• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권2호
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• pp.100-109
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• 2014

정위신체방사선치료(SBRT)에서 환자의 호흡에 대한 정확한 치료위치의 확보는 필수적으로 고려되어야 하며 그 정확성에 관련하여 많은 연구들이 진행되어왔다. 본 연구에서는 실제 호흡에 의한 움직임과 실제 환자 폐의 형태를 고려한 팬텀실험으로 실제 치료에서 일어나는 임상적 상황을 모사함으로 호흡 동조 부피적조절회전 방사선치료(Volumeric Modulated Arc Therapy, VMAT) 기법을 이용한 폐부 SBRT의 정확성을 분석하는 방법을 제시하고자 하였다. SBRT을 받은 폐암 환자의 CT 영상을 기반으로 3D 프린터를 이용하여 치료부위와 유사하게 폐 팬텀을 제작하였고 환자 호흡과 동일하게 움직임을 재현할 수 있도록 $QUASAR^{TM}$ 호흡 동조 구동 팬텀(Modus Medical Devices, London, Canada)에 장착하여 호흡동조 VMAT에서의 2차원 선량 분포를 평가할 수 있는 시스템을 구축하였다. 폐 팬텀은 종양부위를 중심으로 2등분하여 EBT3 필름을 삽입하고 선량분포를 측정할 수 있도록 제작되었다. 비균질 조건에서의 선량계산의 정확성을 확인하기 위하여 균질한 플라스틱 팬텀과 제작된 비균질 폐 팬텀에서 Analytical Anisotropic Algorithm (AAA)와 AcurosXB (AXB) 두가지 알고리즘으로 선량계산을 하여 비교, 분석하였다. 움직임에 대한 치료의 정확성을 평가하기 위하여 호흡동조와 비 호흡동조의 경우, 그리고 움직임이 없는 조건에서 선량분포를 취득하여 치료계획 선량에 대한 감마지표를 분석하였다. 치료부위 GTV에서의 CT number는 실제 환자의 경우 78 HU를 나타내었고 모사된 폐 팬텀의 경우 92 HU를 나타내었다. 팬텀 내 폐 조직부분은 3D프린터로 적층하는 과정에서 격자구조의 형태를 이용하여 구현하였다. 측정된 필름선량은 AAA 알고리즘을 이용한 치료계획 선량에 대하여 움직이는 팬텀에서 호흡동조의 유무에 따라 3%/3 mm 감마지표 조건하에서 각각 88%와 78%의 감마합격률을 나타내었으며, 움직임이 없는 경우 95% 이상의 감마합격률을 보였다. AXB 알고리즘을 적용하였을 경우에는 모든 경우에서 98% 이상의 합격률을 나타내었다. 균질한 플라스틱 팬텀에 대하여 측정하였을 때 두가지 선량계산 알고리즘을 포함한 모든 조건에서 99% 이상의 감마합격률을 나타내었다. 선택된 환자의 호흡 진폭이 비교적 작고 inhale보다는 exhale에 더 오래 머무르는 호흡패턴 때문에 3%/3 mm 감마 기준에서는 호흡에 따른 차이가 거의 나타나지 않은 것으로 이해되었다. 선량계산의 정확성에서는 AAA 알고리즘을 적용하였을 때보다 AXB 알고리즘을 적용하였을 때가 균질과 비균질 환경에서의 선량 분포에 따른 감마 합격률의 차이가 적게 나타남을 확인 할 수 있었다. 본 논문에서는 환자와 유사하게 제작된 폐 팬텀에 실제 환자 호흡 패턴을 연동함으로 새로운 4D 치료선량 분포 검증 방법을 제시하였고 보다 사실적인 선량분포를 반영한 개별 환자 치료의 정확성 검증이 가능할 것으로 평가되었다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제26권2호
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• pp.59-66
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• 2001

정위적분할방사선치료(FSRT)는 병소경계에 대한 공간상위치와 형태를 정확히 결정하는 것이 큰 쟁점이다. 본 연구는 나선형 CT를 이용하여 4명의 뇌종양 환자와 팬톰(파라핀)으로부터 연속적인 횡축 단면상을 얻었다. K-mean 분류 알고리즘을 적용하여 CT영상의 초기정보값을 평균화소값으로 변화시켰다. 영상의 구성은 병소영역, 정상영역, 혼합영역, 바탕영역, 가음영영역의 5영역으로 분류하였다. 주된 관심은 혼합영역 내에서 정상영역과 혼합영역을 어떻게 분리하는 가였다. 5영역 평균화소값 중에서 정상영역과 병소영역에 상대적인 평균편차 분석법을 적용하여 2영역 평균편차 화소값 사이의 최대점을 구하였다. IDL 프로그램을 이용한 반자동윤곽법으로 혼합영역내의 최대점을 연결함으로서 GTV의 경계선을 그렸다. 균일한 팬톰의 관심영역 경계선은 ${\pm}1%$ 이내의 오차로 평가되었다. 환자 4명의 경우는 방사선 전문의들이 그린 병소영역과 K-mean 알고리즘과 상대적인 평균편차 분석법에 의해 자동적으로 묘사된 병소영역과 거의 일치하였다. 이러한 방법들을 사용하여 불분명한 정상영역과 병소영역의 경계선을 명확하게 나타낼 수 있었다. 그러므로 CT 영상이 MRI 영상과 비교하여 간헐적으로 병소윤곽을 보여주지 못할 경우 이 방법은 치료계획을 결정할 때 유용한 CT영상 자료로 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제23권1호
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• pp.13-19
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• 2011

