• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제28권5호
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• pp.676-683
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• 2007

A non-invasive respiratory gated radiotherapy system like those based on external anatomic motion gives better comfortableness to patients than invasive system on treatment. However, higher correlation between the external and internal anatomic motion is required to increase the effectiveness of non-invasive respiratory gated radiotherapy. Both of invasive and non-invasive methods need to track the internal anatomy with the higher precision and rapid response. Especially, the non-invasive method has more difficulty to track the target position successively because of using only image processing. So we developed the system to track the motion for a non-invasive respiratory gated system to accurately find the dynamic position of internal structures such as the diaphragm and tumor. The respiratory organ motion tracking apparatus consists of an image capture board, a fluoroscopy system and a processing computer. After the image board grabs the motion of internal anatomy through the fluoroscopy system, the computer acquires the organ motion tracking data by image processing without any additional physical markers. The patients breathe freely without any forced breath control and coaching, when this experiment was performed. The developed pattern-recognition software could extract the target motion signal in real-time from the acquired fluoroscopic images. The range of mean deviations between the real and acquired target positions was measured for some sample structures in an anatomical model phantom. The mean and max deviation between the real and acquired positions were less than 1mm and 2mm respectively with the standardized movement using a moving stage and an anatomical model phantom. Under the real human body, the mean and maximum distance of the peak to trough was measured 23.5mm and 55.1mm respectively for 13 patients' diaphragm motion. The acquired respiration profile showed that human expiration period was longer than the inspiration period. The above results could be applied to respiratory-gated radiotherapy.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제17권3호
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• pp.136-143
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• 2006

방사선 치료 시 환자 호흡에 의한 치료부위의 움직임 영향을 줄이기 위해 환자 복부에 배치한 적외선 반사체 표식자의 호흡에 따른 주기적 움직임을 분석하여 안정된 일정 영역에서만 방사선이 조사되도록 하는 호흡연동 방사선치료 방법이 임상에서 활용되고 있다. 이러한 호흡연동 방사선치료에서 표식자의 운동 주기 중 안정된 특정 위상영역을 기반으로 방사선 조사 구간을 설정하는 방법은 진폭변위를 기반으로 하는 방법보다 안정적으로 치료를 수행할 수 있는 장점이 있으나, 치료 시 방사선 조사 구간 내 표식자 진폭의 변화가 발생해도 설정 위상 기반영역에만 포함되면 방사선이 조사되는 경우가 발생할 수 있어, 실제 호흡량의 변위에 따른 내부 장기의 움직임 정도를 정확히 반영하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 이와 같은 위상기반 호흡연동 방사선치료 시 발생할 수 있는 표식자 진폭의 변화와 이로 인한 치료 부위의 움직임에 의한 오차를 분석할 수 있는 프로그램을 개발하여 정확성과 임상 적용 타당성을 분석하였다. 모의치료 시 설정된 방사선 조사 구간 내 가상의 진폭 변위를 주어 작성한 치료 기록 파일과 팬텀을 사용하여 임상에서 발생할 수 있는 진폭 변위의 크기와 불규칙한 변화가 발생하였을 경우의 환경 설정 후 방사선을 조사하고 생성된 치료 기록 파일들을 개발한 프로그램으로 분석하였을 때, 정확한 오차 구간의 판별과 오차 계산이 수행됨을 확인할 수 있었다. 실제 위상기반 호흡연동 방사선 치료 환자에 적용하였을 때에도 설정된 허용기준을 벗어나는 지점의 오차 영역 인식과 오차 계산이 정확히 수행됨을 확인하여, 향후 위상기반 호흡연동 방사선치료 시 발생할 수 있는 방사선 조사 구간 내 환자 호흡량의 변화로 인한 치료 표적의 변위 오차 분석에 유용한 도구로 사용될 것으로 생각된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제24권3호
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• pp.198-203
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• 2013

