• 전자공학회논문지SC
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• 제46권3호
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• pp.44-51
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• 2009

고 에너지 방사선을 이용하여 종양을 치료하는 과정 중 발생하는 오차를 확인하여 보다 정교한 치료를 시행하는 것은 매우 중요하다. 특히, 두경부 종양을 치료하기 위해 작은 조사면에 방사선을 집중 조사하는 정위 방사선 분할치료와 같은 특수 치료에서는 치료위치의 확인을 더욱 요구하고 있다. 작은 조사면에 고선량의 방사선을 표적체적에 집중 조사하는 정위 방사선 분할 치료법에서 치료 중심점의 정확도 검증은 매우 중요하므로 표적에 3mm 납 볼을 놓고 정위 방사선 분할 치료용 25mm 콘을 장착한 후 얻은 전자 포탈 영상으로부터 콘 원의 중심점과 볼 원의 중심점을 영상처리를 통해 서로 비교해 본 결과 1픽셀(0.76mm)의 정확도까지 얻을 수 있었다. 정위 방사선 분할 치료에 전자 포탈 영상 장치를 적용하여 치료위치오차 여부를 검증하였다. 이를 위해 첫 번째 정위 방사선 분할 치료 영상과 임의로 2mm 이동시킨 후 얻은 영상의 두개골 외곽선을 검출한 후 서로 비교해 본 결과 발생된 2mm 오차를 검증할 수 있었다. 본 논문에서는 개발된 비디오 기반 전자포탈영상장치와 정위 방사선 분할치료장치를 이용하여 실시간적으로 포탈영상을 획득할 수 있었으며 치료위치 검증을 통해 보다 정교한 방사선 치료를 할 수 있으리라 본다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권1호
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• pp.15-25
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• 2012

부피적조절회전방사선치료(VMAT)의 정도관리를 TG-119에서 제시된 권고안을 통해 평가하고자 하였다. 또한 선택적 최적화 변수에 따른 치료계획의 평가와 그에 따른 선량학적 특성을 평가하고자 하였다. Varian사의 iX선형가속기와 Nucletron사의 Oncentra MasterPlan 치료계획장치를 결합하여 VMAT 치료계획을 수립하였다. TG-119에 제시된 5가지의 구조세트를 이용하여 아크 수, 겐트리 간격, 치료 시간 등의 선택적 최적화 변수(selectable optimization parameters)를 변화하여 치료 계획의 평가와 선량검증을 통해 정확성을 평가하였다. 치료계획의 평가는 선량체적히스토그램을 이용하여 표적과 위험장기의 평균값과 표준편차를 이용하였으며 선량검증은 이온 전리함과 $Delta^{4PT}$ bi-planar diode array를 이용하였다. 치료계획의 평가에서 싱글 아크의 경우 C-shape (hard)를 제외한 다른 구조세트에서 목표한 선량에 근접하는 결과를 보였으며 듀얼 아크의 경우에는 C-shape (hard)를 제외한 다른 구조세트에서 제시한 목표 선량에 도달하였다. 또한 선택 변수에 대한 평가에서는 전립선과 같은 간단한 구조 세트에서는 아크 수에 따른 치료계획의 차이는 거의 나타나지 않았으나, 두경부와 같은 복잡한 구조에서는 듀얼 아크가 위험장기에 대하여 좀 더 우수한 결과를 나타내었다. 겐트리 간격의 크기 변화에 의한 선량분포는 $6^{\circ}$에 비해 $4^{\circ}$의 겐트리 간격이 우수하였으나 $2^{\circ}$ 간격과는 거의 차이가 없었다. 점선 량의 정확성 평가에서는 표적과 위험장기에 대한 점선량의 측정값과 계산값의 평균오차는 싱글 아크와 듀얼 아크 모두 3% 이내였으며, 신뢰구간은 싱글아크와 듀얼 아크가 4% 내로 허용범위 안에 포함되었다. 겐트리 간격의 크기에 따른 점선량의 정확성 평가에서는 $2^{\circ}$, $4^{\circ}$, $6^{\circ}$ 모두 3% 이내였으며, 표적과 위험장기에 대한 신뢰한계(Confidence limit)는 5% 내로 허용범위 안에 포함되었다. $Delta^{4PT}$를 이용한 싱글 아크와 듀얼 아크의 선량분포 측정에서는 허용기준 3 mm/3%를 통과하는 감마인덱스는 평균 $98.72{\pm}1.52%$와 $98.30{\pm}1.50%$이었으며 신뢰한계는 2.99%와 3.74%로 허용범위 내에 포함되었다. 겐트리 간격의 크기에 따른 선량의 정확성은 간격이 적을수록 우수한 결과를 나타냈다. 본 연구에서는 VMAT의 정도관리를 TG-119에서 제시된 시험을 수행하였으며 제시된 모든 구조 세트에 대하여 허용기준을 모두 만족하였다. 또한 사용자가 선택할 수 있는 최적화 변수의 변화에 대한 치료계획과 선량학적 영향을 분석하였으며 각 상황에 따른 임상적 특성에 맞는 변수를 선택하는 것이 중요하다고 사료된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권9호
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• pp.3140-3149
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• 2023