목 적: 체부 정위방사선치료 시 치료 효과 향상을 위해서는 병소 부위의 정확한 위치 파악과 함께 호흡에 의한 종양의 움직임을 최소화하는 것이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 기존에 자체 개발하여 사용 중인 호흡운동 감소기구를 보다 사용이 편리하고 효과적이도록 개선하여, 체부 정위방사선치료에 있어서 임상 적용의 유용성을 평가하였다. 대상 및 방법: 자체 개발하여 사용 중이던 기존 호흡운동 감소기구의 장단점을 분석하여 재현성과 사용 정확도를 개선하였다. 그리고 개선된 호흡운동 감소기구를 체부 정위방사선치료에 활용하기 위한 유용성 평가 방법으로 첫째, 8명의 폐종양 환자에 대해 들숨(inhalation)과 날숨(exhalation) 상태에서 획득한 고속(spiral) 전산화단층촬영 영상을 통해, 호흡에 따른 종양 움직임을 3차원적으로 정량 분석하였다. 둘째, 선량 평가를 위해 EBT2 필름(Gafchromic, ISP, USA)을 장착할 수 있는 폴리에틸렌 팬텀과 3차원적 종양 움직임을 재현하기 위한 2축의 직교좌표 로봇(Cartesian Robot-2Axis, FARA RCM4H, Samsung Mechatronics, Korea)을 제작하였다. 그리고 전산화단층촬영에서 획득한 결과를 바탕으로 호흡운동을 재현하여, 등선량 곡선 및 2차원 등선량 프로파일을 분석하였다. 결 과: 벨크로 벨트로 제작된 사용이 편리하고 재현성이 우수한 호흡운동 감소기구를 개발하였다. 전산화단층촬영 영상으로 분석한 폐암환자의 호흡에 따른 3차원적인 종양의 움직임은 좌우, 전후, 두미측 방향에 따라 평균 3.2 mm, 4.3 mm, 13.0 mm로 나타났다. 팬텀과 직교좌표 로봇을 이용한 호흡에 의한 선량분포 특성변화의 결과로는, 치료계획 선량보다 방사선을 적게 받은 영역은 두미측 방향으로 각각 8.0%와 16.8%, 좌우측 방향으로 각각 8.1%와 10.9%로 후미측 방향의 선량 왜곡이 가장 크게 나타났고, 길이는 평균 4.2 mm이었다. 호흡주기에 따른 선량 왜곡의 변화는 크게 나타나지 않았다. 결 론: 본 연구를 통해 장기의 움직임을 최소화할 수 있는 사용이 편리하고 효과적인 호흡운동 감소기구를 개발하였다. 개발된 기구를 사용할 경우 평균 6 mm 정도의 CTV-PTV 마진을 사용하면 호흡에 따른 과소선량(underdose)을 극복할 수 있을 것으로 결과를 통해 확인하였다. 이로서 개발된 호흡운동 감소기구는 체부 정위방사선치료에 있어서 호흡동조 방법을 병행할 수 있는, 임상 적용이 용이한 효과적인 보조기구로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권2호
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• pp.192-200
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• 2010

사이버나이프 치료에서 사용하는 소조사면은 전자평형의 부재와 급격한 선량 경사도(Steep dose gradients), 그리고 광자와 전자들의 스펙트럼 변화 요인으로 인하여 소조사면 광자선 선량 측정은 일반적인 치료의 측정보다 좀더 어렵고 복잡하다. 본 연구에서는 다이오드 검출기를 이용한 측정값과 GEANT4를 이용한 계산값을 비교하고 정확한 선량 전달을 위한 측정 선량의 검증 도구의 한 종류로 GEANT4의 유용성을 입증하고자 한다. 사이버나이프 몬테카를로 모델을 개발하는데 있어 두 단계로 진행하였다. 첫 번째 단계는 선형가속기 헤드(treatment head) 시뮬레이션과 이를 통한 광자 에너지 스펙트럼의 계산이었고, 두 번째 단계는 5, 10, 20, 30, 50, 60 mm의 여섯 개 원형 조사면에 대한 물팬텀속에서의 깊이선량율의 계산이었다. 그리고 출력인수(Relative output factors)에 대한 계산은 5 mm부터 60 mm까지 총 12가지 조사면에 대해 수행되었으며 그 결과를 다이오드 검출기를 이용한 측정값과 비교하였다. 가로선량분포(Profiles)의 경우 5, 10, 20, 30, 50, 60 mm의 6가지 조사면에 대해 계산이 이루어졌고 깊이는 1.5, 10, 20 cm의 세 가지 깊이에 대해 수행되었다. 깊이선량율의 계산값을 측정값과 비교한 결과 평균 2% 미만의 오차를 보여 임상에서 허용 가능한 결과를 얻었다. 조사면 출력인자의 경우에 조사면 직경 7.5 mm 이상에서 3% 이내의 오차를 보였으나 직경 5 mm 조사면에서는 6.9%로 높은 오차를 보였다. 가로선량분포에서 20 mm 이상의 조사면에서는 2% 미만의 오차를 보였고 그 이하의 조사면에서는 3.5% 미만의 오차를 보였다. 본 연구에서는 소조사면 사이버나이프 측정을 위한 선량분포 계산을 GEANT4 코드를 사용하여 다이오드 측정 결과와 비교하였다. 다이오드와의 측정 비교 결과 5 mm 조사면을 제외한 나머지 조사면들에 대해 오차 0.2~0.6% 내의 만족할만한 결과를 얻었다. 향후 소조사면에서 정확성을 가지는 Gafchromic 필름 등 다른 측정기와 비교를 통하여 그 정확성이 평가된다면 이 GEANT4의 선량분포 계산 방법은 소조사면을 이용하는 사이버나이프 방사선치료에서 정확한 선량 전달을 위한 측정 선량의 검증 도구의 한 종류로 사용할 수 있을 것으로 예상한다.