• Radiation Oncology Journal
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• 제34권4호
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• pp.313-321
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• 2016

Purpose: Total scalp irradiation (TSI) is a rare but challenging indication. We previously reported that non-coplanar intensity-modulated radiotherapy (IMRT) was superior to coplanar IMRT in organ-at-risk (OAR) protection and target dose distribution. This consecutive treatment planning study compared IMRT with volumetric-modulated arc therapy (VMAT). Materials and Methods: A retrospective treatment plan databank search was performed and 5 patient cases were randomly selected. Cranial imaging was restored from the initial planning computed tomography (CT) and target volumes and OAR were redelineated. For each patients, three treatment plans were calculated (coplanar/non-coplanar IMRT, VMAT; prescribed dose 50 Gy, single dose 2 Gy). Conformity, homogeneity and dose volume histograms were used for plan. Results: VMAT featured the lowest monitor units and the sharpest dose gradient (1.6 Gy/mm). Planning target volume (PTV) coverage and homogeneity was better in VMAT (coverage, 0.95; homogeneity index [HI], 0.118) compared to IMRT (coverage, 0.94; HI, 0.119) but coplanar IMRT produced the most conformal plans (conformity index [CI], 0.43). Minimum PTV dose range was 66.8%-88.4% in coplanar, 77.5%-88.2% in non-coplanar IMRT and 82.8%-90.3% in VMAT. Mean dose to the brain, brain stem, optic system (maximum dose) and lenses were 18.6, 13.2, 9.1, and 5.2 Gy for VMAT, 21.9, 13.4, 14.5, and 6.3 Gy for non-coplanar and 22.8, 16.5, 11.5, and 5.9 Gy for coplanar IMRT. Maximum optic chiasm dose was 7.7, 8.4, and 11.1 Gy (non-coplanar IMRT, VMAT, and coplanar IMRT). Conclusion: Target coverage, homogeneity and OAR protection, was slightly superior in VMAT plans which also produced the sharpest dose gradient towards healthy tissue.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제17권1호
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• pp.24-31
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• 2006

유방암 환자의 방사선치료에 있어 치료도중(intrafractional) 및 분할 치료 간(intefractional)에 발생되는 오차를 측정하는 자동분석소프트웨어를 개발하였다. 오차 분석 결과는 3차원 입체조형 방사선치료를 임상에 적용하기에 앞서 적절한 치료계획용적(Planning Target Volume, PTV)을 설정하는 데 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 전자포탈영상장치(Electrical Portal imaging Device, EPID)로써 Portal Vision LC250 액체 충전형 이온화 검출기를 사용하였다(fast frame-averaging 모드, 초당 1.4 프레임, 256X256 픽셀). 12명의 환자에 대해 최소 7일 이상씩 영상을 획득하였다. 매 치료마다 평균 8 내지 9개의 영상을 각 빔에 대해 얻었다(분당 400 MU 선량률). 총 2,931 (720 측정을 포함하는)개의 영상을 정량적으로 분석할 수 있는 자동화 영상 분석 소프트웨어를 개발하였다. 이를 통해 호흡으로 인해 발생하는 치료도중 오차와 분할 치료간 발생하는 분할치료오차의 표준편차($\sigma$)들을 계산하였다. 신뢰 구간 95%로 임상표적체적(Clinical Target Volume, CTV)을 포함할 수 있는 PTV 마진은 $2\;(1.96\;{\sigma})$으로 계산되었다. 주로 호흡으로 인해 유발되는 치료도중오차를 보상하기 위해 필요한 PTV 마진은 2 mm에서 4 mm이었다. 반면에 분할 치료간 오차를 보상하기위해 필요한 PTV 마진은 7 mm에서 31 mm이었다. 12명의 환자에 대한 전체 평균오차는 17 mm이었다. 분할치료 간 오차는 호흡에 의해 유발되는 치료도중 오차에 비해 2배에서 15배까지 더 크게 나타났다. 유방암 치료에 있어 3차원 입체정형조사나 세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)를 적용하기에 앞서 반드시 셋업 오차의 크기를 측정하여 PTV에 적절히 반영되어야 한다. 유방에 대한 3차원 입체정형조사나 세기조절방사선치료를 위해 반드시 필요한 것은 아니지만, 큰 PTV 마진을 줄여주기 위해서는 영상유도방사선치료(Image Guided Radiation Therapy, IGRT)가 매우 유용하게 이용될 수 있다. 전자포탈영상장치 들은 본 보고서에서 기술한 바와 같은 자동분석소프트웨어를 반드시 포함하여야 한다. 이를 통해 수많은 EPID 영상들을 자동화 처리하고 오차분석을 시행함으로써 각 병원의 임상적용 방법 및 환경에 따라 상이하게 나타날 수 있는 오차의 크기를 감안한 적절한 PTV마진을 구하는데 도움을 얻을 수 있다. 이러한 장치들은 또한 최소의 노력으로 환자 치료를 관찰할 수 있는 귀중한 정보를 제공해 준다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제30권1호
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• pp.1-6
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• 2019

