• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제33권4호
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• pp.136-141
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• 2022

Purpose: This study aimed to develop a breath control training system for breath-hold technique and respiratory-gated radiation therapy wherein the patients can learn breath-hold techniques in their convenient environment. Methods: The breath control training system comprises a sensor device and software. The sensor device uses a loadcell sensor and an adjustable strap around the chest to acquire respiratory signals. The device connects via Bluetooth to a computer where the software is installed. The software visualizes the respiratory signal in near real-time with a graph. The developed system can signal patients through visual (software), auditory (buzzer), and tactile (vibrator) stimulation when breath-holding starts. A motion phantom was used to test the basic functions of the developed breath control training system. The relative standard deviation of the maxima of the emulated free breathing data was calculated. Moreover, a relative standard deviation of a breath-holding region was calculated for the simulated breath-holding data. Results: The average force of the maxima was 487.71 N, and the relative standard deviation was 4.8%, while the average force of the breath hold region was 398.5 N, and the relative standard deviation was 1.8%. The data acquired through the sensor was consistent with the motion created by the motion phantom. Conclusions: We have developed a breath control training system comprising a sensor device and software that allow patients to learn breath-hold techniques in their convenient environment.

• 대한방사선치료학회지
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• 제27권1호
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• pp.23-30
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• 2015

목 적 : 외부표지자 호흡움직임 측정 장치(RPM; Real-time Position Management, Varian Medical System, USA)를 이용한 간암 호흡동조 방사선치료 시 호흡신호와 방사선 조사 시간 및 실제 조사된 호흡위상을 분석하여 호흡움직임 측정 장치를 이용한 호흡동조 방사선 치료의 정확도를 평가하였다. 대상 및 방법 : 2014년 5월부터 9월까지 Novalis Tx.(Varian Medical System, USA)와 RPM을 이용하여 간암 호흡동조 방사선치료(Duty Cycle 20%, Gating window 40% ~ 60%)를 시행한 환자 총 16명의 치료 시 기록된 호흡움직임을 분석하였다. RPM에 기록된 외부표지자의 호흡움직임을 후행적 분석을 통해 호흡위상으로 재구성하였으며, 재구성된 호흡위상을 이용하여 기록된 Beam-on Time과 Duty Cycle에 대해 RPM을 사용한 호흡동조 방사선치료의 예측 정확도를 분석하고, 호흡움직임의 재현성에 따른 Duty Cycle과 예측 정확도의 상관관계를 분석하였다. 결 과 : 대상 환자 16명의 치료계획 시와 실제 치료 시 호흡주기 차이는 평균 -0.03초(범위 -0.50초 ~ 0.09초)로 분석되었으며 두 호흡간의 통계적 차이는 확인할 수 없었다(p=0.472). 치료 시 평균 호흡주기는 4.02 sec (${\pm}0.71sec$), 치료 중 호흡주기 표준편차의 평균값은 7.43%(범위 2.57% ~ 19.20%)로 분석되었다. 실제 Duty Cycle은 평균 16.05%(범위 13.78% ~ 17.41%)로 나타났고 이 중 후행적 분석을 통해 평균 56.05%(범위 39.23% ~ 75.10%)가 계획된 호흡위상(40% ~ 60%)에서 조사되었음을 확인하였다. 호흡주기의 표준편차와 Duty Cycle과 계획된 호흡위상에서 조사된 비율의 상관관계는 각각 -0.156 (p=0.282)와 -0.385 (p=0.070)으로 분석되었다. 결 론 : 본 연구는 실제 치료 중 기록된 외부표지자의 호흡움직임을 후행적으로 분석하여 치료 중 호흡움직임의 재현성 및 Duty Cycle, 계획된 호흡동조창에서의 실제 치료 비율 등을 확인하였다. 4DCT를 이용한 치료계획과의 오차를 최소화하고 효율적인 치료를 위해 호흡훈련 및 호흡신호 모니터링의 강화가 필요 할 것으로 판단된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권2호
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• pp.72-78
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• 2014