In theory, the sharp dose falloff at the distal end of a proton beam allows for high conformal dose to the target. However, conformity has not been fully achieved in practice, primarily due to beam range uncertainty, which is approximately 4% and varies slightly across institutions. To address this issue, we developed a new range verification system prototype: a multi-slit prompt-gamma camera (MSPGC). This system features high prompt-gamma detection sensitivity, an advanced range estimation algorithm, and a precise camera positioning system. We evaluated the range measurement precision of the prototype for single spot beams with varying energies, proton quantities, and positions, as well as for spot-scanning proton beams in a simulated SSPT treatment using a phantom. Our results demonstrated high accuracy (<0.4 mm) in range measurement for the tested beam energies and positions. Measurement precision increased significantly with the number of protons, achieving 1% precision with 5 × 10⁸ protons. For spot-scanning proton beams, the prototype ensured more than 5 × 10⁸ protons per spot with a 7 mm or larger spot aggregation, achieving 1% range measurement precision. Based on these findings, we anticipate that the clinical application of the new prototype will reduce range uncertainty (currently approximately 4%) to 1% or less.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제27권3호
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• pp.169-174
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• 2016

The aim of this study is to investigate the delivery accuracy of intensity-modulated radiation therapy (IMRT) plans in the two-headed mode of the ViewRay$^{TM}$ system in comparison with that of the normal operation treatment plan of the machine. For this study, a total of eight IMRT plans and corresponding verification plans were generated (four head and neck, two liver, and two prostate IMRT plans). The delivered dose distributions were measured using ArcCHECK$^{TM}$ with the insertion of an ionization chamber. We measured the delivered dose distributions in three-headed mode (normal operation of the machine), two-headed mode with head 1 disabled, two-headed mode with head 2 disabled, and two-headed mode with head 3 disabled. Therefore, a total of four measurements were performed for each IMRT plan. The global gamma passing rates (3%/3 mm) in three-headed mode, head 1 disabled, head 2 disabled, and head 3 disabled were $99.9{\pm}0.1%$, $99.8{\pm}0.3%$, $99.6{\pm}0.7%$, and $99.7{\pm}0.4%$, respectively. The difference in the gamma passing rates of the three- and two-headed modes was insignificant. With 2%/2 mm, the rates were $96.6{\pm}3.6%$, $97.2{\pm}3.5%$, $95.7{\pm}6.2%$, and $95.5{\pm}4.3%$, respectively. Between three-headed mode and head 3 disabled, a statistically significant difference was observed with a p-value of 0.02; however, the difference was minimal (1.1%). The chamber readings showed differences of approximately 1% between three- and two-headed modes, which were minimal. Therefore, the treatment plan delivery in the two-headed mode of the ViewRay$^{TM}$ system seems accurate and robust.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제31권3호
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• pp.124-134
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• 2020

Here we review the evolutionary history of radiation therapy technology through the festschrift of articles in celebration of the 30th anniversary of Korean Society of Medical Physics (KSMP). Radiation therapy technology used in clinical practice has evolved over a long period of time. Various areas of science, such as medical physics, mechanical engineering, and computer engineering, have contributed to the continual development of new devices and techniques. The scope of this review was restricted to two areas; i.e., output energy production and functional development, because it is not possible to include all development processes of this technology due to space limitations. The former includes the technological transition process from the initial technique applied to the first model to the latest technique currently used in a variety of machines. The latter has had a direct effect on treatment outcomes and safety, which changed the paradigm of radiation therapy, leading to new guidelines on dose prescriptions, innovation of dose verification tools, new measurement methods and calculation systems for radiation doses, changes in the criteria for errors, and medical law changes in all countries. Various complex developments are covered in this review. To the best of our knowledge, there have been few reviews on this topic and we consider it very meaningful to provide a review in the festschrift in celebration of the 30th anniversary of the KSMP.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제31권2호
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• pp.29-34
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• 2020

