Analysis of the major factors of influence on the conditions of the Intensity Modulated Radiation Therapy planning optimization in Head and Neck

서 론

세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)는 삼차원 입체조영치료(3-Dimentional Conformal Radiation Therapy, 3D CRT)에서 구현할 수 없 는 선량분포를 만들어내며 정상조직을 보호하고 치료용적 에 적절한 선량을 부여한다[1-3]. 세기조절방사선치료계획 은 목적된 선량이 구현될 수 있도록 치료계획 최적화 과정 (Optimization)을 통해 각 조사야의 선량 분포를 형성하고 궁극적으로 이상적인 치료계획을 완성시킨다.⁴⁾ 이러한 최

적화 과정을 실시 할 때 관계되어 있는 1차적인 인자가 용 적선량-조건강도(Priority, Constrain)와 선량부드럼강도 (Smooth)이다.⁵⁾이 두 가지 인자는 최적화를 실시할 때, 치 료계획의 목적을 달성하기 위한 기본 값이며, 주요한 조절 인자이다. 치료계획용적(Planning Target Volume, PTV)과 정상조직의 선량을 결정하기 위한 가장 영향력 있는 변수 이기도 하다. 치료계획시스템은 최적화에서 이 두 인자를 조절할 수 있도록 되어 있으며, 선량설계사는 이 값을 조절 하여 적절한 치료계획을 수립한다. 이 때, 두 인자들의 절 대적인 정답은 없다. 각 치료계획의 목적에 맞게 값들을 조 절하는데, 정형화된 규칙이나 권고안은 참고만 될 뿐 선량 설계사의 경험과 숙련된 기술에 의존된다. 따라서 치료계 획을 위해선 많은 인자들을 고려해야 하고 전문교습과정이 필요하다. 또한 각각의 인자들이 선량분포에 미치는 영향

두경부 세기견조방사선치료계획 최적화 조건에서 주요 인자들의 영향 분석

국제성모병원, 강릉아산병원, 서울아산병원 방사선종양학과

목 적 :최적화 알고리즘에 적용되는 최적화 인자들의 영향을 고려하여, 가장 적합한 인자 값을 도출함으로써 이상적인 치료계획을 쉽게 설계할 수 있도록 하고자 한다.

대상 및 방법 : 본 연구의 세기조절방사선치료에서 선량계산 알고리즘은 PBC(Pencil Beam Convolution)이고, 최적화 알고리즘은 DVO(Dose Volume Optimizer 10.0.28)이다. 두경부 환자의 세기조절방사선치료에서 치료계획용적의 처방선량은 동시에 2.2 Gy와 2.0 Gy가 될 수 있도록 하 였다. 치료계획은 6 MV, 7개의 조사야로 역선량계산방법으로 수립하였다. 최적화 알고리즘 인자는 용적선량-조건강도(Priority, Constrain), 선량부 드럼강도(Smooth)로 선정하고, 각 인자들의 변화량에 따른 치료계획의 영향을 분석하였다. 용적선량-조건강도는 기준 조건강도를 정하고, 비율은 같지만 절대 값은 다른 최적화 과정을 실시하였다. 또한 조건강도의 절대 값에 변화에 따른 치료용적과 주변 정상장기들을 평가하였다. 선량부드럼 강도는 기준 조건의 단순 변화와 용적선량-조건강도와 관련시킨 변화를 치료계획에 반영시켰다. 치료계획은 처방선량지수(Conformal Index, CI), 처방선량포함지수(Paddick’s Conformal Index, PCI), 선량균질지수(Homogeneity Index, HI)와 각 장기의 평균선량으로 평가하였다.

결 과 : 용적선량-조건강도의 비율을 동일하게 하고 절대 값을 변화 시켰을 때 CI값은 다르지만, PCI는 1.299±0.006, HI는 1.095±0.004, D5%/D95%는 1.090±1.011으로 처방선량에 대한 영향은 유사하였다. 이하선의 평균선량은 용적선량-조건강도의 절대 값이 40, 60, 70, 90으로 증가될 때, 67.4, 50.3, 51.2, 47.1 Gy로 감소하였다. 각각의 치료계획에서 선량부드럼강도를 증가시켰을 때, PCI는 1.338±0.006로 증가된 값을 보였다.