Purpose: This study conducts a comparative evaluation of the skin dose in CyberKnife (CK) and Helical Tomotherapy (HT) to predict the accurate dose of radiation and minimize skin burns in head-and-neck stereotactic body radiotherapy. Materials and Methods: Arbitrarily-defined planning target volume (PTV) close to the skin was drawn on the planning computed tomography acquired from a head-and-neck phantom with 19 optically stimulated luminescent dosimeters (OSLDs) attached to the surface (3 OSLDs were positioned at the skin close to PTV and 16 OSLDs were near sideburns and forehead, away from PTV). The calculation doses were obtained from the MultiPlan 5.1.2 treatment planning system using raytracing (RT), finite size pencil beam (FSPB), and Monte Carlo (MC) algorithms for CK. For HT, the skin dose was estimated via convolution superposition (CS) algorithm from the Tomotherapy planning station 5.0.2.5. The prescribed dose was 8 Gy for 95% coverage of the PTV. Results and Conclusions: The mean differences between calculation and measurement values were $-1.2{\pm}3.1%$, $2.5{\pm}7.9%$, $-2.8{\pm}3.8%$, $-6.6{\pm}8.8%$, and $-1.4{\pm}1.8%$ in CS, RT, RT with contour correction (CC), FSPB, and MC, respectively. FSPB showed a dose error comparable to RT. CS and RT with CC led to a small error as compared to FSPB and RT. Considering OSLDs close to PTV, MC minimized the uncertainty of skin dose as compared to other algorithms.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제27권4호
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• pp.203-212
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• 2016

Dose differences between three-dimensional (3D) and four-dimensional (4D) doses could be varied according to the geometrical relationship between a planning target volume (PTV) and an organ at risk (OAR). The purpose of this study is to evaluate the correlation between the overlap volume histogram (OVH), which quantitatively shows the geometrical relationship between the PTV and OAR, and the dose differences. 4D computed tomography (4DCT) images were acquired for 10 liver cancer patients. Internal target volume-based treatment planning was performed. A 3D dose was calculated on a reference phase (end-exhalation). A 4D dose was accumulated using deformation vector fields between the reference and other phase images of 4DCT from deformable image registration, and dose differences between the 3D and 4D doses were calculated. An OVH between the PTV and selected OAR (duodenum) was calculated and quantified on the basis of specific overlap volumes that corresponded to 10%, 20%, 30%, 40%, and 50% of the OAR volume overlapped with the expanded PTV. Statistical analysis was performed to verify the correlation with the OVH and dose difference for the OAR. The minimum mean dose difference was 0.50 Gy from case 3, and the maximum mean dose difference was 4.96 Gy from case 2. The calculated range of the correlation coefficients between the OVH and dose difference was from -0.720 to -0.712, and the R-square range for regression analysis was from 0.506 to 0.518 (p-value <0.05). However, when the 10% overlap volume was applied in the six cases that had OVH value ${\leq}2$, the average percent mean dose differences were $34.80{\pm}12.42%$. Cases with quantified OVH values of 2 or more had mean dose differences of $29.16{\pm}11.36%$. In conclusion, no significant statistical correlation was found between the OVH and dose differences. However, it was confirmed that a higher difference between the 3D and 4D doses could occur in cases that have smaller OVH value.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권10호
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• pp.3816-3823
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• 2022