Purpose: The interaction of various substances inserted into the human body and radiation can confirm the radiation enhancement effect. A Leksell frame inserted into the human body for gamma knife treatment will cause not only pain and inconvenience to the patient, but also additional exposure to the patient's normal tissues. In this study, we attempt to confirm the additional exposure caused by the interaction of the Leksell frame and thermoplastic mask, and ⁶⁰Co used for gamma knife treatment. Methods: A ⁶⁰Co energy of 1.17, 1.33 MeV is applied using Monte Carlo simulation, and fixation screws and thermoplastic mask are fabricated using aluminum and titanium alloy, and Carbon compounds. Results: Results show a dose enhancement of up to 396.27% higher compared with that without a Leksell frame and up to 391.25% in thermoplastic mask. Conclusions: Hence, appropriate treatment methods and materials must be used to reduce additional exposure to normal tissues.

• 대한방사선치료학회지
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• 제26권2호
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• pp.273-280
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• 2014

목 적 : 토모테라피를 이용한 방사선치료 시 종양의 위치 변화에 따른 피부선량을 알아보기 위해 Gafchromic EBT3 film을 이용하여 피부선량을 측정하고, 치료계획 선량과 비교하여 그 차이를 알아보고자 한다. 대상 및 방법 : 피부선량 측정을 위한 팬톰은 I'm RT Phantom(IBA Dosimetry, Germany)을 사용하였으며, 2.5 mm CT영상을 획득한 후 Pinnacle(ver9.2, Philips Medical System, USA)을 이용하여 종양의 위치와 피부 선량 측정 점을 설정하였다. 종양(40.75 cm3)의 위치는 팬톰의 중앙과 표면으로부터 5 mm, 10 mm 거리로, 토모테이블 감약을 고려하여 팬톰의 천장과 바닥방향으로 대칭하게 각각 설정하였으며, 피부 선량의 측정점은 표면으로부터 3 mm, 5 mm 두께로 3회 반복 측정하였다. TomoHD(TomoHD treatment system, Tomotherapy Inc., Madison, Wisconsin, USA)를 이용하여 토모테라피 치료 계획을 수립하고, Gafchromic EBT3 필름을 팬톰 내 삽입하여 3회 반복 측정한 뒤 측정된 피부 선량과 치료계획 선량을 비교하였다. 결 과 : 팬톰의 상부 측 피부선량은 종양이 중앙에 위치한 경우 5 mm, 3 mm에서 7.53 cGy, 7.25 cGy였으며, 천장 측 피부로부터 5 mm 떨어져 위치한 경우 각각 18.06 cGy, 16.89 cGy, 10mm 떨어진 경우 각각 20.37 cGy, 18.27 cGy의 값을 나타내었다. 팸톰 하부 측 피부선량은 종양이 중앙에 위치한 경우 5 mm, 3 mm에서 각각 8.82 cGy, 8.29 cGy였으며, 하부 측 피부로부터 5mm 떨어져 위치한 경우 각각 21.69 cGy, 19.78 cGy, 10mm 떨어진 경우 각각 20.48 cGy, 19.57 cGy로 나타났다. 종양이 중앙에 위치한 경우의 피부 선량은 치료계획 시보다 3.2~17.1%이상 증가한 반면, 종양이 천장 측 5 mm에 위치한 경우 2.8~9.0%로 감소하였고, 토모테이블 방향으로 피부선량은 치료계획 선량에 비해 평균 11%이상 증가함을 보였다. 결 론 : 이번 연구 결과 토모테라피를 위한 치료 계획 시 피부선량은 실제 피부선량과 오차가 발생하였으며, 특히 토모 테이블 방향으로의 피부 선량은 치료계획상의 피부선량보다 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서 토모 테이블과 근접하여 위치한 종양의 치료 시 정확한 선량 계산 시스템과 피부선량의 검증 노력이 필요할 것으로 사료된다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제27권2호
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• pp.91-102
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• 2009

