Abstract
Purpose : 3D Printers are used to create three-dimensional models based on blueprints. Based on this characteristic, it is feasible to develop a bolus that can minimize the air gap between skin and bolus in radiotherapy. This study aims to compare and analyze air gap and target dose at the branded 1 cm bolus with the developed customized bolus using 3D printers. Materials and Methods : RANDO phantom with a protruded tumor was used to procure images using CT simulator. CT DICOM file was transferred into the STL file, equivalent to 3D printers. Using this, customized bolus molding box (maintaining the 1 cm width) was created by processing 3D printers, and paraffin was melted to develop the customized bolus. The air gap of customized bolus and the branded 1 cm bolus was checked, and the differences in air gap was used to compare $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$ and $V_{95%}$ in treatment plan through Eclipse. Results : Customized bolus production period took about 3 days. The total volume of air gap was average $3.9cm^3$ at the customized bolus. And it was average $29.6cm^3$ at the branded 1 cm bolus. The customized bolus developed by the 3D printer was more useful in minimizing the air gap than the branded 1 cm bolus. In the 6 MV photon, at the customized bolus, $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$ of GTV were 102.8%, 88.1%, 99.1%, 95.0%, 94.4% and the $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$ of branded 1cm bolus were 101.4%, 92.0%, 98.2%, 95.2%, 95.7%, respectively. In the proton, at the customized bolus, $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$ of GTV were 104.1%, 84.0%, 101.2%, 95.1%, 99.8% and the $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$ of branded 1cm bolus were 104.8%, 87.9%, 101.5%, 94.9%, 99.9%, respectively. Thus, in treatment plan, there was no significant difference between the customized bolus and 1 cm bolus. However, the normal tissue nearby the GTV showed relatively lower radiation dose. Conclusion : The customized bolus developed by 3D printers was effective in minimizing the air gap, especially when it is used against the treatment area with irregular surface. However, the air gap between branded bolus and skin was not enough to cause a change in target dose. On the other hand, in the chest wall could confirm that dose decrease for small the air gap. Customized bolus production period took about 3 days and the development cost was quite expensive. Therefore, the commercialization of customized bolus developed by 3D printers requires low-cost 3D printer materials, adequate for the use of bolus.
목 적 : 3D 프린터는 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 모델을 만들어 낼 수 있는 장비이다. 이러한 특징을 이용하여 방사선치료시 bolus 사용으로 인한 피부와 bolus 사이의 air gap을 최소화 할 수 있는 bolus 제작이 가능하다. 이에 본 연구에서는 3D 프린터를 이용하여 customized bolus를 제작하여 air gap과 target 선량을 상품화된 1 cm bolus와 비교하고자 한다. 대상 및 방법 : 왼쪽 chest wall에 돌출된 종양이 있는 RANDO phantom을 CT 모의치료기를 이용하여 영상 획득 후, CT DICOM 파일을 3D 프린터에 필요한 STL 파일로 변환시켰다. 이것을 이용하여 치료부위의 체표윤곽과 일치하면서 1 cm 두께를 유지하는 customized bolus 주형틀을 3D 프린터로 제작한 후 paraffin wax를 녹여 customized bolus를 만들었다. 이렇게 만들어진 customized bolus와 상품화된 1 cm bolus의 air gap을 확인하였고, air gap으로 인한 차이를 Eclipse를 이용하여 치료계획상 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$와 $V_{95%}$를 비교하였다. 결 과 : customized bolus 제작 기간은 약 3일이 소요되었다. air gap 총 용적은 customized bolus는 평균 $3.9cm^3$, 상품화된 1 cm bolus는 평균 $29.6cm^3$이었다. 상품화된 1 cm bolus를 사용할 때보다 3D 프린터를 이용하여 제작한 customized bolus를 사용하는 것이 air gap을 최소화시켰다. 6 MV photon에서 customized bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 각각 102.8%, 88.1%, 99.1%, 95.0%, 94.4%이었고, 상품화된 1 cm bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 101.4%, 92.0%, 98.2%, 95.2%, 95.7%이었다. proton의 경우 customized bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 각각 104.1%, 84.0%, 101.2%, 95.1%, 99.8%이었고, 상품화된 1 cm bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 104.8%, 87.9%, 101.5%, 94.9%, 99.9%이었다. 이처럼 치료계획에서 customized bolus와 1 cm bolus 모두 GTV의 선량은 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 GTV에 인접한 정상조직은 customized bolus의 선량이 더 적게 나타났다. 결 론 : 3D 프린터를 이용한 customized bolus가 표면이 일정하지 않은 치료부위에 사용 할 때 air gap을 줄이는 효과를 나타냈다. 그렇지만 상품화된 bolus와 피부 사이에 생기는 air gap은 target에서의 선량의 변화를 일으킬 만큼 많은 양이 아님을 알 수 있었다. 반면 chest wall에서는 air gap이 적을수록 선량이 감소함을 확인 할 수 있었다. customized bolus 제작 기간은 3일이 걸렸고, 고가의 제작비용이 든다는 문제점이 발생하였다. 따라서 3D 프린터 customized bolus의 상용화를 위해서는 저비용이고, bolus 사용으로 적합한 3D 프린터 재료 모색의 필요성이 있다고 사료된다.