• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제8권1호
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• pp.17-24
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• 1997

선형가속기를 이용한 뇌정위 방사선수술을 시행하기 위하여 PC에서 실행 가능한 치료 계획시스템을 개발하였다. 128 MB RAM 용량의 Pentium Pro 200 MHz의 PC에서 Windows 95를 기반으로 하였으며, Research Systems사의 프로그램 제작 툴인 IDL을 이용하여 프로그래밍 하였다. Brown-Robert-Wells(BRW) 정위틀을 두개골에 고정한 후 전산화단층촬영을 시행하여 얻은 영상데이터를 광자기디스크를 이용하여 PC에서 입력받을 수 있도록 인터페이스를 구축하였다. 영상데이터를 입력시킨 후 각 단면영상에서의 정위틀의 위치를 자동으로 인식하고 정위좌표계를 설정하여 단변영상의 좌표, 기울어짐, 축소율 등을 정확히 계산하여 보정할 수 있다. 좌표계의 설정이 이루어지면 각 단면에서 표적 및 방사선 민감 조직들의 외곽선을 입력, 수정한다. 외곽선의 입력이 종료되면 표적의 중심이 결정되고 방사선 수술을 위한 빔의 설계한다. 빔 설계의 효율성을 위하여 Beam's eye view(BEV) 및 Room's eye view(REV)를 동시에 확인할 수 있도록 개발하였다. 빔의 설계가 끝나면 3 차원적인 선량계산을 시행한다 .5개의 arc로 설계하였을 때 선량계산에 소요되는 시간은 약 1-2 분이었다. 선량분포는 각 단면영상에서 확인할 수 있으며 표적 및 주변 방사선 민감 조직들의 Dose-Volume Histogram(DVH)을 평가하여 선량분포 및 치료계획의 합리성을 정량적으로 분석할 수 있도록 구현하였다. 기본적인 기능을 지원하는 PC 기반의 뇌정위 방사선수술을 위한 치료계획시스템으로 앞으로 임상적용이 가능할 것으로 생각된다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제9권11호
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• pp.280-288
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• 2009

본 연구는 3차원 볼륨렌더링 영상의 체적변화를 위한 정밀한 모형을 고안, 제작하고 방사선치료계획 시스템의 재구성 과정에서 모형의 길이, 면적, 부피에 대한 변화를 평가하고자 하였다. 모형을 이용한 표준화된 전산화치료조준계획을 절편두께 1.25, 2.5, 5, 10mm로 시행한 후 3차원 재구성 영상을 절편두께와 모형의 형태에 따라 스캔방향(X), 두께(Y), 테이블 이동거리(Z), 면적(A), 부피(V)에 대한 변화와 분석자간 측정편차 및 최소값과 최대값을 측정하였다. 모형의 횡단면을 재구성한 3차원 볼륨렌더링 영상에서 절편두께가 1.25mm와 2.5mm에서 모형의 형태에 따라 X, Y, Z축 방향으로 최대 0.13cm(p<0.05)의 감소를 보였고 길이, 면적, 부피에 대하여 0.1cm, $0.8cm^2$, $3.99cm^3$(p<0.05) 정도의 감소를 보여 모형과 매우 근접한 영상을 획득하였다. 그러나 절편두께 5mm, 10mm에서 절편두께와 스캔 단면적이 증가하고 원형의 모형일수록 X, Y, Z축 방향으로 최대 0.58cm(p<0.05)의 감소를 보였고 길이, 면적, 부피에 대하여 최대 0.45cm, $8.21cm^2$, $11.03cm^3$(p<0.05)의 감소를 보였다. 모형을 이용한 방사선치료계획의 3차원 볼륨렌더링 영상의 절편두께와 모형의 형태에 따라 체적의 변화가 다양하게 발생하였으며 전산화치료조준계획을 시행할 경우 절편두께가 3mm 이하일 때 임상적으로 적절한 3차원 볼륨렌더링 영상을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제25권4호
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• pp.249-260
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• 2007

