• 제목/요약/키워드: 3-D dose distribution

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Small sized lung SBRT 치료시 폐 실질 조직에서의 계획선량 전달 정확성 평가 (Evaluation of beam delivery accuracy for Small sized lung SBRT in low density lung tissue)

  • 오혜경;손상준;박장필;이제희
    • 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.

선량강도 조절법을 이용한 방사선치료에서 총선량에 관한 고찰 (A Study of Total Dose in Intensity Modulation Radiation Therapy)

  • 김성규
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제11권1호
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    • pp.85-90
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    • 2000
  • 방사선치료에서 치료의 효과는 총선량, 치료회수, 1회 조사선량 등에 의해서 결정된다. 선량강도조절법을 사용하여 방사선치료를 행할 때 치료회수나 1회 조사선량을 고려하여 총선량에 미치는 효과를 살펴보고자 한다. 방사선치료의 목적은 암조직에는 충분한 선량을 조사하면서 주위 정상 조직에는 최소한의 선량을 조사되게 하여 치료성적의 향상으로 암환자의 생존율과 삶의 질을 높이는데 목적이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 많은 연구자들이 여러 가지 방법으로 해결하고자 노력한 결과 CT의 영상을 치료계획에 이용할 수 있게 되어 three dimensional conformal radiation therapy(3DCRT)를 개발하였다. 선량강도조절법을 시행하여 총선량을 75, 80, 85, 90Gy를 조사할 때, 처음부터 선량강도조절법을 사용하여 치료하는 경우와 일차적으로 45Gy를 조사하고 boost를 조사할 때 나머지 선량을 선량강도조절 법으로 사용하는 것을 TDF 환산법을 사용하여 비교하였다. 처음부터 선량강도조절법으로 치료할 경우에는 총선량에서 약 12.5 - 15 Gy 정도 감해서 조사하여야 하는 것으로 나타났다.

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전산화단층모의치료기를 이용한 경기관지 근접치료환자의 치료계획에 관한 고찰 (A Study on a Comparative Analysis of 2D and 3D Planning Using CT Simulator for Transbronchial Brachytherapy)

  • 서동린;김대섭;백금문
    • 대한방사선치료학회지
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    • 제25권1호
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    • pp.69-75
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    • 2013
  • 목 적: 경기관지 근접치료에 이용되는 2차원 치료계획의 경우 환부를 확인하는 과정에서 종양의 위치 파악에 어려움이 있어 정확한 치료계획 분석이 어려울 수 있다. 이에 본 연구에서는 전산화단층모의치료기를 이용한 3차원 치료계획으로 환자의 치료계획을 비교 분석하고자 한다. 대상 및 방법: 2012년 6월 본원을 내원한 환자를 대상으로 전산화모의치료장비(Lightspeed RT, GE, USA)와 Oncentra Brachy planning system (Nucletron, Netherland)를 사용하여 3차원 치료계획을 시행하여 2차원 치료계획과 비교 분석하였다. 결 과: 분할 조사로 시행되는 경기관지 근접치료에서 매회 카테터의 위치 파악이 치료계획 상에서 확인 되었고, GTV 용적은 $3.5cm^3$, $3.3cm^3$로 확인 할 수 있었다. 또한 종양의 선량분포 파악이 용이하여 GTV에 대하여 첫 번째 치료 시 처방선량의 92%, 두 번째 치료 시 88%로 파악되어 선량전달 오차를 파악할 수 있었다. 결 론: 2차원 치료계획을 통한 근접치료의 문제점을 보완하기 위하여 치료용적과 선량분포의 정확한 파악과 분석이 가능한 3차원 치료계획으로 검증이 필요하고, 선량전달 오차를 정량적으로 파악하여 치료계획에 반영하는 과정이 필요하다고 생각된다.