결 론 : 용적선량-조건강도는 절대적인 값보다 각 조건의 비율에 따라 최적화 알고리즘에 영향을 주었다. 절대 값이 다르더라도 같은 비율을 유지 하면 유사한 치료계획이 수립되었다. 성공적인 치료계획을 수립하기 위해 특히 보호해야할 정상장기의 용적선량-조건강도는 치료용적의 용적선 량-조건강도의 50%이상 되어야한다. 선량부드럼강도는 용적선량-조건강도에 따라 비례하여 증가하거나 감소하여야 한다. 단순히 절대 값으로 적 용하면 용적선량-조건강도는 그 조건을 충분히 만족시키지 못한다.

핵심용어 :방사선치료계획, 선량 최적화 , 용적선량-조건강도, 선량부드럼강도

김대섭, 이우석, 윤인하, 백금문

본 논문은 2014년 3월 21일 접수하여 2014년 4월 30일 채택되었음.

책임저자 : 김대섭, 국제성모병원 방사선종양학과 인천광역시 서구 심곡로 100번길 25 Tel : 032) 290 - 3396

E-mail : [email protected]

이 있음에도 불구하고 정확하고 신뢰 있는 제안은 없다. 본 연구에서는 용적선량-조건강도와 선량부드럼강도가 달라 짐에 따른 최적화 변화를 살펴보고, 구현된 선량분포의 영 향을 분석하고자 한다.

대상 및 방법

1. 최적화 및 선량계산 알고리즘

치료계획시스템은 이클립스(Eclipse v10.0, Varian, USA)을 이용하였다. 이클립스는 세기조절방사선치료계획 의 최적화 알고리즘으로 선량용적 최적화기법(Dose Volume Optimizer, DVO)을 사용하고, 선량계산 알고리즘 은 펜슬 빔 컨벌루션(Pencil Beam Convolution, PBC)과 이방성(異方性) 분석 알고리즘 (Anisotropic Analytical Algorithm, AAA)을 사용할 수 있다.⁶⁾ 본 연구에서는 선량 계산 알고리즘을 PBC로 사용하였다. DVO로 최적화를 시 키고 AAA을 사용하여 계산을 하였을 경우, 알고리즘의 차 이로 인하여 선량분포가 다르기 때문에, 최적화 인자 조건 만을 평가하기에는 PBC로 계산하였을 때가 DVO 최적화 조건과 유사하였기 때문이다.

2. 치료계획용적 및 정상장기

치료계획용적(PTV)은 두 가지로 정의하였다. 1회당 치료 에서 치료계획용적-G(PTV-G)는 2.2 Gy, 치료계획용적- C(PTV-C)는 2.0 Gy를 처방하였다. 관심 정상장기는 척수 (Spinal cord), 뇌간(Brainstem), 구강(Oral cavity), 좌우 이 하선(Parotid)으로 설정하고 평균선량과 최대선량을 계산 하였다. 또한 치료계획용적과 정상장기를 위한 보조 용적 을 설정하여 치료계획용으로 적용하였다. 모든 치료계획을 위한 용적은 피부에서 가까울지라도 체표면에서 2 mm 안 쪽으로 설정하였다. 만약 GTV가 피부에 가깝다면 조직등 가물질로 보상할 것이다. _PTV C는 PTV-G에서 1 mm 떨 어진 PTV-C이고, 치료계획용 정상조직은 PTV-C에서 4 mm 떨어뜨렸다. 선량의 균질성을 높이기 위해 사용될 용 적(Organ At Risk,OAR)을 PTV에서 4 mm 떨어지고, 2 cm 의 여유(margin)로 설정하였다.

3. 기준 최적화 조건

최적화를 실시하기 위해 선량설계사가 설정할 수 있는 값은 정상조직목표값(Normal Tissue Objective, NTO), 상

한 용적선량조건-강도(Upper priority), 하한 용적선량-조 건강도(Lower priority), 가로-세로 선량부드럼강도값(X-Y Smooth value)이 있다. NTO는 설정된 값 만큼 PTV에서 떨어져 선량이 감소하는 정도를 정하는 값이다. 마치 PTV 를 가상의 용적이 둘러 싸고 선량을 감소시키는 역할을 한 다. 따라서 결과적으로 정상조직을 보호할 수 있다. 상한 용적선량조건-강도는 용적-선량의 상한 값을 설정한다. 예 를 들어, 용적 20%, 선량 200 cGy, 용적선량조건-강도 150 이면, 200 cGy가 부여되는 용적이 20%를 넘지 말고 그 조 건은 150 이라는 의미이다. 마찬가지로 하한 용적선량조 건-강도는 용적-선량의 하한 값이고, 만약 용적 98%, 선량 5000 cGy, 용적선량조건-강도 350이라면 5000 cGy의 선량 이 부여되는 용적이 98% 이상이 되도록 하고 그 조건은 350이라는 뜻이다. 따라서 상한 및 하한 용적선량조건-강 도는 치료계획용적에 필요하고, 정상장기에는 상한 용적선 량조건-강도만 필요하다. 여기서 조건 값은 0에서 999까지 설정되고 상대적인 의미를 가진다.

