Each values are mean values based on 3 tests. Conclusion: Phantom is based on treatment couch shift and error within the average 5mm can be gained by the diminution detected by image registration based on OBI and CBCT. Therefore, the selection of target position which depends on OBI and CBCT could be considered as useful.

목 적: 온보드 영상장치(OBI) 및 콘빔 CT (CBCT)를 이용하면 치료실에 위치한 환자의 자세 및 위치와 모의치료(SIMULATION) 시점의 환자의 자세 및 위치를 비교할 수 있다. Detected offsets은 실제로 적용된 인체팬톰(Rando phantom) 위치의 오차와 비교되어 진다. 이후, 인체 팬톰은 detected 오차에 근거하여 couch를 움직여 위치선정 되었다. 또한 인체팬톰 위치 결정의 실측값과 이론값 오차값들을 비교하였으며, OBI를 사용하고 있는 KV X선영상의 2D와 CBCT의 3D 타켓 위치 정확성 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 신체 내부 구조가 모사된 팬톰(The Rando Phantom, Alderson Resarch Laboratories Inc. Stamford. CT, USA)을 사용하여 실제방사선 치료와 동일한 과정을 따라 모의치료(SIMULATION) 및 치료계획(RTP)을 시행한 후 치료 데이블 위에 인체 팬톰을 셋업한다. 정확히 위치가 재현된다고 가정되는 인체팬톰에 대해 3가지 방법으로 실험을 했는데 X, Y, Z축의 변화에 따라 셋업 오차를 측정했고 각각의 실험은 10회씩 반복되어 오차의 표준 편차를 구했다. DigiPas DWL-80G는 기울기의 각을 결정하기 위해 사용하였으며, 2D/2D 및 3D/3D정합의 실측치와 측정치를 비교 분석 하였다. 결 과: 온보드 영상장치로 획득한 정면 및 측면 kv x선 영상과 모의치료시 디지털 재구성 기준영상과의 2차원/2차원 정합시, 팬톰의 X, Y, Z 편차 평균값은 lat 0.12 cm, long -0.66 cm, vert 0.07 cm이며, 각도의 변화를 주었을 때 편차의 평균값은 lat -0.5 cm, long -0.3 cm, 팬톰의 몸을 약간 튼 상태에서의 편차 평균값은 각각 lat -0.5 cm, long 0.2 cm, vert -0.6 cm으로 나타났다. 또한 콘빔CT로 획득한 영상과 모의치료 시 획득한 CT영상을 비교하는 3차원/3차원 정합에서 팬톰의 3가지 방법에서 편차의 평균 detection error와 표준편차는 lateral $0.5{\pm}0.4\;mm$, longitudinal $0.8{\pm}0.5\;mm$, vertical $0.4{\pm}0.3\;mm$로 각각 0-10 mm의 범위이다. Residual error에 해당되는 positioning couch shift 변수는 $0.6{\pm}0.3\;mm$, $0.5{\pm}0.3\;mm$, $0.3{\pm}0.1\;mm$이다. 20-50 mm까지 longitudinal shift에 의한 평균 detection error는 각각 lateral $0.4{\pm}0.2\;mm$, longitudinal $0.3{\pm}0.2\;mm$, vertical $0.3{\pm}0.3\;mm$이다. Residual error는 $0.6{\pm}0.3\;mm$, $0.6{\pm}0.2\;mm$, $0.4{\pm}0.1\;mm$이다. Detection error는 모두 0.0~0.6 mm 범위이다. Residual error는 0.3~0.9 mm 범위로 나타났다. 결 론: 온보드 영상장치(OBI) 및 콘빔 CT (CBCT)를 이용하여 표적위치의 정확성을 평가하였다. 치료실에 위치한 환자의 자세 및 위치와 모의치료(SIMULATION) 시점의 환자의 자세 및 위치를 비교할 수 있다. 그러므로 OBI 및 CBCT를 이용한 2D/2D 및 3D/3D 정합은 모의 치료 시와 환자 치료 시 정확한 정합을 함으로써 error를 최소화 할 것으로 평가된다.