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보상여과판을 이용한 비인강암의 전방위 강도변조 방사선치료계획 (Dose Planning of Forward Intensity Modulated Radiation Therapy for Nasopharyngeal Cancer using Compensating Filters)

  • 추성실;이상욱;서창옥;김귀언
    • Radiation Oncology Journal
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    • 제19권1호
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    • pp.53-65
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    • 2001
  • 목적 : 비인강암 환자의 국소제어율을 향상시키기 위한 목적으로 보상 여과판을 이용한 전방위 강도변조 방사선치료방법(intensity modulated radiation therapy : IMRT)을 계획하고 기존 3차원 입체조형치료방법과 비교하여 최적의 방사선치료방법을 모색하고자 한다. 대상 및 방법 : 3-차원 입체조형치료계획으로 치료받았던 비강암환자(T4N0M0) 1예를 선택하여 치료면의 굴곡과 뼈, 공동 등 불균질 조직으로 인하여 발생되는 표적체적의 선량분포를 균일하게 만들고 주변 정상장기의 손상을 최소화하기 위한 일차 입사선량의 강도 조절을 보상여과판으로 시행 하였다. 환자는 열변성 plastic mask로 고정시킨 후 치료조준용 CT Scan (PQ5000)을 이용하여 3 mm 간격으로 scan 하고 가상조준장치(virtual simulator)와 3차원 방사선치료계획 컴퓨터$(ADAC-Pinnacle^3)$를 이용하여 보상여과판을 제작하였다. 각 조사면을 세분한 소조사선(beamlet)의 강도 가중치(weighting)를 계산하고 가중치에 따른 선량 감약을 보상여과판의 두께로 환산하여 판별이 쉽도록 도표화하였다. 방사선 치료성과의 기준은 정량적으로 평가할 수 있는 선량체적표(dose volume histogram : DVH)와 종양억제확율(tumor control probability : TCP)및 정상조직 손상확율(normal tissue complication probability : NTCP)의 수학적 관계식을 이용하여 치료효과를 평가하였다. 결과 : 전방위 IMRT에서 계획용표적체적(planning target volume: PTV)내의 최소선량과 최대선량의 차이가 입체조형치료계획보다 약간 증가하였으며 평균선량은 강도조절치료계획에서 약 $10\%$, 더 높았고 전체 방사선량의 $95\%$가 포함되는 체적(V95)은 비교적 양쪽 설계방법에서 비슷한 양상을 보이고 있었다. 주위 건강장기들의 DVH에서 방사선에 민감한 장기인 시신경, 측두엽, 이하선, 뇌간, 척수, 측두하악골관절 등은 강도조절치료계획에서 많이 보호되었다. PTV의 종양제어확율은 입체조형치료계획과 강도변조치료계획에서 모두 비교적 균일하였으며 계획선량이 50 Gy에서 80 Gy로 증가함에 따라 TCP가 0.45에서 0.56으로 완만하게 증가하였다. 척수, 측두하악골 관절, 뇌간, 측두엽, 이하선, 시신경교차, 시신경 등 정상장기의 손상확율은 입체조형치료계획보다 강도조절치료계획에서 월등히 감소되었으며 특히 뇌간(brain stem)의 NTCP는 입체조형치료계획에서 보다 강도조절치료계획에서 훨씬 적은 값(0.3에서 0.15)으로 감소되었다. 계획선량의 증가에 따른 TCP와 NTCP를 입체조형치료계획과 강도조절치료계획에서 TCP는 공히 완만한 증가를 보였으나 NTCP값은 선량증가에 비례적으로 증가하였고 입체조형치료계획이 강도조절치료계획보다 월등히 증가하였다. 결론 : 보상여과판을 이용한 전방위 강도변조 방사선치료에서 PTV내의 선량 균일도의 개선은 없었지만 뇌간, 척수강 등 정상장기의 피폭을 줄일 수 있었다. 특히 인체표면의 굴곡이 심하거나 뼈, 동공 등으로 종양에 도달하는 방사선량분포가 균일하지 않을 경우 매우 유리한 치료방법이였다. 방사선치료성적을 평가함에 있어 DVH와 TCP, NTCP 등 수학적 척도를 이용함으로서 치료성과의 예측, 종양선량의 증가(dose escalation), 방사선수술의 지표 및 방사선치료의 질적 상황을 정량적 수치로 평가할 수 있어 방사선치료성과 향상에 기여할 수 있다고 생각한다.