목적: 국내에서 시행되고 있는 세기변조 방사선 치료(IMRT)의 품질 향상을 위하여, 우편으로 시행하는 원격 품질보증 시스템을 개발하고, 이 시스템의 정확성 확인에 이어서, 국내 의료기관에서 타당성을 검증한다. 대상 및 방법: 원격 품질 보증 시스템은 두경부 팬톰과 IMRT의 치료계획 지침을 포함하는 사용자 설명서로 구성되어 있다. 두경부 용 팬톰은 내부에 CT영상에서 분별이 가능한 모사 치료표적(target)과 3개의 위험장기(좌, 우 이하선, 척추)를 포함하고 있으며, 각 모사 장기의 중심에서 열형광 소자(TLD)를 삽입하여 흡수 선량을 측정하도록 구성되어있다. 또한 2차원상의 선량분포를 확인 가능하도록 Gafchromic@EBT 필름을 2개의 평면에 삽입하도록 고안하였다. 고안된 팬톰과 사용자 설명서를 국내의 4개 기관에 보내어, 팬톰에 대한 IMRT치료계획을 수행하고 치료를 시행하였다. 치료계획 시 예측된 치료표적과 위험장기 내의 각 TLD에서 예측되는 절대 선량과 TLD의 측정값을 비교하였고, 횡단면에서 면의 중심을 지나는 2개의 직교하는 수평선과 수직선상에서 예측되는 상대적인 선량분포 값과 실제 측정값을 비교하였다. 결 과: 치료 표적에서의 선량측정 값은 모두 치료계획시의 예측값과 3% 오차 안에서 일치하였으나(평균오차, 1.5%), 좌우 이하선에 해당하는 위험장기에서는 최소 3.3%최대 19.8%의 차이를 보였다. 척추에 해당하는 위험장기에서의 오차의 범위는 $0.7{\sim}1.4%$였다. 2차원 선량분포는 3개 기관에 대한 자료를 분석하였는데, 직선상에서 예측 값과 5%이상의 차이를 보이는 비율이 수평선에서는 $7{\sim}27%$, 수직선상에서는 $7{\sim}14%$였다. 결 론: 본 연구에서 개발한 IMRT치료의 원격 품질보증 시스템과 사용자 설명서는 국내 시행이 가능한 상태로 판단된다. 그러나, 시행 시에 치료표적에서의 오차는 크지 않을 것으로 예상이 되지만, 위험장기에서의 오차는 클 것으로 예상되며, 이에 대한 방안이 마련돼야 할 것이며, 또한 임상의 중요성과 연관해 의미 있는 2차원 선량분포의 기준 마련이 요구된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.315-315
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• 2010

양성자 빔을 이용하여 두경부 암 치료를 South Africa의 iTHEMBA에서 시행하고 있다. 200 MeV의 양성자 빔라인으로부터 진공에서 대기로 인출하여 노즐을 통과하여 종양세포에 조사된다. 치료계획에 적합하게 빔에너지와 모양을 변환하고, 빔을 모니터링하는 기계적 장치들이 노즐에 구성된다. 빔라인에는 이온챔버, Steering Magnet, Multi-wire 이온챔버, Range trimmer plates, lead scattering plate, Double-wedge energy degrader, Multi-layer Faraday cup, Range modulator, Range monitor, occluding ring, Shielding collimators, Quadrant and monitor ionization chamber, Treatment collimator, 그리고 Wellhofer dosimetry tank로 구성되어 있다. 총길이는 6.6m이며 노즐 끝에서 환자의 isocenter 까지는 30cm 정도 아래에 위치한다. 상기의 배치를 갖는 시스템의 양성자 scattering system의 성능을 MCNPX v2.5.0 Monte Carlo simulation을 실시하였다. 또한 정확한 선량을 실시간으로 측정하는 방법인 투과형 검출기를 개발하여 치료와 빔 특성을 동시에 수행하는 기술개발연구가 보고되고 있다. 본 연구에서는 Multileaf Faraday Cup (MLPC) 검출기 설계구조와 데이터 측정방법에 관한 연구를 수행하고자 한다. 빔의 전송 방향으로 3개층의 $4{\times}4$ 배열의 구조로 48 channel의 전류값을 측정하여 입자빔의 분포를 실시간으로 관측하고, 측정된 전류는 ADC를 거쳐 치료계획에 의해 선택된 영역의 SOBP를 유지하도록 range modulation propeller를 조절하는 feed-back system을 갖춘 방사선치료빔 실시간 측정장치 개발에 관한 결과를 보고하고자 한다.