치료계획의 최적화는 1회만 실시하고 결과를 분석하였 다. 최적화는 많이 실시 할수록 보다 적합한 치료계획이 만 들어지고, 이 때 선량설계사의 경험과 기술이 반영되기 때 문에, 1회 적용한 최적화 조건을 기준으로 하였다. 먼저 기 준이 되는 Plan_100을 수립하였다. 치료계획용적에 동시차 등조사(Simultaneous Integrated Boost, SIB)을 실시하기 때문에 PTV-G와 PTV-C에 대하여 각각 용적선량조건-강도 를 설정하였다. 이때, 하한 용적선량조건-강도를 100으로 설정하고 정상장기의 용적선량조건-강도를 상대적으로 설 정하였다. 처방용적의 선량 값은 처방선량만큼 설정하고, 정상장기의 선량 값은 TD5/5이내가 되도록 정하였다.

NTO는 PTV에서 5 mm 떨어진 곳부터 90%선량으로 시작 해서 30% 선량까지 선량감소가 0.2가 되도록 값을 넣었다.

기준 선량부드럼강도는 조사야의 가로방향(X)으로 70, 세 로방향(Y)으로 50이 되도록 하였다. 이러한 기준 조건의 Plan_100를 만들어 최적화를 1회 실시하고, 선량 계산을 실시하였다.

4. 최적화 조건의 변수

최적화 조건을 3가지 측면에서 변화시켜보고 그 영향을 평가하고자 하였다. 먼저 용적선량조건-강도의 절대값과 상대 값의 영향이다. 용적선량조건-강도는 0부터 999까지 적용할 수 있다. 정상조직의 용적선량조건-강도가 절대 값 은 다르더라도 비율이 같을 경우, 선량의 영향을 보고자 하 였다. 기준 치료계획인 Plan 100에서 치료계획용적의 용적 선량조건-강도를 250, 500, 700(Plan_250, 500, 700)으로

바꾸고 정상조직의 용적선량조건-강도를 그 비율만큼 조절 하였다.

두 번째는 선량부드럼강도의 영향이다. 기준조건은 X,Y 방향으로 70과 50이다. 용적선량조건-강도의 관계도 분석 하기 위해 두 치료계획에 대하여 각각 선량부드럼강도를 변화시켰다. Plan 250_S는 처음 70/50으로 최적화를 시작 하고 최적화 마무리 단계에서 선량부드럼강도를 500/500 으로 변화시켰다. Plan 700_S은 70/50에서 500/500으로 변 화시켰다.

마지막으로 치료계획용적의 용적선량조건-강도가 일정 할 경우, 정상조직의 용적선량조건-강도의 변화에 따른 선 량 분포를 알아보고자 하였다. 역시 Plan 100를 기준으로 하고, Plan 100_2는 정상조직의 용적선량조건-강도가 Plan 100보다 낮게 설정하고, Plan 100_3, Plan 100_4는 Plan 100보다 정상 조직의 priority를 보다 크게 설정하였다. 이 렇게 기준 조건을 설정하고 각 인자들의 영향을 나타내기 위한 조건을 변화시킨 자세한 값을 Table 1에 나타내었다.

5. 선량평가

치료계획용적의 선량 평가는 처방선량지수(Conformal Index, ICRU 62), 처 방 선 량 포 함 지 수 (Paddick’s Conformal Index), 선량균질지수(Homogeneity Index)와

D5%/D95%로 평가하였고,⁷⁾ 정상장기 중 이하선, 구강, 뇌 간은 평균 선량을 평가하고, 척수는 최대선량과 D0.05 cc 를 평가하였다.

여기서, CI는 처방된 선량의 용적(V^TV)을 치료계획용적 (V^PTV)으로 나눈 값이고(식1), PCI는 처방된 선량의 용적과 치료계획용적을 곱한 값을 처방된 선량의 용적과 치료계획 용적이 겹치는 용적의 제곱으로 나눈 값이다(식2). HI는 최 대선량의 처방선량으로 나눈 값이고(식3), D5%/D95%는 5% 용적의 선량을 95% 용적의 선량으로 나눈 값이다. 척수 의 D0.05cc는 척수 용적의 0.05cc가 부여되는 선량이다.