일반적으로 호흡연동방사선치료(gated radiation therapy)의 평가를 위해 호흡에 의한 장기의 움직임을 모사하는 움직이는 팬텀(moving phantom)을 사용한다. 표적(target)은 모든 방향으로 움직이기 때문에 모든 방향의 움직임을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 감마지표(gamma index) 분석을 통한 호흡연동방사선치료의 평가방법을 제시하고 움직임영역(motion range)에 따른 적절한 연동창(gating window)의 크기를 알아보고자 한다. 두미축(craniocaudal) 방향으로 움직임을 모사하는 팬텀을 제작하였다. 이 팬텀은 움직이는 받침대(moving platform), 2차원 이온전리함배열(I'm MatriXX, IBA Dosimetry, Germany), 및 고체물팬텀(solid water phantom)으로 이루어졌다. 6 MV 에너지의 광자선을 $4{\times}4cm^2$의 조사면(field size)으로 호흡연동방사선치료 시스템을 이용하여 팬텀을 각각 1, 2, 3, 4, 및 5 cm 만큼 움직이도록 하고 방사선을 조사하였다. 연동창은 각각 40~60%, 30~70%, 및 0~90%으로 설정하였다. 2차원 이온전리함배열은 각 시나리오에 따라 선량분포를 획득하였고 $4{\times}4cm^2$ 조사면으로 정지한 상태에서 조사한 선량분포와 비교하였다. 허용범위를 3%/3 mm로 설정하고 감마지표를 계산하였다. 연동창(gating window)의 크기가 클수록 합격률(pass rate)는 낮아졌고, 운동영역(motion range)이 커질수록 합격률은 낮아졌다. 호흡연동방사선치료를 시행하지 않고 운동영역이 2 cm의 병소를 치료할 경우 합격률은 96% 이하로 현저히 떨어졌다. 그러나 호흡연동방사선치료를 시행하면 합격률은 99% 이상으로 올릴 수 있었다. 운동영역이 4 cm 이상일 경우 호흡연동방사선치료를 하더라도 연동창을 30~70%로 선택할 경우 합격률이 97%를 넘지 못하였다. 그러나 연동창을 40~60%를 선택할 경우 합격률은 99% 이상이었다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제26권1호
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• pp.69-76
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• 2014

목 적 : 외부 압박을 통해 전립선암 환자의 복강 내 압력을 안정화시켜 움직임을 감소하여 치료 간(interfraction)과 치료 중(intrafraction)에 변화를 측정하여 평가하고자 시행하였다. 대상 및 방법 : 10명의 전립선환자들은 전체 치료과정동안 MVCT 스캔을 통해 치료 전과 후에 걸쳐 환자 당 60개의 영상을 획득하였고 획득한 좌우방향(X), 상하방향(Y), 전후방향(Z), 회전방향(Roll)에 대한 Shift 값들을 이용하여 복부 압박 시 치료 간 치료준비 변화와 치료 중 표적 움직임의 상호 연관성을 분석하였다. 결 과 : 치료 간의 움직임 변화는 평균 좌우방향(X)에서 $0.65{\pm}2.32mm$, 상하방향(Y)에서 $1.41{\pm}4.83mm$, 전후방향(Z)에서 $0.73{\pm}0.52mm$, 회전방향(Roll)에서 $0.96{\pm}0.21^{\circ}$로 나타났다. 치료 중 움직임 변화는 평균 좌우방향(X)에서 $0.15{\pm}0.44mm$, 상하방향(Y)에서 $0.13{\pm}0.44mm$, 전후방향(Z)에서 $0.24{\pm}0.64mm$, 회전방향(Roll)에서 $0.1{\pm}0.9^{\circ}$로 나타났다. 결 론 : 전처치과정과 외부에서 복부압박을 통한 전복부의 움직임을 제한한다면 치료동안에 내부 장기와 환자의 움직임을 감소시켜 보다 적은 여유(margin)로 계획용 표적체적(PTV)을 생성할 수 있어서 정상조직의 부작용 증가 없이 더욱 이상적인 선량 체적을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제19권2호
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• pp.99-106
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• 2007