• 대한방사선방어학회:학술대회논문집
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• 대한방사선방어학회 2011년도 추계 학술발표회 및 심포지엄
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• pp.210-211
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• 2011

• 대한방사선치료학회지
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• 제26권2호
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• pp.321-327
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• 2014

목 적 : FFF(Flatterning Filter Free)빔을 이용한 방사선치료계획 시 불균질 부위에서 TPS상의 선량분포와 실제측정 선량분포를 비교하여 TPS의 선량계산 알고리즘 AAA(Analytic anisotropic algorithm)의 불균질부 교정의 정확성을 검증하려한다. 대상 및 방법 : Solid water팬텀과 Cork, 파라핀으로 자체 제작한 흉부종양팬텀을 이용하여 종양의 위치별(반도형태/섬형태), 크기별 ($2cm{\time}2cm{\time}2cm/4cm{\time}4cm{\time}4cm$)로 각각 치료계획용 CT영상을 획득한 후, 본원의 흉부 SABR 치료계획시스템인 Ecilpse의 AAA(Analytic anisotropic algorithm)을 이용하여 6MV 광자선 치료계획을 수립하였다. 본원의 TrueBeam STx(Varian medical system, Palo Alto, CA)를 이용하여 완성된 치료계획에 따라 EBT2 필름을 삽입한 자체제작 흉부종양팬텀에 방사선을 조사하였고, 종양내부 및 경계부에서의 치료계획 선량값과 실제팬텀측정 선량값을 비교 평가 해보았다. 결 과 : 타겟내 중심측에서는 TPS상의 선량값과 측정값의 차이가 1.28~2.7%로 나타났으며, 불균질부를 포함한 타겟의 경계부들에서는 Ant측면에서 2.02%~7.40%, Post측면 4.46%~14.84%, Rt측면 0.98%~7.12%, Lt측면 1.36%~4.08%, Sup측면 2.38%~4.98%, Inf측면 0.94%~3.54%로 차이가 났다. 결 론 : 본 연구를 통하여 불균질부 SABR치료 시 FFF빔의 특성과 불균질부의 영향으로 인한 선량계산의 오차가 생길 가능성이 있음을 알게 되었다. 최신의 방사선 치료방법 중 가장 각광받고 있는 SABR치료는 환자에게 적은 횟수로 고선량의 방사선을 조사하기 때문에 고도의 정확성이 요구되는 만큼 불균질부와 같은 장기특성과 FFF빔의 선량분포의 특성을 더욱 연구하여 치료계획 알고리즘에 적용해야 치료계획 시 발생하는 오류를 최소화 하여 최적의 치료를 시행할 수 있을 것이다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제25권1호
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• pp.1-8
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• 2013

목 적: 체내에서 광자선은 에너지에 따라 다른 선량분포 특성을 보이기 때문에 치료계획 시 적절한 에너지 선택이 중요하다. 두경부암 세기변조방사선치료(intensity modulated radiation therapy, IMRT)는 주로 저에너지 광자선을 사용하는데, 본 연구에서는 후사방향 조사면에 부분적으로 고에너지 광자선을 사용하였을 때 치료계획에 미치는 영향을 알아보고자 한다. 대상 및 방법: 본원에서 두경부암 세기변조방사선치료를 시행한 10명(nasopharyngeal carcinoma 5, tonsilar carcinoma 5)의 환자를 대상으로 하였다. 동일한 조건하에 환자의 CT영상을 3 mm 두께로 획득하고 치료계획시스템은 Eclipse (Ver 7.1, Varian, Palo Alto, USA)를 사용하였다. 환자마다 8개 조사면으로 6 MV 에너지를 사용한 치료계획(low energy plan, LEP)과 상대적으로 투과 깊이가 깊은 후사방향의 2개 조사면에서 15 MV 에너지를 사용한 치료계획(partially used high energy plan, PHEP)을 각각 수립하였으며, 다른 치료계획조건들과 plan normalization은 동일하게 적용하였다. 수립된 치료계획을 평가하기 위해서 계획표적체적(planning target volume, PTV)의 coverage, conformity index (CI), homogeneity index (HI)를 비교하였고 양측 이하선의 $D_{mean}$, $D_{50%}$와 뇌척수의 $D_{max}$, $D_{1%}$ 그리고 integral dose (ID)를 비교하였다. 특히, 후경부의 정상조직선량을 비교하기 위해 posterior-normal tissue volume (P-NTV)을 설정하고 dose volume histogram (DVH)을 통해서 $D_{mean}$, $V_{20Gy}$, $V_{25Gy}$를 평가하였으며, 또한 총 monitor unit (MU)의 변화를 비교하였다. 결 과: LEP와 PHEP 사이에서 PTV의 coverage 그리고 CI의 차이는 크지 않았고, HI는 변화없이 전체적으로 동일하게 나타났다. 뇌척수의 선량변화는 크지 않았지만 양측 이하선의 $D_{mean}$, $D_{50%}$ 그리고 ID는 PHEP에서 각각 0.6%, 0.7%, 1.1% 감소하였다. P-NTV의 $D_{mean}$, $V_{20Gy}$, $V_{25Gy}$는 PHEP에서 각각 1.6%, 1.8%, 2.9% 감소하였고, 총 MU도 평균 1.8% 감소하였다. 결 론: 본 연구결과 후사방향에서 부분적으로 고에너지를 사용한 치료계획에서 일부 결정장기(organ at risk, OAR)와 정상조직의 선량, 그리고 총 MU를 감소시키는 효과가 있었다. 이런 효과가 환자에게 임상적으로 얼마나 이로운지는 명확하지 않지만, 두경부암 세기변조방사선치료 계획 시 부분적으로 고에너지 광자선을 사용하는 것은 치료계획의 전반적인 질을 개선하는 데 유용 할 것으로 본다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제24권2호
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• pp.85-91
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• 2013