Conformity Index(ICRU 62)= 식1

Paddick’s Conformity Index= 식2

Homogeneity Index= 식3

결 과

Plan_100에서 PTV-G의 CI는 1.125으로 Plan_250, 500, 700의 CI보다 높았고, PTV-C의 CI는 Plan 100이 낮았지만, 모든 치료계획의 PCI(1.299±0.006), HI(1.095±0.004),

VTV

VPTV

VTV×VPTV

(VTV∩VPTV)² Dmax

Prescription Dose Table 1. Planning configuration

Constrain Priority

Plan_100 Plan_250 Plan_500 Plan_700 Plan_250_S Plan_700 Plan_100_2 Plan_100_3 Plan_100_4 Volume

(cc) PTV-G

(2.2 Gy) _PTV-C (2.0 Gy) OAR Spinal Cord Brainstem SC_OAR Oral cavity RT Parotid LT Parotid

Etc NTO Smooth

Dose (cGY) 0

100 0 95 100

0 0 0 0 0 15 15 0

0.5/90/30/0.2 60 150 300 420 150 420 40 70 70

X : 70, Y : 50 X : 500, Y : 500 X : 70, Y : 50 223

216.7 200 195 190 171 100 100 100 120 40 40 50

120 100 140 100 100 60 40 40 32 60 60 60 32

300 250 350 250 250 150 100 100 80 150 150 150 80

600 500 700 500 500 300 200 200 160 300 300 300 160

840 700 980 700 700 420 280 280 224 420 420 420 224

300 250 350 250 250 150 100 100 80 150 150 150 80

840 700 980 700 700 420 280 280 224 420 420 420 224

120 100 140 100 100 40 30 30 20 40 40 40 20

120 100 140 100 100 70 50 50 40 70 70 70 40

120 100 140 100 100 90 50 50 40 90 90 90 40

Table 2. Planning result

PTV-G 95% PTV-C 86% PTV-C 86% PTV-C 86% PTV-C 86%

V^TV PTV-G CI^ICRU62 V^TV PTV-C CI^ICRU62 P∩T PCI Dmax Prescription HI D5% D95% D5%/D95%

Parotid mean dose

Oral cavity mean dose

Spinal cord Max dose

Spinal cord D0.05cc

Brainstem mean dose

Plan_250 Plan_500 Plan_700 Plan_100

Plan_700_S Plan_250_S Plan_100_2 Plan_100 Plan_100_3 Plan_100_4 A

B

C

98.8 (cc)

87.8

(cc) 1.125 548.2 (cc)

547.9

(cc) 1.001 479.8

(cc) 1.305 242 (cGy)

220

(cGy) 1.100 214 (cGy)

193.7

(cGy) 1.105 50.3 (cGy)

96.7 (cGy)

143.8 (cGy)

136 (cGy)

66.6 (cGy) 94.5

89.4 90.6

87.8 87.8 87.8

1.076 1.018 1.032

576.9 565.7 569.1

547.9 547.9 547.9

1.053 1.032 1.039

494.7 488 490.3

1.292 1.302 1.297

239.7 241.1 240.4

220 220 220

1.090 1.096 1.093

214.9 214.3 212.1

197.2 196.7 196.8

1.090 1.089 1.078

52.6 53.8 54

89.9 90.6 93.9

132.5 134.7 133

124 123 123

59.5 60.5 64 98.6

91.9 87.8 87.8

1.123 1.047

568.2 525.5

547.9 547.9

1.037 0.959

483.1 463.1

1.334 1.343

239.9 240.6

220 220

1.090 1.094

214.1 215.6

193.7 190.7

1.105 1.131

53.1 54.4

100.1 89.8

145 137.3

136 123

70.7 61.6 96.5

98.8 97.4 97.9

87.8 87.8 87.8 87.8

1.099 1.125 1.109 1.115

596.9 548.2 556.2 544.7

547.9 547.9 547.9 547.9

1.089 1.001 1.015 0.994

488.2 479.8 484.8 484.2

1.372 1.305 1.297 1.273

239.2 242 244.1 243.2

220 220 220 220

1.087 1.100 1.110 1.105

213.3 214 214.8 215.3

194.7 193.7 195.7 195.6

1.096 1.105 1.098 1.101

67.4 50.3 51.2 47.1

104.7 96.7 90.1 85.4

163.8 143.8 130 126.1

158 136 121 120

76 66.6

59 58

Fig 1.