연구의 목적은 의사호흡정지(QBH) 바이오 피드백이 의료영상획득 시간의 큰변화 없이 잔류 호흡 운동을 조절함으로써 호흡 운동에 의한 영상 오류를 줄이고, 게이트 3차 흉부 자기 공명 영상을 향상시킬 수 있다는 가설을 실험하는 것이다. 가설을 확인하기 위해 건강한 다섯 사람을 대상으로 3T 지멘스 엠알아이의 호흡 탐색기가 포함된 T2 가중 스페이스 엠알 펄스 시퀀스를 이용해 두번의 게이트 자기공명 영상 연구를 시행 하였다: 자유 호흡 상태와 의사호흡정지 바이오 피드백 호흡상태, 의사호흡정지 바이오 피드백 시스템은 알피엠(RPM) 시스템(실시간 위치 관리시스템, 베리안)을 사용하여, 복부의 외부 위치를 측정하고, 음향과 시각적으로 각각의 호흡주기의 90% 위치에서 2초 숨을 정지하도록 안내하는 방법을 사용했다. 평가방법은 의사호흡정지 바이오 피드백 시스템을 이용시 간 상부의 호흡정지모습의 재현성이 게이팅 영역 내에서 향상되는지를 지원자의 실험을 통해 평가하였다. 자유호흡상태와 의사호흡정지 바이오 피드백상태에서 3차 흉부자기공명영상내에 호흡 운동에 의한 영상 오류와 게이팅영역 내에서의 잔류 호흡 운동 조절여부도 함께 평가했다. 또한, 복부 변위의 RMSE도 (제곱근오차) 조사되었다. 의사호흡정지 바이오 피드백방법을 사용함으로 자유호흡의 경우보다 게이트 3차 흉부 엠알 영상에서 폐와 간에서 호흡운동에 의한 영상오류의 감소 결과를 획득했다(영상획득시간: ~6분). 이는 의사호흡정지 바이오 피드백사용시, 게이팅 영역에서 복부 운동 감소와 횡경막의 잔류 움직임 감소가 일치함을 의미한다. 따라서, 알피엠을 통해 얻은 복부 변위의 전체 자료에서평균 RMSE는 (제곱근오차) 자유 호흡의 2.0 mm에 비해 7 mm (67% 감소, p값=0.02)로 감소하였으며, 게이팅영역만을 고려했을때는 자유 호흡의 1.7 mm가 의사호흡정지 바이오 피드백 호흡을 사용함으로써 0.7 mm (58 % 감소, p값=0.14) 로 개선되었다. 선형 피팅을 사용하여 얻은 평균 기준 이동값은 의사호흡정지 바이오 피드백 을 사용하면 자유 호흡 5.5 mm/분보다 0.6 mm/분(89% 감소, p값=0.017)으로 감소되었다. 이 연구는 의사호흡정지 바이오 피드백을 이용해 게이트 3차 흉부 자기 공명 영상 중에 간 상부의 호흡정지 재현성이 향상되는 것을 보여 주었다. 이 시스템은 내부 해부학의 운동을 조절함으로써 게이트 의료 영상과 방사선 치료에 임상적으로 적용 할 수 있다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제27권1호
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• pp.73-78
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• 2015

