• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제46권2호
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• pp.48-57
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• 2021

Background: In this study, the complexities of step-and-shoot intensity-modulated radiation therapy (IMRT) plans in magnetic resonance-guided radiation therapy systems were evaluated. Materials and Methods: Overall, 194 verification plans from the abdomen, prostate, and breast sites were collected using a ⁶⁰Co-based ViewRay radiotherapy system (ViewRay Inc., Cleveland, OH, USA). Various plan complexity metrics (PCMs) were calculated for each verification plan, including the modulation complexity score (MCS), plan-averaged beam area (PA), plan-averaged beam irregularity, plan-averaged edge (PE), plan-averaged beam modulation, number of segments, average area among all segments (AA/Seg), and total beam-on time (TBT). The plan deliverability was quantified in terms of gamma passing rates (GPRs) with a 1 mm/2% criterion, and the Pearson correlation coefficients between GPRs and various PCMs were analyzed. Results and Discussion: For the abdomen, prostate, and breast groups, the average GPRs with the 1 mm/2% criterion were 77.8 ± 6.0%, 79.8 ± 4.9%, and 84.7 ± 7.3%; PCMs were 0.263, 0.271, and 0.386; PAs were 15.001, 18.779, and 35.683; PEs were 1.575, 1.444, and 1.028; AA/Segs were 15.37, 19.89, and 36.64; and TBTs were 18.86, 19.33, and 5.91 minutes, respectively. The various PCMs, i.e., MCS, PA, PE, AA/Seg, and TBT, showed statistically significant Pearson correlation coefficients of 0.416, 0.627, -0.541, 0.635, and -0.397, respectively, with GPRs. Conclusion: The area-related metrics exhibited strong correlations with GPRs. Moreover, the AA/Seg metric can be used to estimate the IMRT plan accuracy without beam delivery in the ⁶⁰Co-based ViewRay radiotherapy system.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제13권4호
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• pp.181-186
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• 2002

세기조절 방사선 치료는 각각의 치료계획 시스템의 도스 최적화 알고리즘과 선형 가속기의 조합에 따라 다양하게 최적의 성능을 발휘 할 수 있다. 연세 암센터는 효과적인 방사선치료를 위하여 2002년 2월에 세기조절 방사선 치료 시스템을 도입하여 운영 중에 있으며 도입된 시스템은 CORVUS (Nomos, 미국) 치료계획 시스템과 LANTIS, PRIMEVIEW, PRIMART (Siemens, 미국)의 선형가속기 시스템으로 구성되어 있다. 최적화된 치료를 위해서는 CORVUS 치료계획기와 PRIMART 선형가속기의 적절한 조합 조건을 찾아 적용하는 것이 중요한 일이다. 이 Step ＆ Shoot 방식의 세기조절 방사선 치료기는 Finite Size Pencil Beams (FSPB) 도스모델과 simulated annealing method의 도스 최적화 알고리즘 및 IMFAST의 segmentation 알고리즘을 사용하고 있다. 본 연구는 segmentation 알고리듬에 관한 것으로 두개의 기본 beamlet 크기(1.0$\times$1.0 $\textrm{cm}^2$ 와 0.5$\times$1.0$\textrm{cm}^2$)와 4가지의 빔 세기 단계(5%, 10%, 20%, 33%)의 option을 4명의 상이한 환자 case에 대하여 적용하고 비교해 보았다. 상대적으로 작은 target 부피를 갖는 경우 TPS상의 segmentation의 설정에 민감하게 target 도스분포가 변하였으며 작은 beamlet일수록 intensity step을 작게 할수록 최적의 도스분포를 보여주었다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제36권1호
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• pp.63-70
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• 2018