목 적: 방사선치료 중 환자의 자세나 해부학적 구조상 장기의 움직임과 치료 시 환자를 조준하면서 치료부위의 변화가 다양하게 발생할 수 있다. 이와 같은 요인은 종양부위나 정상조직에 대한 선량분포에 영향을 미치게 된다. 이는 치료계획용전산 화장비에 의해 계산된 선량이 실제임상 치료 시 서로 다른 선량이 조사될 수 있다. 인체의 생리학적인 움직임과 장기 내의 움직임 등은 고정기구나 정확한 환자의 치료준비에 의해서 치료조준의 정확성을 높일 수 있다. 본 연구의 목적은 토모영상을 통해 육안적종양체적(Gross tumor volume, GTV)과 장기의 치료 간에 발생하는 차이점을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 본원환자로서 직장풍선을 이용하여 치료하는 전립선암 환자 3명을 대상으로 하였고, 3달 동안 영상 자료를 수집 하였다. 각 환자마다 치료횟수 26회에 대한 토모영상을 획득하였고, 총 76회의 토모영상을 수집하였다. 각각의 토모영상은 전산화단층촬영모의치료(Computed tomography simulation, CT-simulation) 시의 중심점을 이용하였고, 매 치료 시 직장풍선에 60 cc의 공기주입 후 항문 가장자리에서 6 cm 깊이에 고정하여 전립선의 움직임을 고정시킨 후 치료 전에 토모영상을 획득하였다. 토모영상은 5 mm 두께로 영상을 획득하였다. 본 연구의 분석방법으로 CT-simulation와 MVCT (Megavoltage computed tomography, MVCT)의 융합을 위하여 납 볼을 이용하여, 토모치료의 3가지 영상융합방법으로 Bone technique, bone/tissue technique, full image technique을 이용하여 치료준비(setup)의 오차를 분석하였다. 영상융합은 눈에 보이는 납 볼 기준으로 융합하고, CT-simulation 시 획득한 영상에 MVCT에서 얻어진 영상을 융합하여, 뼈와 직장풍선, GTV을 매 치료 시 각각 비교하였다. 최초 CT-simulation 시 기준점을 중심으로 평균과 표준편차는 X, Y, Z, Roll에 대하여 각각의 환자를 분석하였다. 결 과: 분석결과 각각의 방법에 위해서 직장풍선의 변화는 확연히 다르게 나타났다. 정량적으로 뼈를 이용한 영상융합 결과 X방향으로 최대 8 mm, Y방향으로 4 mm의 움직임을 보였다. 직장풍선 기준으로 영상융합 한 결과 X, Y 방향으로 6 mm, 16 mm로 분석 되었다. 한 환자의 경우 16 mm 이상의 움직임을 보였는데, 이는 직장내의 공기나 분비물에 의한 움직임으로 분석 되었다. GTV 기준분석 결과 X 방향으로 2.7$\sim$6.6 mm, 4.3$\sim$7.8 mm가 Y방향으로 움직임을 보였다. 본 연구에서 Roll에 대한 분석결과 영상융합과 분석상에서 확연한 차이점은 없었다. 분석결과 뼈 기준의 분석결과 0.37$\pm0.36^{\circ}$, GTV 기준분석 결과 0.34$\pm0.38^{\circ}$의 회전을 보였다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제28권2호
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• pp.179-186
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• 2016