목 적 : 본 연구는 위상 기반 방식으로 배열 된 사차원 전산화 단층 촬영 영상(4DCT, 4-dimensional computed tomography)를 이용하여 진폭 기반 방식으로의 재구성 하였을 때의 위상 차이를 분석하였다. 대상 및 방법 : 2015년 02월부터 03월 까지 호흡동조 방사선 치료를 받은 간암 환자 10명의 사차원 전산화 단층 촬영 영상을 대상으로 분석 하였다. RPM respiratory gating (RPM 1.7.5, Varian, USA)장치를 이용하여 위상 기반 배열 방식의 호흡주기별 영상을 획득 하였으며, 획득된 호흡 주기별 영상은 치료계획시스템(Pinnacle 9.2, Philips, USA)을 이용하여 호흡주기별 복부의 움직임 값을 측정하였다. 최대 호기(50%)와 최대 흡기(0%)에서의 복부 움직임을 진폭으로 하여 10개 위상의 진폭 기반 호흡위상을 재구성하고, 이를 위상 기반 사차원영상촬영영상의 호흡 위상과 비교하였다. 결 과 : 위상 기반 및 진폭 기반 사차원단층촬영영상으로 재구성한 영상에서의 위상 차이는 최대 30% 호흡위상에서 확인할 수 있었으며, 30% 호흡 위상에서 평균 0.13 cm (최대 0.24 cm)의 위치 차이를 확인할 수 있었고, 동일 측정 점 위치가 가지는 위상차는 30% 위상에서 평균 8.7%(최대 16.5%)의 위상차를 확인하였다. 전체 호흡 구간에서 평균 위치 차이는 0.4 cm, 평균 위상 차이는 13.0% 임을 확인하였다. 결 론 : 본 연구 결과는 위상 기반 방식으로 배열된 4DCT 영상을 진폭 기반 방식으로의 변환하였을 때 계산 값과 실측값을 분석한 결과 최대 16.5% 의 위상차가 발생함을 확인하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권2호
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• pp.174-182
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• 2010

본 연구는 호흡 정보를 갖고 있는 PET 영상의 표준섭취계수(SUV: standard uptake value)를 이용하여 보다 정확하고 편리한 호흡동조 방사선치료의 metabolic target volume (MTV) 적용에 대한 유용성을 평가하고자 하였다. 평가를 위해 4D 팬텀에 임의의 인공산물을 만들어 PET 영상을 획득하였으며, 최대 SUV를 기준으로 임의로 설정한 50%, 30%, 그리고 5%의 SUV에서의 VOIs (Volumes Of Interest)와 호흡동조 방사선치료를 위한 4D-CT를 통해 획득한 호흡위상백분율에서 설정한 GTV (Gross Target Volume)을 비교하였다. 4D-CT를 통해 얻은 총합 GTV와 PET 영상의 30% SUV로 얻은 VOI와의 비교는 50%의 SUV로 얻은 VOI의 비교 결과보다 종(Longitudinal) 방향에서의 오차가 상당히 감소되었으며 4D 총합 CTV와 가장 일치하는 PET 영상은 5% SUV로 얻은 VOI로 관찰되었다. 4D PET/CT에서 전체 호흡의 25% 흡기에서 25% 호기까지 호흡위상백분율 영상의 30% SUV로 얻은 VOI는 IGRT (Image-guided radiation therapy)에 적용되는 4D-CT의 동일한 호흡위상백분율 영상에서 설정한 GTV와 비교한 결과, 최대 0.5 cm 이하로 잘 일치하였으며 4D PET의 5% SUV로 얻은 VOI의 경우 모든 방향에서 잘 일치하였다. 따라서 IGRT의 MTV 적용에 있어서 일반 PET 영상의 이용보다 4D PET 영상의 적용이 더 유용함을 보였다. 본 연구결과 현재 핵의학과에서 인체종양의 VOI를 30% SUV로 권고하고 있지만 30% 이하의 주변 SUV와 구분되는 최소 SUV를 선택해 적용한다면, 더욱 유용한 MTV 적용이 될 것으로 판단된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제19권1호
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• pp.14-20
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• 2008