Purpose: The objective of this study was to compare dosimetric characteristics of three-dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT) and two types of intensity-modulated radiotherapy (IMRT) which are step-and-shoot intensity modulated radiotherapy (s-IMRT) and modulated arc therapy (mARC) for thoracic esophageal cancer and analyze whether IMRT could reduce organ-at-risk (OAR) dose. Materials and Methods: We performed 3D-CRT, s-IMRT, and mARC planning for ten patients with thoracic esophageal cancer. The dose-volume histogram for each plan was extracted and the mean dose and clinically significant parameters were analyzed. Results: Analysis of target coverage showed that the conformity index (CI) and conformation number (CN) in mARC were superior to the other two plans (CI, p = 0.050; CN, p = 0.042). For the comparison of OAR, lung V5 was lowest in s-IMRT, followed by 3D-CRT, and mARC (p = 0.033). s-IMRT and mARC had lower values than 3D-CRT for heart $V_{30}$ (p = 0.039), $V_{40}$ (p = 0.040), and $V_{50}$ (p = 0.032). Conclusion: Effective conservation of the lung and heart in thoracic esophageal cancer could be expected when using s-IMRT. The mARC was lower in lung $V_{10}$, $V_{20}$, and $V_{30}$ than in 3D-CRT, but could not be proven superior in lung $V_5$. In conclusion, low-dose exposure to the lung and heart were expected to be lower in s-IMRT, reducing complications such as radiation pneumonitis or heart-related toxicities.

• 대한두경부종양학회지
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• 제19권1호
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• pp.9-15
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• 2003

Purpose: To introduce our early experience with intensity-modulated radiotherapy (IMRT) in the treatment of nasopharyngeal carcinoma. Methods and Materials: Eight patients who underwent IMRT for no disseminated nasopharyngeal carcinoma at the Asan Medical Center between September 2001 and November 2002 were evaluate by prospective analysis. According to the 1997 American Joint Committee on Cancer staging classification, 5 had Stage III, and 3 had Stage IVB disease. The IMRT plans were designed to be delivered as a 'Simultaneous Modulated Accelerated Radiation Therapy' (SMART) using the 'step and shoot' technique with a MLC (multileaf collimator). Daily fractions of 2.2-2.5Gy and 1.9-2Gy were prescribed and delivered to the GTV and CTV and clinically negative neck node, respectively. The prescribed dose was 70A-79.0Gy to the gross tumor volume (GTV), 60Gy to the clinical target volume (CTV) and metastatic nodal station, and 46Gy to the clinically negative neck. All patients also received weekly cisplatin during radiotherapy. Acute and late normal tissue effects were graded according to the Radiation Therapy Oncology Group (RTOG) radiation morbidity scoring criteria. Results: Follow-up period was ranging from 5 to 18 months. All patients showed complete response and loco-regional control rate was 100% but one patient died of malnutrition due to treatment related toxicity. There were no Grade 3 or 4 xerostomia and all patients had experienced improvement of salivary gland function. Conclusion: 'Simultaneous Modulated Accelerated Radiation Therapy' (SMART) boost intensity-modulated radiotherapy technique allows parotid sparing as evidenced both clinically and by dosimetry. Initial tumor response and loco-regional control was promising. It is clinically feasible. A larger population of patients and a long-term follow-up are needed to evaluate ultimate tumor control and late toxicity.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제24권3호
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• pp.154-161
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• 2013

본 연구는 총 10명의 전립선 암 환자를 대상으로 세기조절방사선치료(IMRT), 균일스캐닝양성자치료(USPT), 그리고 세기조절양성자치료(IMPT)기술을 이용한 치료계획의 결과를 비교, 평가 하였다. 각 치료 계획은 타깃 체적의 95%에 70 Gy가 28회 분할 조사되도록 하였으며 세기조절방사선치료(IMRT)에서는 step-and-shoot 기법을 이용하여 총 7개의 빔을 사용하여 방사선을 조사하였고, 균일세기양성자치료(USPT)와 세기조절양성자치료(IMPT)에서는 동일한 방사선 가중치의 측방향대향조사면(lateral opposing field)를 사용하여 타깃에 처방선량이 전달되도록 하였다. 한편, 세기조절양성자치료(IMPT)의 최적화를 위해 IMRT치료와 유사한 Inverse planning을 수행하였다. 결과 비교를 위해 타깃의 균질성지수(homogeneity index) 및 동형지수(conformity index)와 정상조직의 정상조직합병증확률(NTCP)을 계산하였다. 비록 치료기법간에 균질성지수(homogeneity index), 동형지수(conformity index)차이가 크지 않았지만, 직장의 경우 각 세기조절방사선치료(IMRT), 균일스캐닝 양성자치료(USPT) 및 세기조절양성자치료(IMPT)에서 2.233, 3.326 및 1.707로 계산되었다. 또한 방광의 정상조직합병증확률(NTCP)는 0.008, 0.003, 및 0.002를 나타내었다. 직장과 방광의 NTCP 값이 IMPT을 사용할 때 유의하게 낮은 값을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 전립선 암의 방사선 치료 시 세기조절방사선치료(IMRT)보다 양성자를 이용한 방사선 치료, 특히 최적화된 세기조절양성자치료(IMPT)가 치료 효과를 높일 수 있는 치료계획이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 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.

