• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제26권3호
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• pp.119-126
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• 2015

본 연구에서는 불규칙적인 종양의 움직임에서 각각의 움직임 파라미터에 의해 발생되는 토모테라피 장비의 선량 오차 특성을 분석하여, 각각의 파라미터가 선량에 미치는 효과를 확인하기 위해 간소화된 이론 모델을 적용, 시뮬레이션 분석을 수행하고자 한다. 간단한 분석적인 모델이 tumor motion parameters에 의한 motion-induced dose error를 분석하기 위해 사용되었다. 분석적인 모델은 실제 tomotherapy 장비를 이용한 static dose와 Simulated tumor motion를 이용하여 dose profile을 획득하는 것이다. 본 연구에서는 Static dose를 얻기 위해 Hi-art tomotherapy unit을 이용하였다. Simulated tumor motion은 internet accessible respiratory trace generator (RTG) program을 이용하여 획득되었다. 종양의 움직임은 불규칙한 정도가 큰 케이스와 작은 케이스, 실제 환자의 종양 움직임을 모사한 케이스로 구분하였다. 불규칙도가 작은 케이스의 경우 종양의 진폭, 주기, 베이스라인 등 종양 움직임 파라미터에 10% 변동을 인가 하였으며, 불규칙도가 큰 케이스의 경우 40%의 변동을 인가 하였다. 위상변동 케이스의 경우 종양의 초기위상이 end inhale, mid exhale, end exhale, and mid inhale으로 나뉘어 졌고, 시뮬레이션을 통해 획득된 각각의 선량분포결과가 비교되었다. 또한, 환자 케이스에서는 임상과 동일한 조건에서의 종양 움직임을 인가하여 선량 오차를 획득하였다. 종양의 움직임에 의한 선량은 시뮬레이션 과정을 통해 계산되었으며 이를 종양의 움직임이 없는 케이스와 비교하여 종양 움직임이 선량에 미치는 영향을 확인했다. 진폭, 주기, 베이스라인 등 종양 움직임 파라미터가 불규칙하게 변하는 경우, 종양이 불규칙하게 움직이는 케이스의 경우 불규칙도가 큰 케이스의 경우가 불규칙도가 작은 케이스와 규칙적으로 움직이는 케이스보다 더 큰 선량오차가 발생하였다. 상쇄 효과는 종양움직임의 불규칙성에 반비례하기 때문에, 종양 움직임의 불규칙성이 큰 케이스의 경우 불규칙성이 작은 케이스, 종양의 움직임이 규칙적인 케이스에 비해 더 적은 상쇄 효과가 발생하였다. 위상변동 케이스의 경우, 불규칙한 종양의 움직임 케이스에서 규칙적인 움직임 케이스보다 더 큰 선량 차이가 관찰되었고, 또한 환자케이스에서 규칙적인 종양의 움직임의 경우보다 더 큰 선량의 차이가 발견되었다. 본 연구에서는 불규칙적인 종양의 움직임에서 각각의 움직임 변수들의 불규칙성에 따른 발생되는 토모테라피에서의 선량 오차 특성을 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 불균일한 종양 움직임의 불규칙성을 제어하는 것에 대한 중요성을 확인할 수 있었고, 이러한 불균일성의 제어의 경우 복부압박이나 호흡 훈련을 통해 해결이 가능할 것으로 생각된다.

• 정보과학회 논문지
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• 제43권3호
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• pp.353-361
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• 2016

폐암 환자의 영상유도 방사선 치료의 경우 환자의 호흡 및 심장박동에 따라 종양의 움직임이 변화할 수 있으므로 치료 시 종양의 움직임을 추적하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 치료계획용 4D MDCT 영상과 치료 시 획득한 4D CBCT 영상의 3차원 영상 정보를 기반으로 종양 움직임을 추적하는 방법을 제안한다. 첫째, 효율적으로 치료 시 종양의 움직임을 추적하기 위해 치료계획용 4D MDCT 영상에서 획득한 종양 움직임 모델을 통해 종양의 전역적 움직임을 예측한다. 둘째, 종양 움직임 추적의 정확성을 높이기 위해 4D CBCT 영상에서 종양 주변의 구조적 정보를 이용해 세부적 움직임을 보정하여 종양의 지역적 움직임을 예측한다. 제안방법의 성능 평가를 위해 디지털 팬텀을 이용해 실험한 결과, 지역적 움직임을 고려했을 때 전역적 움직임만 보정한 경우보다 종양 위치화 오류가 45% 감소하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제28권1호
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• pp.1-10
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• 2017