본 연구는 호흡조절방사선치료(Respiration gated radiotherapy)를 위해 종양의 실제 움직임과 호흡조절감시장치로 측정한 피부움직임과의 차이를 분석하여 호흡조절방사선치료 시 발생 가능한 오차를 예측하고자 하였다. 호흡에 따른 종양의 움직임을 알아보기 위해 본원에서 2007년1월 10일부터 2월 28일까지 횡경막 주위의 종양 움직임이 큰 폐부위 환자8명, 복부부위 환자 2명에 대해 투시검사기와 호흡조절감시장치를 이용하여 종양의 움직임 영상 및 복부에 위치시킨 적외선 반사장치의 움직임을 측정하였으며, 이 두 측정값의 차이를 정량적으로 비교 평가하였다. 투시검사기에서 종양의 움직임은 $1.3{\sim}3.5cm$ 종축방향(craniocaudal direction)으로 측정되었으며, 호흡조절감시장치는 $0.43{\sim}2.19cm$ 종축방향(craniocaudal direction)의 움직임이 측정되었다. 두 측정값의 비는 $1.31{\sim}5.56$으로 나타났으며 정규화 한 두 값의 표준편차는 $0.08{\sim}0.87cm$ (평균 0.204 cm)로 나타났다. 위상차가 존재한 patient 3를 제외하면 평균 0.13 cm, 최대 0.23 cm의 차이를 보이고 있다. 호흡조절감시장치로 종양의 움직임을 예측할 경우 0.23 cm 차이 이내에서 잘 예측됨을 말 수 있었고, 이 결과로 호흡조절방사선치료 시 0.2cm 정도 오차범위 내에서 치료가 가능할 것으로 예측된다. 다만 위상차이가 있는 환자는 호흡조절방사선치료를 적용하지 않는 것이 바람직하다고 생각된다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제27권4호
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• pp.228-239
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• 2009

목 적: 비소세포성 폐암에서 호흡동기방사선치료의 이득을 평가하고 이런 치료법의 적용으로 이득이 있을 환자들을 선택하기 위한 예측인자들을 선정하기 위하여 방사선치료를 위해 시행되었던 4-dimensional computed tomography (4DCT) 영상들을 후향적으로 분석하였다. 대상 및 방법: 15명의 병기 1~3기 비소세포성 폐암 환자들에서 3 종류의 다른 계획용표적체적(PTV)을 사용하여 치료계획들이 수립되었다. 즉 PTVroutine은 동기창(gating window)의 중심에 해당되는 단일 bin의 육안적종양체적(GTV)에 통상적인 균일 margin을 적용해 구성하였고 환자 특이적인 PTVall phases는 호흡주기 내 모든 6 bins의 복합 GTV로부터 구성되었다. 그리고 호흡동기치료에 사용된 PTVgating은 호기말단(end-exhalation)에서 3 연속적인 bins의 복합 GTV로부터 구성되었다. 결 과: PTVroutine에 비해 PTVall phases는 43.2%의 PTV 감소율을 나타냈고, PTVgating은 PTVall phases와 비교해서 9.5%의 추가적인 PTV 감소율을 보였다. PTVroutine과 비교해서 PTVall phases와 PTVgating의 사용은 평균폐선량(MLD)을 각각 18.1%와 21.6% 감소시켰고 $V_{20}$은 각각 18.2%와 22.0% 감소되었다. 종양 움직임과 용적 분석들을 통해 선택된 3D 움직임벡터, 호흡동기로 인한 3D 움직임의 감소크기와 PTV 감소율, 그리고 두 극단의 호흡단계 GTV들 간에 서로 중복되는 용적의 비율 같은 예측인자들은 호흡동기로 인한 추가적인 MLD, $V_{20}$ 감소율들과 유의한 상관성을 보였다. 결 론: 4DCT를 이용한 환자 특이적 PTV의 사용과 비교해서 호흡동기로 인한 추가적인 이득은 크지 않았으나, 이러한 이득은 예측인자들에 따라 분명한 상관성과 차이를 보였다. 이런 예측인자들은 호흡동기방사선치료에 적합한 환자들을 선택하기 위해 유용할 것이다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제47권1호
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• pp.8-15
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• 2022