목 적 : 분할치료간(Interfraction) 움직임에 의한 오류가 많은 직장과 방광 그리고 전립선의 변화를 MR영상을 기반으로 분석하여 보정치료계획(adaptive plan) 없이 SBRT 선량제한을 충족하는지 알아보고자 하였다. 대상 및 방법 : 본원에서 ViewRay MRIdian System(ViewRay, ViewRay Inc., Cleveland, OH, USA)을 이용하여 전립선암에 총 선량이 70 Gy, 28회의 분할치료인 IMRT 치료를 시행한 환자 5명을 대상으로 하였다. 기존 치료방법을 가정하기 위해 ViewRay 모의치료계획과 동일한 날짜와 조건으로 촬영한 전산화단층촬영(Computed Tomography, 이하 CT)영상에 초기 치료계획을 생성하였고, 전산화치료계획은 Eclipse(Ver 10.0.42, Varian, USA)를 이용하였다. 분할치료간(Interfraction) 장기 변화를 분석하기 위해 치료계획용 CT영상에 각 5회 치료 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, 이하 MRI)을 Registration 한 후, 초기 치료계획을 각 치료영상에 적용하여 선량체적곡선 변화와 각 장기의 절대용적 변화를 측정하였다. 처방선량은 5회에 걸쳐 PTV에 총 선량이 $V_{36.25}$ Gy $${\geq_-}$$ 95%가 되도록 하였고, 전립선 SBRT 선량제한의 충족 여부를 확인하기 위하여 직장과 방광의 $V_{100%}$, $V_{90%}$, $V_{80%}$ $V_{50%}$을 측정하였으며, CTV의 $V_{100%}$, $V_{95%}$, $V_{90%}$도 측정하였다. 결 과 : 총 5회의 CTV, 직장, 방광의 선량평균값은 5명 모두 SBRT 선량제한을 충족하였으나 각 치료 영상을 분석한 결과 1회 이상 선량제한을 초과하는 경우도 나타났다. 초기 치료계획과 분할치료의 MR영상을 비교하여 절대용적 변화를 측정한 결과 직장에서 최대 1.72배, 방광에서 최대 2.0배 차이를 보였다. 직장의 경우 초기 치료계획에서 5명의 측정값이 평균 $V_{100%}=0.32%$, $V_{90%}=3.33%$, $V_{80%}=7.71%$, $V_{50%}=23.55%$로 선량한도 이하로 계획 되었으나, 실제 분할치료 중 최대 3회까지 선량한도를 초과하기도 하였다. 방광의 경우도 초기 치료계획의 절대용적이 평균 117.9 cc 였으나 실제 치료 5회 평균용적은 79.2 cc 로 나타났다. CTV의 경우 방광과 직장의 용적 변화 등으로 인해 5 mm 여백을 포함한 PTV에 치료계획을 세웠음에도 불구하고 100% 처방선량 영역을 벗어나기도 하였다. 결 론 : 본 연구에서는 5회 치료 평균으로 분석한 결과 선량한도를 벗어난 경우는 없었으나, 각각의 분할치료에서는 직장과 방광의 오차가 비교적 큰 것을 확인 할 수 있었다. 그러므로 전립선암 SBRT를 시행하기 위해서는 선량 전달 정확성에 더욱 신중을 기해야 한다. 이를 위해서는 실시간 영상추적과 보정치료계획이 필수적이며 이것은 모든 방사선 치료가 궁극적으로 나아가야 할 방향으로 사료된다.

• 재활치료과학
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• 제7권4호
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• pp.79-91
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• 2018

목적 : 본 연구에서는 상지 로봇 치료가 아급성기 뇌졸중 환자의 상지기능에 단기적으로 미치는 영향을 알아보는 것이었다. 연구방법 : 본 연구는 뇌졸중 편마비 진단을 받고 1회 1시간씩 상지 로봇 치료와 과제 지향적 훈련(task-oriented training)를 받았던 환자 20명의 의무기록을 이용한 후향적 연구로서, 중재 전/후의 3차원 동작분석검사 결과 값을 토대로 두 중재간의 변화량을 비교 하였다. 결과 분석은 기술 통계와 대응표본 t검정을 사용하여 결과 값을 파악 하였다. 결과 : 연구 결과 상지 로봇 치료를 한 경우 팔 뻗기를 하는 동안 팔굽관절 움직임의 순발력, 효율성, 부드러움에서 향상을 보였으며, 과제 지향적 훈련(task-oriented training)과 비교 하였을 때 팔굽관절의 부드러움에서 유의한 차이를 보였다(p<.05). 결론 : 단기적 상지 로봇 치료는 아급성기 뇌졸중 환자의 팔뻗기 시 팔굽관절 움직임에 효과를 보였으며, 추후 장기적인 연구를 통해 상지 기능의 움직임 개선에 대한 효과 입증이 필요하다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제25권1호
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• pp.25-31
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• 2013