The difference between three-dimensional (3D) and four-dimensional (4D) dose could be affected by factors such as tumor size and motion. To quantitatively analyze the effects of these factors, a phantom that can independently control each factor is required. The purpose of this study is to develop a deformable lung phantom with the above attributes and evaluate the characteristics. A phantom was designed to simulate diaphragm motion with amplitude in the range 1~7 cm and period up to ${\geq}2s$ of regular breathing. To simulate different tumors sizes, custom molds were created using a 3D printer and filled with liquid silicone. The accuracy of the phantom diaphragm motion was assessed by comparing measured motion with predicted motion. Because the phantom diaphragm motion is not identical to the tumor motion, the correlation between the diaphragm and tumor motions was calculated by a curve fitting method to emulate user-intended tumor motion. Tumors of different sizes were located at same position, and tumor set-up positions were evaluated. The accuracy of phantom diaphragm motion was better than 1 mm. The diaphragm-tumor correlation showed that the tumor motion in the superior-inferior direction increased with increasing diaphragm motion. The tumor motion was larger in the $10cm^3$ tumor than in the $90cm^3$ tumor. The range of difference between the tumor set-up positions was 0 to 0.45 cm. This phantom showed independently adjusting factors such as tumor size and motion to facilitate quantitative analysis of the dosimetric impact of respiratory motion according to these factors.

• Radiation Oncology Journal
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• 제35권3호
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• pp.274-280
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• 2017

Purpose: To see the gross tumor volume (GTV) dependency according to the phase selection and reconstruction methods, we measured and analyzed the changes of tumor volume and motion at each phase in 20 cases with lung cancer patients who underwent image-guided radiotherapy. Materials and Methods: We retrospectively analyzed four-dimensional computed tomography (4D-CT) images in 20 cases of 19 patients who underwent image-guided radiotherapy. The 4D-CT images were reconstructed by the maximum intensity projection (MIP) and the minimum intensity projection (Min-IP) method after sorting phase as 40%-60%, 30%-70%, and 0%-90%. We analyzed the relationship between the range of motion and the change of GTV according to the reconstruction method. Results: The motion ranges of GTVs are statistically significant only for the tumor motion in craniocaudal direction. The discrepancies of GTV volume and motion between MIP and Min-IP increased rapidly as the wider ranges of duty cycles are selected. Conclusion: As narrow as possible duty cycle such as 40%-60% and MIP reconstruction was suitable for lung cancer if the respiration was stable. Selecting the reconstruction methods and duty cycle is important for small size and for large motion range tumors.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2004년도 제29회 추계학술대회 발표논문집
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• pp.115-118
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• 2004

우리의 연구는 호흡에 의해 움직임의 영향을 받는 장기 및 종양에 대해서 조사된 선량분포를 측정하는 것이다. 이 연구를 수행하기 위해, 사전연구로 이전에 발표된 논문을 토대로 호흡에 의해 장기 및 종양의 움직임 변위를 조사하였다. 그리고 조사된 데이터를 활용하여 호흡에 따른 움직임을 구동 시스템을 적용하여 구현하였다. 내부 움직임에 의한 선량분포의 변화를 측정하기 위해서 이 구동 팬톰 시스템을 사용하였다. 이 결과로부터 호흡에 환자의 조사되는 선량분포의 부정확 정도를 평가할 수 있었다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제33권4호
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• pp.379-386
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• 2010

본 연구는 사이버나이프 Synchrony 호흡추적 장치를 이용하여 방사선 수술을 시행한 폐종양 환자 48명을 대상으로 전 치료기간 중 종양의 움직임과 방사선수술의 정확성을 평가하였다. 폐종양의 움직임은 종양이나 종양주변에 삽입된 금침의 좌표를 사이버나이프 영상유도 장치로 측정하였으며, 방사선수술의 정확성은 움직임 추적 컴퓨터(MTS)로 계산된 상관관계 오차로 평가하였다. 폐종양의 움직임은 두미방향으로 평균 $2.63{\pm}1.87\;mm$며, 좌우방향 $1.13{\pm}0.71\;mm$, 전후방향 $1.74{\pm}1.16\;mm$의 움직임을 보였으며, 회전 움직임 정도는 X축 $1.66{\pm}1.66^{\circ}$, Y축 $1.20{\pm}0.97^{\circ}$, Z축 $1.18{\pm}0.73^{\circ}$로 측정되었다. 직선 움직임의 벡터 값은 평균 $3.78{\pm}2.00\;mm$값을 나타냈다. 연구 결과에서 두미방향(p<0.001)과 전후방향(p<0.029), 3차원 벡터 값(p<0.002)들은 종양의 위치가 상부보다 하부의 움직임이 크게 나타나 통계적 유의성을 보였다. 사이버나이프 Synchrony 호흡추적 장치를 이용한 폐종양의 방사선 수술시 상관관계 오차는 전체 평균 $0.95{\pm}0.62\;mm$로 매우 정확한 조사로 종양의 움직임을 보상하여 방사선 수술이 이루어졌으며 그 유용성을 확인할 수 있었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제22권3호
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• pp.107-116
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• 2011