초고압 전산화단층촬영(megavoltage computed tomography, MVCT)이 단층치료(Tomotherapy) 환자의 치료 자세 교정 방법으로 사용되고 있다. MVCT는 부가적인 방사선 피폭뿐만 아니라 전체 치료 시간이 길어지는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점 해결을 위해 비디오 영상기반 환자 치료 자세 교정 시스템(video image-guided setup system, VIGS)을 개발했다. 단층치료 장치내 갠트리에 직각으로 2대의 비디오 카메라를 장착하고 이로부터 얻은 영상을 이용하여 환자의 자세 오차를 측정하는 프로그램을 자체 개발했다. 개발된 시스템은 사용자에 의해 정의된 관심 영역에서의 에지 검출(edge detection) 결과를 기반으로 자동 정합을 통해 자세 오차를 찾도록 고안되었다. 두경부 환자를 묘사하기 위해 휴먼 팬톰을 이용하여 컴퓨터 단층 치료계획 영상을 획득한 후 전산화 치료계획을 수행했다. 실제 치료 상태를 재현하기 위해 고정 용구를 이용하여 팬톰을 고정했으며 전산화치료계획 결과로 부터 팬톰 자세 검증을 위한 기준 MVCT 영상을 획득했다. 팬톰을 치료 위치에 위치시킨 후 MVCT 영상을 얻고 이를 기준 MVCT영상과 비교하여 치료계획시와 동일환 자세가 되도록 위치를 교정했다. 교정된 자세에서 VGIS를 이용하여 기준 비디오 영상을 획득했다. 10회 걸쳐 MVCT 영상을 이용한 자세 교정과 VIGS를 이용한 비디오 영상기반 자세 교정을 각각 수행하여 두 방법간의 교정 값 차이(상관 분석)와 분석 시간을 비교했다. 팬톰 위치 교정 시간은 VIGS 시스템($41.7{\pm}11.2$ seconds)이 MVCT 방법($420{\pm}6$ seconds)에 비해 현저히 적게 조사됐다(p<0.05). 하지만 두 방법간의 위치 오차 분석 결과 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다(x=0.11 mm, y=0.27 mm, z=0.58 mm, p>0.05). VIGS시스템이 짧은 시간에 정확한 위치 오차 감지 능력을 보여 이의 개발이 단층치료의 절차를 효율적으로 개선하는데 효과적일 것으로 생각된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제31권1호
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• pp.7-15
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• 2019

