Abstract
Purpose: The proton used in proton therapy has a characteristic of giving a small dose to the normal tissue in front of the tumor site while forming a Bragg peak at the cancer tissue site and giving up the maximum dose and disappearing immediately. It is very important to verify the proton arrival position. In this study, we used the off-line PET CT method to measure the distribution of positron emitted from nucleons such as 11C (half-life = 20 min), 150 (half-life = 2 min) and 13N The range and distal falloff point of the proton were verified by measurement. Materials and Methods: In the IEC 2001 Body Phantom, 37 mm, 28 mm, and 22 mm spheres were inserted. The phantom was filled with water to obtain a CT image for each sphere size. To verify the proton range and distal falloff points, As a treatment planning system, SOBP were set at 46 mm on 37 mm sphere, 37 mm on 28 mm, and 33 mm on 22 mm sphere for each sphere size. The proton was scanned in the same center with a single beam of Gantry 0 degree by the scanning method. The phantom was scanned using PET-CT equipment. In the PET-CT image acquisition method, 50 images were acquired per minute, four ROIs including the spheres in the phantom were set, and 10 images were reconstructed. The activity profile according to the depth was compared to the dose profile according to the sphere size established in the treatment plan Results: The PET-CT activity profile decreased rapidly at the distal falloff position in the 37 mm, 28 mm, and 22 mm spheres as well as the dose profile. However, in the SOBP section, which is a range for evaluating the range, the results in the proximal part of the activity profile are different from those of the dose profile, and the distal falloff position is compared with the proton therapy plan and PET-CT As a result, the maximum difference of 1.4 mm at the 50 % point of the Max dose, 1.1 mm at the 45 % point at the 28 mm sphere, and the difference at the 22 mm sphere at the maximum point of 1.2 mm were all less than 1.5 mm in the 37 mm sphere. Conclusion: To maximize the advantages of proton therapy, it is very important to verify the range of the proton beam. In this study, the proton range was confirmed by the SOBP and the distal falloff position of the proton beam using PET-CT. As a result, the difference of the distally falloff position between the activity distribution measured by PET-CT and the proton therapy plan was 1.4 mm, respectively. This may be used as a reference for the dose margin applied in the proton therapy plan.
목 적: 양성자치료에 이용되는 양성자선은 종양 부위 앞에 있는 정상 조직에는 적은 선량을 주는 반면 암 조직 부위에서는 브래그 피크(Bragg peak)를 형성하며 최대 선량을 주고 바로 소멸하는 특징을 가지고 있으며 양성자치료의 장점을 극대화하기 위해서는 양성자의 도달 위치 검증이 매우 중요하다. 본 연구에서는 Off-line PET CT 방법을 이용하여 양성자 조사 후 양성자 궤적을 따라 생성된 11 C(반감기=20분), 150(반감기=2분), 13N (반감기=10분) 등의 핵자에서 방출되는 양전자의 분포를 측정하여 양성자의 Range와 Distal falloff 지점을 검증하게 되었다. 대상 및 방법: IEC 2001 Body 팬텀안에는 37 mm, 28 mm, 22 mm 구체를 삽입할 수 있게 구성되어 있으며 팬텀안에 물을 가득 채워 각 구체크기별로 CT image를 획득하였고 양성자의 Range와 Distal falloff 지점을 검증하기 위하여 양성자치료계획시스템으로 각 구체 크기 별로 37 mm 구체에서 46 mm, 28 mm에서 37 mm, 22 mm 구체에서 33 mm의 SOBP를 설정하였고, Scanning 방법으로 Gantry 0도의 Single beam으로 동일한 센터에서 양성자를 조사하였다. 조사된 팬텀은 PET-CT 장비를 이용하여 스캔하였고, PET-CT 영상획득방법은 1분씩 50개의 영상을 획득하여 팬톰 내의 구체를 포함하여 4개의 ROI를 설정한 후 10개씩 영상을 합산하여 재구성 하였다. 치료계획 시 수립한 구체크기에 따른 Dose profile과 비교하기 위하여 Depth에 따른 Activity profile로 나타냈다 결 과: 37 mm, 28 mm, 22 mm 구체에서 모두 Distal falloff position 에서 Dose profile과 같이 PET-CT의 Activity profile 역시 급격히 감소하는 양상을 나타냈다. 하지만 Range를 평가하는 구간인 SOBP구간에서는 Activity profile의 경우 Proximal 부분에서의 측정치가 Dose profile 양상과 다른 결과가 나왔으며, Distal falloff position을 구체 크기별로 양성자 치료계획과 PET-CT 측정치와의 차이를 비교해 본 결과 37 mm 구체에서는 Max dose의 50 % 지점에서 최대 1.4 mm, 28 mm 구체에서는 45 % 지점에서 최대 1.1 mm, 22 mm 구체에서의 차이는 40 % 지점에서 최대 1.2 mm로 모두 1.5 mm 미만의 차이를 보였다. 결 론: 양성자치료의 장점을 최대한 활용하기 위해서는 양성자빔의 Range를 검증하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 PET-CT 장비를 이용하여 양성자빔의 SOBP 와 Distal falloff 위치를 통해 양성자 Range를 확인하였고 그 결과 PET-CT 장비를 이용해 측정한 Activity 분포와 양성자 치료계획과의 Distal falloff position의 차이는 1.4 mm 내에서 일치함을 확인하였다. 이는 본원에서 양성자치료계획 시 적용하는 선량마진에 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.