호흡동조 방사선치료 및 체부정위방사선치료시 치료계획과 치료시 치료대상장기가 동일하게 움직이는 것을 확인하는 것은 매우 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 호흡의 상태를 모니터하는 RPM 자료와, OBI 영상을 이용하여, 치료 중 치료장기의 움직임을 유추하고 분석하는 프로그램을 개발하였다. 기개발된 호흡연습/유도장치를 사용하여 환자호흡의 규칙성을 확보하였다. 호흡의 상태는 RPM 자료를 실시간 모니터하고 또 치료 후에 저장된 RPM 자료를 이용하였고, 호흡 변위를 내부장기의 움직임으로 환산하기 위하여 호흡의 0%, 50% 호흡동조 OBI 영상을 촬영하였다. OBI 영상촬영 시각을 기록하여, 해당시각의 RPM 자료를 읽고, RPM의 변위와 OBI에서 관찰한 종양의 움직임의 상호비례계수를 구하였다. 치료 후 RPM 자료를 읽어 RPM 자료의 최대값, 최소값, 평균값과 표준편차를 자동으로 계산하는 프로그램을 Labview로 제작하였고, 계산된 결과는 excel 파일로 출력되도록 고안하였다. 분석된 RPM 자료에 비례계수를 적용하여 치료시행중 대상장기의 움직임을 유추하도록 하였다. 이와 같이 개발한 방법은 구동팬텀을 이용하여 정확성을 시험하였고, 간의 체부정위방사선치료를 받는 10명의 환자에 대하여 개발한 방법을 적용하여 유용성을 평가하였다. 본 연구에서 개발한 호흡분석 방법은 구동팬텀을 이용하여 정확성을 확인하였다. 4 sec 주기의 2 cm의 sine 함수형태의 규칙적인 움직임에서 주기는 0.052 sec (1.3%) 크게, 움직임의 크기는 1.952 cm로 0.048 cm 작게 측정되었다. 환자에게 시험적용에서는 1명의 환자는 치료 전 연습을 위한 가치료시간의 자료분석에서 체부정위방사선치료에 적합하지 않은 것으로 판명되었고, 1명의 환자는 치료계획시보다 장기의 움직임이 크게 분석되어 호흡동조 방사선치료로 전환하였다. 본 연구에서 개발한 호흡분석프로그램은 복부부위의 방사선을 받는 모든 환자들의 내부장기의 움직임을 유추하는 데 유용한 것으로 평가되며, 체부정위방사선치료 대상환자들에 대하여, 치료계획시와 동일하게 움직임이 유지되는지 모니터하는 데 유용하였다.

• Korean Journal of Radiology
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• 제20권1호
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• pp.50-57
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• 2019

In pediatric thoracic CT, respiratory motion is generally treated as a motion artifact degrading the image quality. Conversely, respiratory motion in the thorax can be used to answer important clinical questions, that cannot be assessed adequately via conventional static thoracic CT, by utilizing four-dimensional (4D) CT. However, clinical experiences of 4D thoracic CT are quite limited. In order to use 4D thoracic CT properly, imagers should understand imaging techniques, radiation dose optimization methods, and normal as well as typical abnormal imaging appearances. In this article, the imaging techniques of pediatric thoracic 4D CT are reviewed with an emphasis on radiation dose. In addition, several clinical applications of pediatric 4D thoracic CT are addressed in various thoracic functional abnormalities, including upper airway obstruction, tracheobronchomalacia, pulmonary air trapping, abnormal diaphragmatic motion, and tumor invasion. One may further explore the clinical usefulness of 4D thoracic CT in free-breathing children, which can enrich one's clinical practice.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제15권9호
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• pp.395-402
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• 2015