• Radiation Oncology Journal
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• 제24권1호
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• pp.1-10
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• 2006

목적: 비인강암 환자를 대상으로 시행한 동시차등조사가속치료(simultaneous modulated accelerated radiation therapy, SMART)를 이용한 세기조절방사선치료(Intensity modulated radiation therapy, IMRT)의 예비적 임상결과를 보고하고자 하였다. 대상 및 방법: 2001년 9월부터 2003년 12월까지 서울아산병원에서 근치적 목적의 동시차등조사가속치료를 시행 받은 20명의 비전이성 비인강암 환자를 대상으로 전향적 분석을 시행하였다. IMRT는 "step and shoot" SMART를 사용하여 시행되었으며, 각각 육안적종양체적(gross tumor volume, GTV)에 72 Gy (2.4 Gy/day), 비인강과 전이성 림프절부위(metastatic nodal station) 등을 포함하는 임상표적체적 1 (Clinical target volume 1, CTV1)에 60 Gy (2.0Gy/day), 그리고 임상적으로 전이가 없는 경부 부위림프절을 포함하는 임상표적체적 2 (clinical target volume 2, CTV2)에 46 Gy (2 Gy/day)를 조사하였다. 18명의 환자는 주당 1회의 isplatin 화학요법을 시행받았다. 결과: 연구대상에 포함된 환자의 추적관찰 기간의 중앙값은 27개월이었다. 19명의 환자는 치료 중단 없이 계획된 치료를 성공적으로 수행하였으나, 1명은 고도의 인두염과 영양불량으로 2주간 치료가 중단되었다. 치료 기간 중급성 독성은 RTOG 3도의 점막염과 인두염이 각각 5명(25%)과 9명(45%)에서 관찰되었다. 7명(35%)은 10% 이상의 체중 감소를 보였으며 11명(55%)은 정맥수액요법 혹은 경관영양요법을 필요로 하였다. 만성 독성에서 3급 이상의 구강건조증은 관찰되지 않았다 치료 반응은 모든 환자에서 완전관해를 보였고, 원격전이와 국소재발이 각각 2명과 1명에서 관찰되었다. 결론: SMART를 사용한 IMRT를 도입하여 임상적으로나 선량측정상 이하선의 기능 보존이 가능하였으며, 또한 생물학적으로 더욱 효과적일 것으로 생각되었다 향후 정확한 종양억제 효과와 만기 독성을 알기 위해서는 추가적인 연구대상과 추적관찰이 필요하다고 생각한다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제37권4호
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• pp.271-278
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• 2019

Purpose: To investigate the differences in treatment outcomes between two radiation techniques, intensity-modulated radiotherapy (IMRT) and three-dimensional conformal radiotherapy (3DCRT). Materials and Methods: We retrospectively analyzed 160 (IMRT = 23, 3DCRT = 137) patients with stage I glottic cancer treated from January 2005 through December 2016. The IMRT was performed with TomoTherapy (16 patients), volumetric-modulated arc therapy (6 patients), and step-and-shoot technique (1 patient), respectively. The 3DCRT was performed with bilateral parallel opposing fields. The median follow-up duration was 30 months (range, 31 to 42 months) in the IMRT group and 65 months (range, 20 to 143 months) in the 3DCRT group. Results: The 5-year overall survival and 3-year local control rates of the 160 patients were 95.7% and 91.4%, respectively. There was no significant difference in 3-year local control rates between the IMRT and 3DCRT groups (94.4% vs. 91.0%; p = 0.587). Thirteen of 137 patients in the 3DCRT group had recurrences. In the IMRT group, one patient had a recurrence at the true vocal cord. Patients treated with IMRT had less grade 2 skin reaction than the 3DCRT group, but this had no statistical significance (4.3% vs. 21.2%; p = 0.080). Conclusion: IMRT had comparable outcomes with 3DCRT, and a trend of less acute skin reaction in stage I glottic cancer patients.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제36권1호
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• pp.28-34
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• 2011