Background: We developed a machine vision technology program that tracks patients' real-time breathing and automatically analyzes their breathing patterns. Materials and Methods: To evaluate its potential for clinical application, the image tracking performance and accuracy of the program were analyzed using a respiratory motion phantom. Changes in the stability and regularity of breathing were observed in healthy adult volunteers according to whether the breathing pattern mirrored the breathing guidance. Results and Discussion: Displacement within a few millimeters was observed in real-time with a clear resolution, and the image tracking ability was excellent. This result was consistent even in the sections where breathing patterns changed rapidly. In addition, the respiratory gating method that reflected the individual breathing patterns improved breathing stability and regularity in all volunteers. Conclusion: The findings of this study suggest that this technology can be used to set the appropriate window and the range of internal target volume by reflecting the patient's breathing pattern during radiotherapy planning. However, further studies in clinical populations are required to validate this technology.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권2호
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• pp.127-136
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• 2010

최근 시행되고 있는 호흡동조 방사선치료는 환자의 호흡의 주기를 이용하여 일정 주기에만 방사선을 조사하는 최신 방사선치료기술로 4D Computed Tomography와 RPM (Real-time Position Management) 시스템과 같은 호흡 모니터링 시스템의 개발로 환자들에게 시행이 되고 있다. 그러나 이러한 호흡동조 방사선치료에 대한 정도 관리는 아직 체계적으로 수행되고 있지 않으며 특히 환자에게 계획된 방사선치료선량이 환자의 호흡에 따라서 치료계획된 대로 조사되는지에 대한 정도관리에 대한 필요성이 요구되고 있다. 따라서 본 기관에서는 환자의 호흡신호를 사용하여 환자의 움직임을 동일하게 모사할 수 있는 팬텀을 제작하여 호흡동조 방사선치료의 2차원적 선량 분포를 평가할 수 있는 시스템을 구축하였고 특정환자의 호흡신호와 방사선치료계획을 이용하여 검증하였다. 환자의 호흡신호는 LabVIEW 7.0을 이용하여 모사하였고, 자체 제작한 팬텀 및 Kodak EDR2 필름을 사용하여 방사선을 조사한 뒤 gamma index를 사용하여 2차원 선량 분포를 비교 분석하였다. 본 연구에서 개발된 4D 정도관리 시스템을 좀 더 보완하여 호흡동조 방사선치료 과정에 있어서 조사선량의 적정성을 평가할 수 있는 정도관리 시스템으로 사용할 수 있을 것이라 생각된다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제35권2호
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• pp.63-68
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• 2010

방사선치료의 최대 목표는 정상조직을 보호하고 종양부위에 방사선량을 충분히 조사하는 것이다. 그 중에서 환자호흡에 의한 문제점을 보안하기 위해 환자호흡에 따른 주기적 움직임을 분석하여 안정된 일정영역에서만 방사선이 조사되도록 하는 호흡동조방사선치료 방법이 임상에서 활용되고 있다. 본 논문은 특히 호흡에 의해 움직임 영향을 많이 받는 간암 환자 40명을 대상으로 실제 방사선 치료 계획에 이용되는 4D-CT와 호흡동조방사선 치료에 사용하는 RPM을 이용하여 간암의 움직임을 환자의 나이, 성별 및 움직임 방향으로 나누어 분석하였다. 움직임의 변화는 방향으로는 right-left($3.19{\pm}1.29$), anteroposterior($5.44{\pm}2.07$), craniocaudal($12.54{\pm}4.70mm$)이었고, 이는 성별과 관련이 없고 나이가 고령일수록 움직임이 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 호흡에 의해 움직임으로 인한 치료부위의 방향이 변화가 생김으로 RPM 호흡동조방사선 치료로 움직임에 대한 보정을 실시하여 간암 치료에서 치료효과를 높일 수 있다.