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Deep Inspiration Breath Holding을 적용한 유방암 세기변조방사선치료 시 위치잡이오차 분석을 통한 선량 평가 (Dosimetric Comparison of Setup Errors in Intensity Modulated Radiation Therapy with Deep Inspiration Breath Holding in Breast Cancer Radiation Therapy)

  • 함일식;조평곤;정강교
    • 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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    • 제42권2호
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    • pp.137-143
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    • 2019
  • The aim of this study was analyzed the setup error of breast cancer patients in intensity modulated radiation therapy(IMRT) with deep inspiration breath holding(DIBH) and was analyzed the dose distribution due to setup error. A total of 45 breast cancer cases were performed a retrospective clinical analysis of setup error. In addition, the re-treatment planning was carried by shifting the setup error from the isocenter at the treatment. Based on this, the dose distribution of PTV and OARs was compared and analyzed. The 3D error for small breast group and medium breast group and large breast group were 3.1 mm and 3.7 mm and 4.1 mm, respectively. The difference between the groups was statistically significant(P=0.003). DVH results showed HI, CI for the PTV difference between standard treatment plan and re-treatment plan of 14.4%, 4%. The difference in $D_5$ and $V_{20}$ of the ipsilateral lung was 5.6%, 13% respectively. The difference in $D_5$ and $V_5$ of the heart of right breast cancer patients was 6.8%, 8% respectively. The difference in $D_5$, $V_{20}$ of the heart of left breast cancer patients was 7.2%, 23.5% respectively. In this study, there was a significant association between breast size and significant setup error in breast cancer patients with DIBH. In addition, it was found that the dose distribution of the PTV and OARs varied according to the setup error.

동적다엽콜리메이터를 이용한 세기변조방사선 치료 시 선량분포상의 선량률 변화에 따른 효과 (Effect of Dose Rate Variation on Dose Distribution in IMRT with a Dynamic Multileaf Collimator)

  • 임경달;제영완;윤일규;이제희;유숙현
    • 대한방사선치료학회지
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    • 제24권1호
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    • pp.1-10
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    • 2012
  • 목 적: 동적다엽콜리메이터를 이용한 세기변조방사선 치료 시 선량률 임의 변경 되었을 경우 선량 분포 차와 변화를 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 소조사야와 대조사야의 두 가지 세기변조방사선치료계획을 임상적 치료계획시스템(Eclipse, Varian, Palo Alto, CA)을 이용하여 계획하였다. 각각의 치료계획은 선량률 100, 400, 600 MU/min으로 변화시켜 조사야별 세 종류로 치료계획을 하였다. 측정기 2D-Array (2D-Array Seven729, PTW-Freiburg)는 측정 깊이 0.5 cm를 고려하여 위로 Solid water phantom ($30{\times}30{\times}4.5cm$)와 아래로 후방산란을 고려한 Solid water phantom 5 cm 사이에 위치 시켰다. MLC-120엽을 갖춘 에너지 6 MV 선형가속기(Clinac 21EX, Varian, Palo Alto, CA)를 사용하여 실험하였다. 첫 번째로 선량률 100, 400, 600 MU/min의 치료 계획한 것을 같은 선량률로 측정 하여 각각의 기준값을 얻었다. 1) 선량률 100 MU/min일 때 임의로 200, 300, 400, 500, 600 MU/min로 변화하고, 2) 400 MU/min일 때 100, 200, 300, 500, 600 MU/min으로 변화시켰으며, 3) 600 MU/min일 때 100, 200, 300, 400, 500 MU/min를 측정하였다. 끝으로 분석 프로그램(Verisoft 3.1, PTW-Freiburg)을 이용하여 기준 값과 선량률 변화 시의 선량차와 분포를 평가 하였다. 결 과: 치료 계획한 선량률 100 MU/min, 400 MU/min, 600 MU/min을 치료 계획한 대로 측정한 기준 값은 미세한 선량차를 보였고 선량분포도 일치하였다. 이를 기준 값으로 하여 소조사야에 대해 측정한 결과 100 MU/min에서는 200, 300, 400, 500, 600MU/min으로 변경하며 측정 시 -0.8, -1.1, -1.3, -1.5, -1.6%로 선량차가 있었으며, 400 MU/min (소조사야)에서 100, 200, 300, 500, 600 MU/min일 때 +0.9, +0.3, +0.1, -0.2, -0.2%의 선량변화가 있었고, 선량률 600 MU/min (소조사야)에서는 100, 200, 300, 400, 500 MU/min으로 변경 시 +1.4, +0.8, +0.5, +0.3, +0.2%로 나타났다. 다른 한편, 대조사야에서 100 MU/min(대조사야)는 -1.3, -1.6, -1.8, -2.0, -2.4%로 조금 더 큰 감소를 보였고, 400 MU/min (대조사야)는 +2.0, +1.8, +0.5, -1.2, -1.6%의 선량변화가 있었다. 600 MU/min (대조사야)에서는 +1.5, +1.9, +1.7, +1.9, +1.2%였다. 선량률 변화에 따른 선량 차는 -2.4~+2.0%로 측정되었다. 결 론: 120-MLC를 갖춘 선형가속기를 사용하여 측정한 세기변조방사선 치료 시 선량률 변화에 따른 선량분포는 거의 변화가 없었으며 선량 차는 ${\pm}3%$ 미만이었다.