세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT)의 정도관리를 위해서 독립적인 방법으로 선량검증을 하는 것은 중요하다. 독립적 선량검증을 위해 팬톰과 이온전리함을 이용한 측정 방법이 보편적으로 이루어지지만 많은 시간과 노력이 요구된다. 본 연구에서는 세기조절방사선치료 시 시간에 따른 다엽콜리메이터의 움직임을 기록한 dynalog 파일을 이용하여 치료계획에서 도출된 총 실제 플루언스와 실제 치료 시의 모니터유닛(monitor unit, MU) 공간분포를 비교함으로써 간편한 세기조절방사선치료 정도관리 기술을 개발하였다. DICOM RT plan 파일로부터 총 실제 플루언스를 추출하고 MATLAB 코드를 이용하여 실제 치료 시 MU 공간분포를 dynalog 파일로부터 계산하였다. 개발된 방법의 효용성을 검증하기 위해 단계별조사기법과 동적조사기법으로 치료 받은 각 5명의 환자 데이터를 후향적으로 분석하였다. 분석 방법은 상용프로그램(Verisoft 3.1, PTW, German)에서 제공하는 감마인덱스를 사용하였다. 분석 결과 실제 치료 시의 MU 공간분포와 치료계획 상의 MU 공간분포 일치도가 평균 $97.8{\pm}1.33$%로 높은 일치도를 나타냈다. MU 공간분포 재구성의 정확도는 동적조사기법보다 단계별조사기법이 평균 1.4% 높았다. 본 연구에서 개발된 기술을 통해 세기조절방사선치료의 선량검증을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한 분할치료 시 선량보정에 적용함으로써 맞춤형치료(adaptive radiotherapy)를 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권4호
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• pp.332-339
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• 2010

본 연구에서는 콘빔 단층촬영영상(cone beam CT; CBCT) 및 다엽 콜리메이터(multileaf collimator;MLC) 로그데이터를 이용한 적응형 방사선치료기법의 체계를 구축하고, 그 과정에서의 선량 계산 오차의 양상을 팬텀을 이용하여 분석하고자 하였다. Catphan-600 (The Phantom Laboratory, USA) 팬텀을 CT와 CBCT 촬영 후 CT 영상을 이용하여 간단한 단계별조사(step-and-shoot) 방식의 세기조절방사선치료(intensity-modulated radiation therapy; IMRT) 계획을 수립하였다. 이후 빔전달 시 생성된 MLC 로그데이터(Dynalog)를 이용하여 실제 전달된 세그먼트 별 모니터단위(MU) 가중치와 MLC 엽(leaf)의 위치를 구한 후 이를 다시 Pinnacle3에 넣고 선량을 재계산하였다. 초기 치료 계획은 치료 계획용 CT 영상($CT_{plan}$) 및 CBCT 영상($CBCT_{plan}$)에 대하여 계산되었으며, 재구성된 선량 역시 치료 계획용 CT 영상($CT_{recon}$) 및 CBCT 영상($CBCT_{recon}$)에 대하여 계산되었다. 각 선량 계산을 $CT_{plan}$을 기준으로 하여 2차원 선량분포, 감마 인덱스, 선량-부피 히스토그램(dose-volume histogram; DVH)을 이용하여 분석하였다. 2차원 선량분포 및 DVH 분석 모두에서 원래의 치료 계획보다 실제 전달된 선량이 다소 많은 것으로 나타났으나 임상적인 의미는 미미했다. 감마 인덱스의 경우 CBCT에 선량을 계산했을 때 치료 계획 정보나 재구성된 선량 정보를 이용한 경우 모두 오차가 크게 발생했다. 재구성된 선량은 빔의 경계 부분에서 오차가 크게 발생하였으나 그 영향은 CT 및 CBCT 영상 간 차이에 의한 것보다 작았다. CBCT 영상에 전달된 선량을 재구성하게 되면 두 영향이 복합적으로 작용하여 오차는 더 줄어들게 되지만 $CT_{plan}$과 $CBCT_{plan}$의 차이에 비하여 $CBCT_{plan}$과 $CBCT_{recon}$ 차이는 상대적으로 작아 전달된 선량의 오차를 평가할 때 불확실성이 커졌다. 그러므로 선량 계산 오차의 양상은 셋업 오차, CBCT 영상을 이용한 선량 계산 오차 및 재구성된 선량 계산의 오차로 나누어 분석될 필요가 있을 것이다.