The Feasibility Study of MRI-based Radiotherapy Treatment Planning Using Look Up Table

In the intracranial regions, an accurate delineation of the target volume has been difficult with only the CT data due to poor soft tissue contrast of CT images. Therefore, the magnetic resonance images (MRI) for the delineation of the target volumes were widely used. To calculate dose distributions with MRI-based RTP, the electron density (ED) mapping concept from the diagnostic CT images and the pseudo CT concept from the MRI were introduced. In this study, the look up table (LUT) from the fifteen patients' diagnostic brain MRI images was created to verify the feasibility of MRI-based RTP. The dose distributions from the MRI-based calculations were compared to the original CT-based calculation. One MRI set has ED information from LUT (lMRI). Another set was generated with voxel values assigned with a homogeneous density of water (wMRI). A simple plan with a single anterior 6MV one portal was applied to the CT, lMRI, and wMRI. Depending on the patient's target geometry for the 3D conformal plan, 6MV photon beams and from two to five gantry portals were used. The differences of the dose distribution and DVH between the lMRI based and CT-based plan were smaller than the wMRI-based plan. The dose difference of wMRI vs. lMRI was measured as 91 cGy vs. 57 cGy at maximum dose, 74 cGt vs. 42 cGy at mean dose, and 94 cGy vs. 53 at minimum dose. The differences of maximum dose, minimum dose, and mean dose of the wMRI-based plan were lower than the lMRI-based plan, because the air cavity was not calculated in the wMRI-based plan. These results prove the feasibility of the lMRI-based planning for brain tumor radiation therapy.

Look Up Table을 이용한 자기공명영상 기반 방사선 치료계획의 타당성 분석 연구

뇌병변 등의 방사선 치료에 있어 CT (Computed Tomography) 영상만을 이용한 종양 체적(Tumor volume) 윤곽의 정확한 설정은 CT 영상의 부족한 연부조직 대조도 특성에 의하여 한계를 가진다. 따라서 자기공명영상(Magnetic Resonance Images, MRI)이 보다 정확한 목표 체적의 윤곽을 그려내기 위해 광범위 하게 사용되고 있다. 치료계획을 위해 획득한 자기공명영상에 진단단계에서 얻어진 CT영상의 전자밀도를 융합하는 방법과 자기공명 영상으로부터 만들어진 가상의 CT를 이용하는 방법 등이 자기공명 영상장치를 기반으로 한 방사선 치료 계획의 선량계산을 위하여 소개되어 왔다. 본 연구는 MRI기반의 선량계산의 가능성을 확인 해보기 위해 15명 환자의 진단 MR 영상을 통하여 Look Up Table (LUT)을 만들어 MRI 기반 선량계산과 기존의 CT 기반 선량계산을 비교 검증 하였다. 여기서 lMRI는 획득한 MR 영상에 LUT를 이용한 전자밀도 보정을 한 것이며 wMRI는 획득한 MR영상을 물 밀도로 동일화 시킨 것이다. 6 MV anterial 방향의 조사가 CT, lMRI, wMRI에 적용되어 치료계획으로 비교되었으며 또한 환자의 병변위치에 따라 2문 조사에서 5문 조사의 치료계획이 비교되었다. CT기반 치료계획을 기준으로 하여 등선량 분포와 DVH의 차이는 wMRI 보다 lMRI에서 더 적었으며 최대선량 차이가 91 cGy vs. 57 cGy, 평균선량이 74 cGy vs. 42 cGy, 최소선량 차이가 94 cGy vs. 53 cGy로 측정되어 각각의 선량 평가 면에서 그 차이가 wMRI보다 lMRI에서 더 적었다. 이러한 결과는 wMRI의 경우 공동내 선량계산에서 CT기반 선량계산과 차이가 나기 때문이다. 따라서 본 연구의 결과는 lMRI 기반 선량계산의 가능성이 있음을 보여준다.