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Monte Carlo Simulation of Phytosanitary Irradiation Treatment for Mangosteen Using MRI-based Geometry

  • Oh, Se-Yeol;Kim, Jongsoon;Kwon, Soon-Hong;Chung, Sung-Won;Kwon, Soon-Goo;Park, Jong-Min;Choi, Won-Sik
    • Journal of Biosystems Engineering
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    • 제39권3호
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    • pp.205-214
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    • 2014
  • Purpose: Phytosanitary irradiation treatment can effectively control regulated pests while maintaining produce quality. The objective of this study was to establish the best irradiation treatment for mangosteen, a popular tropical fruit, using a Monte Carlo simulation. Methods: Magnetic resonance image (MRI) data were used to generate a 3-D geometry to simulate dose distributions in a mangosteen using a radiation transport code (MCNP5). Microsoft Excel with visual basic application (VBA) was used to divide the image data into seed, flesh, and rind. Radiation energies used for the simulation were 10 MeV (high-energy) and 1.35 MeV (low-energy) for the electron beam, 5 MeV for X-rays, and 1.25 MeV for gamma rays from Co-60. Results: At 5 MeV X-rays and 1.25 MeV gamma rays, all areas (seeds, flesh, and rind) were irradiated ranging from 0.3 ~ 0.7 kGy. The average doses decreased as the number of fruit increased. For a 10 MeV electron beam, the dose distribution was biased: the dose for the rind where the electrons entered was $0.45{\pm}0.03$ kGy and the other side was $0.24 {\pm}0.10$ kGy. Use of an electron kinetic energy absorber improved the dose distribution in mangosteens. For the 1.35 MeV electron beam, the dose was shown only in the rind on the irradiated side; no significant dose was found in the flesh or seeds. One rotation of the fruit while in front of the beam improved the dose distribution around the entire rind. Conclusion: These results are invaluable for determining the ideal irradiation conditions for phytosanitary irradiation treatment of tropical fruit.

Practical Virtual Compensator Design with Dynamic Multi-Leaf Collimator(dMLC) from Iso-Dose Distribution

  • Song, Ju-Young;Suh, Tae-Suk;Lee, Hyung-Koo;Choe, Bo-Young;Ahn, Seung-Do;Park, Eun-Kyung;Kim, Jong-Hoon;Lee, Sang-Wook;Yi, Byong-Yong
    • 한국의학물리학회:학술대회논문집
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    • 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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    • pp.129-132
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    • 2002
  • The practical virtual compensator, which uses a dynamic multi-leaf collimator (dMLC) and three-dimensional radiation therapy planning (3D RTP) system, was designed. And the feasibility study of the virtual compensator was done to verify that the virtual compensator acts a role as the replacement of the physical compensator. Design procedure consists of three steps. The first step is to generate the isodose distributions from the 3D RTP system (Render Plan, Elekta). Then isodose line pattern was used as the compensator pattern. Pre-determined compensating ratio was applied to generate the fluence map for the compensator design. The second step is to generate the leaf sequence file with Ma's algorithm in the respect of optimum MU-efficiency. All the procedure was done with home-made software. The last step is the QA procedure which performs the comparison of the dose distributions which are produced from the irradiation with the virtual compensator and from the calculation by 3D RTP. In this study, a phantom was fabricated for the verification of properness of the designed compensator. It is consisted of the styrofoam part which mimics irregular shaped contour or the missing tissues and the mini water phantom. Inhomogeneous dose distribution due to the styrofoam missing tissue could be calculated with the RTP system. The film dosimetry in the phantom with and without the compensator showed significant improvement of the dose distributions. The virtual compensator designed in this study was proved to be a replacement of the physical compensator in the practical point of view.