This work analyzed the dosimetric difference between the intensity modulated radiotherapy (IMRT), partial/single/double-arc volumetric modulated arc therapy (PA/SA/DA-VMAT) techniques in treatment planning for treating more than one target of lung cancer at different isocenters. IMRT and VMAT plans at different isocenters were created systematically using a Harold heterogeneous lung phantom. The conformity index (CI), homogeneity index (HI), gradient index (GI), dose-volume histogram and mean and maximum dose of the PTV were calculated and analyzed. Furthermore, the dose-volume histogram and mean and maximum doses of the OARs such as right lung, contralateral lung and non GTV were determined from the plans. The IMRT plans showed the superior target dose coverage, higher mean and maximum values than other VMAT techniques. PA-VMAT technique shows more lung sparing and DA-VMAT increases the V_5/10/20 values of contralateral lung than other VMAT and IMRT techniques. The IMRT technique achieves highly conformal dose distribution to the target than other VMAT techniques. Comparing to the IMRT plans, the higher V_5/10/20 and mean lung dose were observed in the contralateral lung in the DA-VMAT.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제43권2호
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• pp.59-65
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• 2018

Background: We analyzed changes in the doses, structure volumes, and dose-volume histograms (DVHs) when data were transferred from one commercial treatment planning system (TPS) to another commercial TPS. Materials and Methods: A total of 22 volumetric modulated arc therapy (VMAT) plans for nasopharyngeal cancer were generated with the Eclipse system using 6-MV photon beams. The computed tomography (CT) images, dose distributions, and structure information, including the planning target volume (PTV) and organs at risk (OARs), were transferred from the Eclipse to the MRIdian system in digital imaging and communications in medicine (DICOM) format. Thereafter, DVHs of the OARs and PTVs were generated in the MRIdian system. The structure volumes, dose distributions, and DVHs were compared between the MRIdian and Eclipse systems. Results and Discussion: The dose differences between the two systems were negligible (average matching ratio for every voxel with a 0.1% dose difference criterion = $100.0{\pm}0.0%$). However, the structure volumes significantly differed between the MRIdian and Eclipse systems (volume differences of $743.21{\pm}461.91%$ for the optic chiasm and $8.98{\pm}1.98%$ for the PTV). Compared to the Eclipse system, the MRIdian system generally overestimated the structure volumes (all, p < 0.001). The DVHs that were plotted using the relative structure volumes exhibited small differences between the MRIdian and Eclipse systems. In contrast, the DVHs that were plotted using the absolute structure volumes showed large differences between the two TPSs. Conclusion: DVH interpretation between two TPSs should be performed using DVHs plotted with the absolute dose and absolute volume, rather than the relative values.

• Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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• 제14권4호
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• pp.2243-2248
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• 2013

Background: To compare the dosimetric coverage of target volumes and organs at risk in the radical treatment of nasopharyngeal carcinoma (NPC) between intensity-modulated radiotherapy (IMRT) and three-dimensional conformal radiotherapy (3DCRT). Materials and Methods: Data from 10 consecutive patients treated with IMRT from June-October 2011 in Penang General Hospital were collected retrospectively for analysis. For each patient, dose volume histograms were generated for both the IMRT and 3DCRT plans using a total dose of 70Gy. Comparison of the plans was accomplished by comparing the target volume coverage (5 measures) and sparing of organs at risk (17 organs) for each patient using both IMRT and 3DCRT. The means of each comparison target volume coverage measures and organs at risk measures were obtained and tested for statistical significance using the paired Student t-test. Results: All 5 measures for target volume coverage showed marked dosimetric superiority of IMRT over 3DCRT. V70 and V66.5 for PTV70 showed an absolute improvement of 39.3% and 24.1% respectively. V59.4 and V56.4 for PTV59.4 showed advantages of 18.4% and 16.4%. Moreover, the mean PTV70 dose revealed a 5.1 Gy higher dose with IMRT. Only 4 out of 17 organs at risk showed statistically significant difference in their means which were clinically meaningful between the IMRT and 3DCRT techniques. IMRT was superior in sparing the spinal cord (less 5.8Gy), V30 of right parotid (less 14.3%) and V30 of the left parotid (less 13.1%). The V55 of the left cochlea was lower with 3DCRT (less 44.3%). Conclusions: IMRT is superior to 3DCRT due to its dosimetric advantage in target volume coverage while delivering acceptable doses to organs at risk. A total dose of 70Gy with IMRT should be considered as a standard of care for radical treatment of NPC.