목 적: 본 연구에서는 lung SBRT가 적용되는 작은 계획 표적 용적(PTV)에 처방 선량이 정확히 전달되는지 실험을 통하여 알아보고자 한다. 치료계획 시스템에서 계산된 선량분포와 실험을 통하여 필름에 측정된 선량분포를 비교 분석하여 정확성을 평가해보고, 폐 실질 조직 내에서 계획 표적 용적의 margin 유용성 평가를 하고자 한다. 대상 및 방법: CT 촬영으로 얻은 Rando phantom 3D 영상의 우측 폐에 직경 2, 3, 4, 5 cm인 가상의 구 표적을 만들어 계획 표적 용적에 처방선량의 95 %가 전달될 수 있도록 6MV-FFF VMAT Arc 2개로 치료계획을 수립하였으며, Eclipse TPS와 동일한 위치에서 선량 비교하기 위해서, 필름을 가상 표적의 회전중심점에 횡단면 방향으로 삽입하고 방사선을 조사하였다. Dose profile을 Eclipse에서 획득하고, 측정값과 계산값을 비교하기 위해 Center point에서의 절대 선량값을 계산하였으며, off-axis 선량 분포를 얻어 RMSE, Coverage ratio 등 비교 인자를 통해 상대 선량 및 선량분포를 비교 분석하였다. 결 과: 직경 2, 3, 4, 5 cm 크기별로 center point에서의 %difference 값은 직경 2 cm에서 -4.65 %로 가장 차이가 큰 값을 보였고, 직경 5 cm일 때 -1.46 %로 가장 차이가 작은 값을 보였다. RMSE값은 직경 2 cm일 때 3.43으로 가장 큰 값을 보였고. 직경 5 cm일 때 2.85로써 가장 작은 값을 보였다. 표적 커버리지를 비교하기 위해 처방선량 95 %가 들어가는 용적의 길이($D_{95}$)를 구하였고, 직경 2 cm일 때, TPS와 필름에서 각각 2.02 cm, 1.86 cm로 커버리지 비율이 92 %로 나타났고 가장 큰 차이를 보였다. 또한 계획 표적 용적 100% 이내에 들어가는 평균선량($D_{mean}$)을 비교했을 때, 직경 2 cm 인 경우 측정 평균선량이 95.72 %로 가장 낮은 값을 보였다. 결 론: 본 연구에서는 실험을 통하여 작은 계획 표적 용적에 처방 선량이 충분히 전달되는지 알아보았다. 실험 결과 모든 비교 인자에서 직경 2 cm인 용적이 가장 큰 차이를 보였다. 이는 표적 용적 중심에서의 선량 감소가 주요인이라 판단된다. 따라서 선량계산 시스템에서 저밀도 조직 내의 작은 용적 치료 계획시 2 mm 이상의 마진(margin)을 더 두거나, 치료 계획 최적화(optimization)시 최대선량을 제한하지 않는 방법으로 표적 내 중심 선량을 높일 수 있을 것이라 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제24권2호
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• pp.127-132
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• 2013

환자 호흡할 때 흉 복부 내부에 있는 장기의 위치는 주기적으로 변한다. 이에 따라 방사선치료 동안 종양에 대한 선량불확도가 발생하게 되며, 불확도를 줄이기 위한 여러 방사선치료방법이 제시되고 있다. 호흡연동방사선치료는 특정 위상 또는 진폭에만 방사선을 조사하는 방법으로 불필요한 피폭선량은 줄일 수 있는 장점이 있지만 긴 치료 시간과 노력이 필요하다는 단점이 있다. 호흡연동방사선치료 중 회전세기조절방사선치료(respiratory gated Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)는 다른 호흡연동치료시스템에 비해 치료 시간이 짧다는 장점이 있기 때문에 본 연구는 respiratory gated VMAT 치료 선량의 정확성을 검증하여 임상 적용의 적절성을 평가하고자 한다. 본 연구는 총 6개의 VMAT 치료계획(Eclipse, ver. 8.6, Palo Alto, USA)을 토대로 수행되었으며, 각각의 치료계획은 AAA 알고리즘을 이용해서 선량이 계산되었다. 환자의 호흡운동을 구현하기 위해 환자 테이블 위에 1차원운동팬텀이 사용되었으며, 영상 기반 추적 시스템(Real-time Position Management, RPM, Varian Medical Systems, Palo Alto, USA)을 통해 운동 주기 신호를 획득하였다. 또한, 2차원-이온함-배열(MatriXX, IBA, Germany) 측정기를 이용하여 특정 호흡 신호 위상에 따른 전달 선량을 측정하였다. 측정된 선량과 치료 계획된 선량을 정성적인 분석을 위해 상용화되어 있는 선량분석용 프로그램(I'mRT, IBA, Germany)을 통해 2차원 선량분포를 0에서 1사이의 감마지표(Gamma index) 비교 결과 모든 케이스에서 97% 이상의 일치함을 확인하였다. 따라서 호흡연동 회전세기조절 방사선치료는 호흡연동방사선치료의 단점인 시간적인 제약을 일정 부분 해소할 수 있었으며 2차원 선량분포 비교 결과 오차값 3%이내의 정확도에서 환자정도관리 수준을 만족하였고 임상적용이 가능함을 확인하였다.