목 적: 세기조절방사선치료에 있어서 치료 전 환자별 정도관리(QA)에 사용하는 EDR2 필름과 2차원 이온전리함배열(MatriXX), 그리고 전자포탈영상장치(EPID)에 대해 절대선량계와 상대선량계로서의 정확도와 효율성을 평가했다. 대상 및 방법: 6 MV X-선을 이용하여 두 가지 유형(기준 조사면, 오차 평가 조사면)의 세기조절 조사면을 설계하고 EDR2 필름, MatriXX, EPID를 사용하여 절대선량과 상대적 선량분포를 비교, 분석했다. 세 시스템의 절대선량 정확성을 평가하기 위해 세 시스템의 선량 측정값과 전리함 측정값을 비교했고, 상대적 선량분포 평가를 위해 기준 조사면과 의도적으로 MLC leaf 위치를 변형시킨 오차 평가 조사면에서 감마($\gamma$)값과 조사면 수직 프로파일을 분석했다. 또한, 환자별 QA 전 과정을 수행하는데 소요되는 시간을 측정하여 시스템에 따른 업무 부하를 비교했다. 결 과: EDR2 필름, MatriXX, 그리고 EPID의 절대선량 측정값과 전리함 측정값을 비교한 결과 EPID는 1%, MatriXX는 2%, EDR2 필름은 3% 이내의 오차 측정 정확도를 보였다. EDR2 필름과 EPID는 허용기준 3%/3 mm와 2%/2 mm 모두에서 감마값이 1을 초과하는 화소($\gamma$%>1)가 전체 화소의 2% 이내였다. 그러나 MatriXX의 경우 3%/3 mm에서는 1% 이내의 오차를 보였으나 2%/2 mm를 적용한 $10\times20\;cm^2$와 $10\times10\;cm^2$에서는 각각 5.94%와 4.95%로 증가했다. 세 시스템으로부터 얻은 오차 평가 조사면의 선량 분포를 치료계획 장치로부터 얻은 기준 조사면과 중첩하여 감마 분석한 결과, 3%/3 mm에서 EDR2 필름이 -4 mm의 MLC leaf 오차 식별이 가능했고 EPID는 -3 mm 오차를 감지했다. 2%/2 mm의 경우, EDR2 필름과 EPID에서 각각 -3 mm와 -2 mm의 오차 식별이 가능했다. 그러나 MatriXX의 경우 경계가 불분명해 오차 구분이 어려웠다. 환자별 QA 전 과정을 수행하는데 소요되는 시간은 EDR2 필름이 약 110분, MatriXX가 약 80분, EPID가 약 55분이었다. 결 론: 본 연구는 IMRT의 치료 전 환자별 QA를 위한 EDR2 필름, MatriXX, 그리고 EPID의 측정 정확도와 효율성을 분석했다. EDR2 필름과 EPID는 선량 측정 정확도가 우수했으며, MatriXX는 측정 시간이 짧았다. 본 연구 결과는 임상에서 효율적인 IMRT QA 시스템을 구축하는데 좋은 자료가 될 것으로 생각한다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권2호
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• pp.91-98
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• 2012

방사선치료 중 내부 장기의 움직임을 확인하고 이를 보정하는 것은 움직이는 종양에 정확히 방사선을 조사하는데 매우 중요한 역할을 한다. 실제 치료 중 획득한 연속촬영 전자조사 문(cine EPID) 영상을 이용해 치료 중 내부 장기 움직임을 추적하는 오프라인 기반 분석 시스템(IMVS, Internal-organ Motion Verification System using cine EPID)을 개발하였고 모형을 이용하여 개발된 시스템의 정확도와 유용성을 평가했다. IMVS는 cine EPID영상을 이용한 내부 장기 움직임 추적을 위해 내부 표지자를 이용한 유형 정합 알고리즘을 이용했다. 시스템의 성능평가를 위해 폐와 폐 종양을 묘사한 인체 모형과 이를 상하(SI, superior-inferior)방향으로 직선 운동시키는 구동 장치와 제어 프로그램을 고안했다. 모형을 4초 주기로 2 cm 직선 운동 시키면서 10 MV X선으로 3.3 fps, 6.6 fps속도로 cine EPID 영상($1,024{\times}768$ 해상도)를 획득했다. 획득된 cine EPID 영상은 IMVS를 이용하여 표적의 움직임을 추적하고 기존 외부 표지자를 이용한 비디오 영상 기반 추적시스템(RPM, Real-time Position Management, Varian, USA)으로부터 얻은 결과와 비교했다. 정량적 평가를 위해 두 시스템으로부터 움직임의 평균 주기(Peak-To-Peak), 진폭과 패턴(RMS, Root Mean Square)을 측정하여 비교했다. RPM과 IMVS로 측정한 폐 종양 모형의 움직임 주기는 각각 $3.95{\pm}0.02$ (RPM), $3.98{\pm}0.11$ (IMVS 3.3 fps), $4.005{\pm}0.001$ (IMVS 6.6 fps) 초로 실제움직임 주기인 4초와 잘 일치했다. IMVS로 획득한 모형 내부장기의 평균 움직임 진폭은 3.3 fps에서 $1.85{\pm}0.02$ cm, 6.6 fps에서 $1.94{\pm}0.02$ cm으로 실제 진폭 2 cm에 비해 각각 0.15 cm (오차 7.5%) 및 0.06 cm (오차 3%)의 차를 보였다. 움직임 신호의 일치성 평가를 위해 측정한 RMS는 0.1044 (IMVS 3.3 fps), 0.0480 (IMVS 6.6 fps)로 계획된 신호와 잘 일치 했다. cine EPID 영상을 이용하여 내부 표지자의 움직임을 추적하는 IMVS는 모형 실험에서 내부 장기의 움직임을 3% 오차 내에서 확인 가능했다. IMVS는 치료 중 내부장기 움직임을 측정하고 이를 사차원 방사선 치료계획과 비교하여 오차를 보정하는데 기여할 것으로 생각된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제26권1호
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• pp.59-67
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• 2014