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Evaluation of electron dose distribution obtained from ADAC Pinnacle system against measurement and Monte Carlo method for breast patients

  • Lee, S.;Lee, R.;Park, D.;S. Suh
    • 한국의학물리학회:학술대회논문집
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    • 한국의학물리학회 2003년도 제27회 추계학술대회
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    • pp.82-82
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    • 2003
  • Introduction: With the development of dose calculation algorithms for electron beams, 3D RTP systerns are available for electron beam dose distribution commercially. However, no studies evaluated the accuracy of dose calculation with ADAC Pinnacle system for electron beams. So, the accuracy of the ADAC system is investigated by comparing electron dose distributions from ADAC system against the BEAMnrc/DOSXYZnrc. Methods: A total of 33 breast cancer patients treated with 6, 9, and 12MeV electrons in our institution was selected for this study. The first part of this study is to compare the dose distributions of measurement, TPS and the BEAMnrc/DOSXYZnrc code in flat water phantom at gantry zero position and for a 10 ${\times}$ 10 $\textrm{cm}^2$ field. The second part is to evaluate the monitor unit obtained from measurement and TPS. Adding actual breast patient's irregular blocks to the first part, monitor units to deliver 100 cGy to the dose maximum (dmax) were calculated from measurement and 3D RTP system. In addition, the dose distributions using blocks were compared between TPS and the BEAMnrc/DOSXYZnrc code. Finally, the effects of tissue inhomogeneities were studied by comparing dose distributions from Pinnacle and Monte Carlo method on CT data sets. Results: The dose distributions calculated using water phantom by the TPS and the BEAMnrc/ DOSXYZnrc code agreed well with measured data within 2% of the maximum dose. The maximum differences of monitor unit between measured and Pinnacle TPS in flat water phantom at gantry zero position were 4% for 6 MeV and 2% for 9 and 12 MeV electrons. In real-patient cases, comparison of depth doses and lateral dose profiles calculated by the Pinnacle TPS, with BEAMnrc/DOSXYZnrc code has generally shown good agreement with relative difference less than +/-3%. Discussion: For comparisons of real-patient cases, the maximum differences between the TPS and BEAMnrc/DOSXYZnrc on CT data were 10%. These discrepancies were due in part to the inaccurate dose calculation of the TPS, so that it needs to be improved properly. Conclusions: On the basis of the results presented in this study, we can conclude that the ADAC Pinnacle system for electron beams is capable of giving results absolutely comparable to those of a Monte Carlo calculation.

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Spinal Cord Partial Block Technique Using Dynamic MLC

  • Cho, Sam-Ju;Yi, Byong-Yong;Back, Geum-Mun;Lee, Sang wook;Ahn, Seung-Do;Kim, Jong-Hoon;Kwon, Soo-Il;Park, Eun-Kyung
    • 한국의학물리학회:학술대회논문집
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    • 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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    • pp.138-140
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    • 2002
  • The spinal cord dose is the one of the limiting factor for the radiation treatment of the head & neck (H&N) or the thorax region. Due to the fact that the cord is the elongated shaped structure, it is not an easy task to maintain the cord dose within the clinically acceptable dose range. To overcome this problem, the spinal cord partial block technique (PBT) with the dynamic Multi-Leaf Collimator (dMLC) has been developed. Three dimension (3D) conformal beam directions, which minimize the coverage of the normal organs such as the lung and the parotid gland, were chosen. The PBT field shape for each field was designed to shield the spinal cord with the dMLC. The transmission factors were determined by the forward calculation method. The plan comparisons between the conventional 3D conformal therapy plan and the PTB plan were performed to evaluate the validity of this technique. The conformity index (CI) and the dose volume histogram (DVH) were used as the plan comparison indices. A series of quality assurance (QA) was performed to guarantee the reliable treatment. The QA consisted of the film dosimetry for the verification of the dose distribution and the point measurements. The PBT plan always generated better results than the conventional 3D conformal plan. The PBT was proved to be useful for the H&N and thorax region.

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