복부 및 흉부의 방사선 치료 시 호흡에 의한 종양의 움직임을 평가하고, 그 데이터를 활용하여 종양과 정상조직을 구분함으로써 정상조직에 대한 손상을 최소화하고 종양 치료 효과를 극대화 하고자 하였다. 폐암과 간암 환자를 각 20명씩 대상으로 4D-CT simulation과 GE사의 Light speed-16 검사장비로 50% top phase를 기준으로 30~70 % gating phase 구간과 0~90 % full phase 구간에서 움직임을 측정하였다. 폐와 간에서 종양의 full phase가 0~90 % 와 gating phase가 30~70 % 일 경우 GTV의 움직임과 크기를 비교하였다. I(inferior)에서 가장 큰 차이가 있었으며, full phase가 0~90%일 때 종양 움직임의 정도는 상대적으로 컸으며, gating phase를 30~70 % 하였을 때 종양 움직임이 평균 7.1mm 감소된 다는 것을 확인하였다. 동일한 방법으로 4D-CT simulation에서 full phase가 0~90 %일 때 움직임 값과 gating phase가 30~70 % 일 때 움직임 값을 비교해보면 full phase가 0~90% 보다 gating phase가 30~70% 일 때 2배 이상 움직임이 감소한다는 것을 확인하였다. 따라서 4D-CT simulation에서 얻을 결과를 이용하여 환자치료에 적용한다면 정상조직에 대한 피폭을 현저히 경감시킬 수 있을 것이며, 치료 후 방사선 장해와 환자의 고통 감소 등 효과적인 치료 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제26권4호
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• pp.263-270
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• 2008

목 적: 본 연구에서는 로봇 사이버나이프의 호흡추적장치($Synchrony^{TM}$ Respiratory motion tracking system)을 이용하여 방사선수술을 시행한 간 종양환자를 대상으로 치료 중 실시간 종양의 움직임을 정량적으로 측정하고 방사선 수술시 호흡추적장치의 정확성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 사이버나이프 치료를 시행한 간 종양 환자 24명을 대상으로 호흡추적 장치를 이용하여 총 64회의 시술을 시행하였다. 모든 환자에서 초음파를 이용하여 간 종양 근처에 $4{\sim}6$개의 금침을 삽입하였고 치료계획용 컴퓨터 단층촬영 영상을 이용하여 치료계획을 세웠다. 매 치료 시 금침의 위치는 치료계획 시 만들어진 디지털 재구성 방사선 영상(Digitally Reconstructed Radiography; DRR)과 실시간으로 촬영되어진 방사선영상(X-ray image)으로 확인하고, 이 결과를 MTS (Motion Tracking System)을 통해 Mtsmain.log 치료파일 형식으로 저장하여 종양의 움직임을 측정하였다 또한 사이버나이프를 이용한 방사선 수술 시 호흡추적장치의 정확성은 실시간 금침의 위치와 미리 예측된 좌표 사이의 상관관계 오차(Correlation Error)로 평가하였다. 결 과: 간 종양의 직선형태 움직임은 SI (Superior-Inferior)방향으로 최대 23.5 mm, 평균 $13.9{\pm}5.5\;mm$, LR (Left-Right)방향으로 최대 3.9 mm, 평균 $1.9{\pm}0.9\;mm$, AP (Anterior-Posterior)방향으로 최대 8.3 mm, 평균 $4.9{\pm}1.9\;mm$였으며 간 종양의 회전 운동 정도는 X (Left-Right)축 회전은 최대 $3.3^{\circ}$, 평균 $2.6{\pm}1.3^{\circ}$, Y (Cranio-Caudal)축회전은 최대 $4.8^{\circ}$, 평균 $2.3{\pm}1.0^{\circ}$, Z (Anterior-Posterior)축 회전은 최대 $3.9^{\circ}$, 평균 $2.8{\pm}1.1^{\circ}$로 측정되었다. 또한 치료의 정확성을 평가하는 상관관계 오차는 평균 $1.1{\pm}0.7\;mm$였다. 결 론: 본 연구에서 방사선 수술 중 간 종양의 실시간 움직임을 정량적으로 확인할 수 있었고 로봇 사이버나이프의 호흡추적 장치를 이용한 방사선 수술의 정확성을 평가할 수 있었다 이를 토대로 간 종양의 방사선 수술이나 일반적인 방사선치료에 있어서 치료용적의 결정과 움직임에 대한 유용한 정보를 제공할 것이라 생각된다.