목 적 : 폐암의 정위적체부방사선치료시 실제 적용하고 있는 최대강도투사(MIP) 영상과 호흡위상별(0~90%)영상에서 3차원적으로 재구성된 선량 분포 차이를 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 본원에서 정위적체부방사선치료를 시행한 비소세포성 폐암(NSCLC) 환자 5명을 대상으로 4차원 전산화단층영상을 시행하여 10개의 호흡위상별 영상을 획득한 후 최대강도투사 영상을 재구성하여 각 호흡위상별 치료계획을 수립하였고, 2차원 이온전리함과 선량분석프로그램 COMPASS(IBA dosimetry, Schwarzenbruck, Germany)을 이용하여 3차원적으로 재구성된 선량분포를 측정하였다. 이를 이용하여 치료계획 선량분포와 실제 측정 선량분포의 일치성 여부 및 최대강도투사 영상과 호흡위상별 영상에서 선량 분포의 차이를 정량적으로 비교 분석하였다. 결 과 : 최대강도투사 영상 및 호흡위상별 영상에서의 선량분포의 일치성을 알아보기 위한 감마분석 통과율은 대상 환자 모두 99%이상으로 평가기준을 만족 시켰으며, 각각의 환자들에 대한 최대강도투사 영상과 호흡위상별 영상에서 재구성된 선량의 HI(Homogeneity Index) 차이의 평균은 -0.03~0.04로 크지 않았으며, PTV(Planning Target Volume)의 Dmax 차이는 평균 3.30 cGy, 척수는 평균 40 cGy, 양측 폐, 우폐, 좌폐의 $V_{20}$, $V_{10}$, $V_5$ 차이는 평균 -0.04~2.32% 차이를 나타내었다. 또한 모든 환자에 대한 최대강도투사 영상과 호흡위상별 영상에서 재구성된 선량의 HI 차이의 평균은 -0.03~0.03로 크지 않았으며, PTV의 Dmax 차이의 평균은 10% 영상에서 가장 차이가 작았고, 70% 영상에서 가장 큰 차이를 나타내었다. 척수의 Dmax차이의 평균은 50% 영상에서 가장 차이가 작았고, 0% 영상에서 가장 큰 차이를 나타내었다. 폐 $V_{20}$, $V_{10}$, $V_5$의 차이의 평균은 호흡위상별로 일정한 경향성을 나타내지 않았다. 결 론 : 본 연구를 통해 최대강도투사 영상과 각 호흡위상별 영상에서 측정되어 3차원적으로 재구성된 선량분포차이는 일정한 경향을 나타내지는 않았지만 특정 호흡위상에서 선량 분포 차이가 상이한 경우를 볼 수 있었다. 종양의 위치 및 호흡 움직임이 유사한 대상환자군을 선정하여 체계적인 연구를 통해 데이터화 하게 되면 폐와 같이 움직임이 큰 장기의 정위적체부방사선치료시 특정 호흡위상에서 획득한 영상에서의 치료계획이 실제 치료에 적용되어야 하는지에 대한 적합성 여부를 판단 할 수 있을 것이라고 사료된다.