목 적: 양성자선의 유효비정 변화와 환자 자세의 재현성을 고려한 로버스트(robust-IMPT) 세기조절양성치료와 플레인 세기조절양성자치료(plain-IMPT) 계획과 광자선 세기조절방사선치료(photon-IMRT, step & shoot) 계획의 선량분포 특성을 비교, 분석하고자 한다. 대상 및 방법: 다섯 명의 전립선암 환자를 대상으로 표적에 70 Gy를 조사하도록 photon-IMRT (7문, step & shoot)와 plain-IMPT (2문, 4문, 7문) 및 robust-IMPT (유효 비정 오차 ${\pm}5%$ & 환자 자세 오차 0.5 cm 적용) 치료계획을 수립했다. 세 가지 치료계획으로 얻은 선량 분포 비교를 위해 PTV에 대한 선량조형지수(Conformity Index, CI), 선량균등지수(Homogeneity Index, HI) 및 최대선량, 최소선량, 평균선량과 OAR에 대한 선량-체적을 평가했다. 결 과: 모든 환자에 대해 photon-IMRT, plain-IMPT, robust-IMPT에서 PTV의 평균 최대선량은 각각 76.75 Gy (109.6%), 71.92 Gy (102.7%), 72.09 Gy (103%)였으며, 평균 최소선량은 68.21 Gy (97.4%), 68.89 Gy (98.42%), 68.13 Gy (98.13%)였으며, 전체 평균선량은 각각 71.02 Gy (101.4%), 71.32 Gy (100.4%), 70.75 Gy (101%)였다. PTV에 대한 CI 및 HI 값은 plain-IMPT가 photon-IMRT와 robust-IMPT에 비하여 1.02, 1.00으로 가장 낮았다. 또한, 정상장기에 있어 plain-IMPT가 photon-IMRT에 비하여 대부분 낮은 선량 분포를 보였으며, robust-IMPT 적용 시 정상 장기에 대한 선량 분포가 다소 변동의 폭은 있었지만 photon-IMRT에 비하여 대체로 낮은 선량 분포를 보였다. 결 론: 전립선암의 IMPT 치료 시 정확한 유효비정의 오차와 환자 자세 재현성오차를 고려한 robust-IMPT를 적용한다면 plain-IMPT의 선량학적 불확도를 줄이고 photon-IMRT에 비해 효과적인 치료를 제공할 수 있을 것이다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제31권1호
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• pp.43-49
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• 2019

목 적: 움직이는 장기에 취약한 Pencil Beam Scanning(PBS)을 보완하기 위해 고안된 Layered Rescanning PBS 기법을 Moving Phantom에 적용하여 Single Scan PBS와 선량비교를 통해 Homogeneity를 비교해 본다. 대상 및 방법: Matrix X(IBA, Belgium)와 Moving Phantom(standard imaging, USA)을 이용하였다. 가상의 tumor $10{\times}10{\times}5cm$에 AP 방향에서 200 cGy의 선량을 조사하였다. 치료계획은 single scan PBS, rescan 4, 8, 12회 총 4가지로 하였고 각 치료계획별로 3번씩 반복 측정하였다. 측정 시 Moving Phantom의 호흡주기는 한 cycle당 4초로 설정 후 S-I 방향 움직임 2 cm으로 설정하였다. 추가로 beam on time을 측정하였다. 결 과: PTV 내에서 $D_{max}$의 평균값은 single scan, 4, 8, 12회 rescan 순서로 각각 $246.47{\pm}18.8cGy$, $223.43{\pm}8.92cGy$, $222.47{\pm}7.7cGy$, $213.9{\pm}6.11cGy$ $D_{min}$의 평균값은 각각 $165.53{\pm}4.32cGy$, $173.13{\pm}11.94cGy$, $184.13{\pm}8.04cGy$, $182.67{\pm}4.38cGy$으로 $D_{mean}$ $192.77{\pm}6.98cGy$, $196.7{\pm}4.01cGy$, $198.17{\pm}4.96cGy$, $195.77{\pm}3.15cGy$으로 측정되었다. 그리고 rescan 횟수가 늘어날수록 Homogeneity Index가 1에 가까워졌으며, beam on time은 평균 2분 15초, 3분 15초, 4분 30초, 5분 37초로 rescan 횟수가 증가할수록 치료시간이 증가되었다. 측정하는 과정에서 MU가 낮은 선량 layer에서는 설정한 rescan 횟수만큼 실제로 rescan하지 못하는 문제점이 발견되었다. 결 론: 장기 움직임이 있는 종양 치료 시 Layered Rescanning PBS을 적용했을 때 single scan PBS보다 균일한 선량분포를 확인할 수 있었다. 그리고 rescan 횟수가 증가할수록 균일한 선량분포를 보였다. single scan PBS와 12회 Layered rescanning 비교 시 HI 수치가 0.32 향상되었다. 추후 연구를 통하여 호흡동조 방사선치료가 불가능환자에게 적용이 가능할 것으로 사료된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제27권1호
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• pp.45-52
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• 2015