• Radiation Oncology Journal
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• 제24권4호
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• pp.248-254
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• 2006

목 적: 자궁경부암으로 전골반 강도변조방사선치료를 받은 환자들에서 급성부작용을 조사하고자 하였다. 대상 및 방법: 2004년 8월부터 2006년 4월까지 동아대병원에서 자궁경부암으로 전골반 강도변조방사선치료를 받은 17명의 환자를 대상하였다. 정맥 조영제를 이용하여 방사선치료계획용 전산화단층촬영을 하였다. 중심부위 임상표적체적(clinical target volume, CTV)에는 원발병소, 자궁, 질, 자궁방조직 등을 포함하였고, 림프절 CTV는 1 cm 이상의 림프절과 조영제로 확인된 골반부위 혈관으로 정하였다. 계획용표적체적(planning target volume, PTV)은 중심부위 CTV로부터 1 cm 여유를 추가한 용적으로 정하였는데, 질의 후면으로부터는 5 mm의 여유를 추가하였다. 그리고 림프절 CTV로부터 1.5 cm 여유를 추가하여 PTV에 포함시켰다. PTV의 95% 이상에 50 Gy의 방사선이 조사되도록 강도변조방사선치료를 계획하였다. 방사선치료 후 60일 동안의 급성부작용을 공통독성기준(common toxicity criteria)을 이용하여 평가하였다. 결 과: 급성 위장관부작용으로 1도의 오심, 1도 및 2도의 설사가 각각 10 (58.9%), 11 (64.7%), 1 (5.9%)명에서 각각 발생되었으나, 3도 이상의 부작용은 없었다. 혈액학적 부작용으로는 백혈구감소증, 빈혈, 혈소판감소증 등이 각각 15 (88.2%), 7 (41.2%), 2 (11.8%)명에서 발생되었으나, 3도 이상의 부작용은 백혈구감소증에서만 2명(11.8%)에서 발생되었다. 3도의 백혈구감소증이 발생된 환자들은 화학요법과 방사선치료를 병용하였다. 결 론: 자궁경부암에 대한 전골반 방사선치료에 강도변조방사선치료를 이용함으로써 중등도 이상의 급성부작용을 감소시켜 치료에 대한 환자의 내성을 증가시킬 것으로 생각된다.

• 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.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제29권2호
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• pp.83-92
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• 2006

ICRU 38의 권고에 따른 치료계획과 PTV를 토대로 한 치료계획을 세워 환자의 움직임을 고려하여 설정한 종양 용적(이하 PTV라 표기) 전체를 치료하고 주변 정상조직에 선량을 최소화하는 방안에 대해 연구하고자 하였으며, 본 연구는 국립암센터 방사선종양학과에서 2002년 1월부터 2003년 2월까지 방사선치료와 항암화학 치료를 동시에 시행한 30명의 자궁경부암 환자를 대상으로 하였다. 병기의 분포는 각각 stage IB 1명, IIA 3명, IIB 19명, IIIA 3명, IIIB 3명, IV 1명이었다. 모든 환자에 대해 방사선치료를 시행하기 전에 MRI를 시행하였으며 MR 영상에서 원발종양용적(GTV: Gross Tumor Volume, 이하 GTV라 표기)의 최대 직경이 17명의 환자에서 4 cm 이하이었고, 12명은 $4{\sim}6\;cm$, 1명은 6 cm 이상이었다. 연구 결과 PTV 치료계획을 통해 잔류종양의 크기가 작은 경우 불필요하게 방사선이 조사되는 용적을 줄이면서(p<0.0001) 최적의 선량분포를 만들어 낼 수 있지만 종양의 크기가 큰 경우 오히려 전체 종양을 포함하는 치료계획을 수립할 때 주변 정상조직에 불필요하게 많은 선량이 투여되게 된다. 이러한 이유는 Fletcher Williamson Applicator의 구조상 일부분의 방사선 강도를 탄력적으로 조절하는데 한계가 있기 때문인 것으로 사료된다. 본 연구에서는 applicator의 한계를 극복하고 최적의 선량분포를 얻기 위하여 Fletcher Williamson Applicator에 조직내 삽입용 바늘 4개를 종양의 크기가 큰 10명의 환자 중 기하학적으로 바늘의 삽입이 불가능한 1명의 환자를 제외하고 9명의 환자에 대해 가상으로 삽입하여 선량의 변화를 조사하였다. 그 결과 Virtual 치료계획이 PTV 치료계획뿐 아니라 ICRU 치료계획에 비해 100% 등선량 용적(p=0.0608, p=0.0607) 및 PTV 이외의 정상조직에 불필요하게 조사되는 용적(p=0.0162, p=0.008)을 현저히 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.