목 적 : 전립선암의 방사선치료는 치료기법에 따라 주요장기와 정상조직의 선량분포에 차이가 나타난다. 본 연구에서는 전립선암 환자의 수술 후 방사선치료 시 직장풍선을 삽입한 환자에게 회전수를 달리한 용적변조회전치료(volumetric modulated arc therapy, VMAT)계획과 세기변조방사선치료(intensity modulated radiation therapy, IMRT)계획을 각각 수립하여 선량분포 특성을 비교하고 치료의 효율성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 본원에서 전립선암 수술 후 방사선 치료를 시행한 10명의 환자를 대상으로 하였다. 직장풍선을 삽입한 환자의 CT영상을 3 mm 두께로 획득하고 Eclipse (Ver 11.0, Varian, Palo Alto, USA)를 사용하여 HD120MLC가 장착된 Truebeam STx (Varian, Palo Alto, USA)의 10 MV 에너지를 적용하였다. 환자마다 1 Arc, 2 Arc VMAT계획과 7조사면의 IMRT계획을 수립하였으며 각 치료계획의 선량체적제한과 plan normalization 값은 동일하게 적용하였다. 수립된 세 가지 치료계획을 평가하기위해 PTV의 coverage, conformity index (CI), homogeneity index (HI)를 비교하였고, PTV주변 정상조직의 선량퍼짐정도를 알아보기 위해 50% 등선량체적과 PTV체적의 비($R_{50%}$)를 산출하였다. 결정장기 (organ at risk, OAR)에서는 직장의 $D_{25%}$와 방광의 $D_{mean}$을 비교하였고 치료의 효율성을 평가하기 위해서 총 MU와 조사시간을 측정하였으며, 각 평가항목별 결과는 환자 10명의 평균값으로 비교분석하였다. 추가적으로 선량전달 정확도를 검증하기 위해 EPID를 이용한 portal dosimetry를 진행하였다. 결 과 : 각 치료계획에서 나타난 PTV coverage와 HI의 차이는 크지 않았지만 CI는 1A-VMAT, 2A-VMAT, 7F-IMRT에서 각각 1.036, 1.035, 1.230으로 VMAT에 비해 7F-IMRT가 높았고(p=0.00), $R_{50%}$는 3.083, 3.054, 3.991로 2A-VMAT이 제일 낮았고 7F-IMRT에서 가장 높게 나타났다(p=0.00). 치료계획에 따른 직장의 $D_{25%}$는 VMAT에서 비슷했지만 7F-IMRT가 약 7% 높게 나타났고(p=0.02), 방광의 $D_{mean}$은 큰 차이가 없었다(P>0.05). 총 MU는 1A-VMAT, 2A-VMAT, 7F-IMRT에서 각각 494.7, 479.7, 757.9로 7F-IMRT가 가장 많았고(p=0.00), 조사시간은 65.2초, 133.1초, 145.5초로 1A-VMAT이 확연히 짧았다(p=0.00). portal dosimetry 검증에서는 모든 치료계획에서 99.5% 이상의 gamma pass rate(2 mm, 2%)을 보였다(P=0.00). 결 론 : 본 연구결과 직장풍선을 삽입한 전립선암 환자의 수술 후 방사선치료 시, 치료기법에 따른 PTV coverage의 차이는 크지 않았지만 1A, 2A-VMAT이 7F-IMRT에 비해 정상조직과 직장선량을 낮추는데 효과적이었다. VMAT중에서는 $R_{50%}$와 MU가 2A-VMAT에서 다소 낮았지만 조사시간이 짧은 1A-VMAT이 치료에 더 효율적이며 환자의 치료 중 움직임 또한 줄일 수 있을 것으로 사료된다.