Isodose color wash at planning prescription

D5%/95%(1.090±0.011) 값은 일정하였다. 이하선의 평균선 량은 Plan_100에서 50.3 cGy로 가장 낮고, Plan_250, 500, 700에서는 각각 52.6, 53.8, 54 cGy로 증가하였다. 나머지 정 상조직인 구강, 척수, 뇌간의 선량은 Plan_100일 때가 가장 높고, Plan_250, 500, 700이 될 수록 증가하였다(Table 2A, Fig. 1-3).

선량부드럼강도가 변하면, 전체 선량 분포에 영향을 미

쳐 처방선량 용적이 변화하고 결국 CI이 달라진다. 선량부 드럼강도를 용적선량조건-강도와 비슷한 수준(700-500)으 로 하였을 때는 CI값은 커지고 정상조직의 선량은 증가하 였고(Table 2B, Fig. 4), 높은 수준일 때는 CI가 작아지고 정상조직의 선량은 유사하였다(Table 2B, Fig. 5). 하지만, 치료계획의 PCI는 3% 증가하였다.

Plan_100에서 정상조직의 용적선량조건-강도을 증가 할

Fig 2.

Dose Volume Histogram about parotid and spinal cord in each plans.

Fig 3.

Dose Volume Histogram about brainstem and Oral cavity in each plans.

수록 정상조직의 선량은 감소 하였다(Table 2C, Fig. 6). 하 지만 정상조직의 선량이 감소할수록 PCI도 같이 감소되었 기 때문에 적절한 값이 필요하다. 이때, DVH 비교에서는 PTV의 차이가 없어 보인다. 하지만, 정상조직과 PTV가 매 우 근접한 부위의 선량 분포에서는 PTV의 선량이 낮다 (Fig. 7).

고안 및 결론

세기조절방사선치료계획은 우월한 치료계획을 수립함에 틀림이 없다.^{8, 9, 10)}하지만 단순한 방법이나 기술로 얻어지는 것은 아니다. 선량설계사는 치료계획을 최적의 계획으로 만들기 위해 여러 가지 방법을 연구하고 적용하기 위한 노 력을 한다. 본 연구는 세기조절방사선치료계획 수립의 가

Fig 4.

Dose Volume Histogram about the normal organ in smoothing planning.

Fig 5.

Dose Volume Histogram about the normal organ in high smoothing planning.

Fig 7.

Boundary region of the dose distribution in the PTV and normal tissue.

Fig 6.

Dose Volume Histogram at parotid and spinal cord in variable priority Planning.

장 적절한 최적화 인자 값을 도출하고자 하였다. 여러 최적 화 인자 중 용적선량조건-강도와 선량부드럼강도의 영향을 분석하고 그 결과를 토대로 적용해 보고자 한다.

용적선량조건-강도를 절대 값은 다르고 비율을 일정하게 하여 치료계획 최적화를 하였을 경우, 정상조직의 영향이 크지 않으면서 치료계획용적의 처방선량의 적절성은 있었 기 때문에 기준 용적선량조건-강도가 바뀌어도 조건의 비율 이 일정하다면 치료계획의 처방에는 영향을 미치지 않았다.

선량부드럼강도의 변화는 절대 값에 의존하여 높이거나 낮추지 않고 용적선량조건-강도와 관련하여 비슷한 값을 정하면 치료계획의 완성도가 높았다.

마지막으로 치료계획용적의 용적선량조건-강도가 100일 경우, 정상조직의 용적선량조건-강도가 40일 때는 만족할 만한 정상조직 보호 효과를 얻을 수 없었고, 최소 50이상이 되어야 만족할 만한 정상조직의 보호가 이루어졌다. 물론 PCI도 동시에 감소하기 때문에 적절한 값을 취해야 한다.

정리하면, 치료계획의 최적화에서 정상조직의 용적선량 조건-강도는 치료계획용적의 강도보다 최소 50%이상이 되 어야 정상조직 보호가 유리하다. 경우에 따라서 정상조직 의 허용선량을 참조하여 용적선량-조건강도를 각 단계로 분류하여 적용하면 수준별 허용 장기를 설정할 수 있다.

즉, 반드시 보호해야 할 장기는 용적선량조건-강도를 50%

이상으로 설정하고, 중요도가 낮은 장기는 20%정도로 설정 하면, 치료계획용적을 충분히 선량으로 포함시키면서 각 장기들을 보호할 수 있다. 만약, 치료계획의 목적이 좀 더 어려운 조건을 만족시켜야 할 때는 용적선량조건-강도의 절대값을 증가시키되, 정상조직의 강도는 비율적으로 감안 하여 값을 설정한다. 마지막으로 선량부드럼강도는 치료계 획용적의 용적선량조건-강도에 관련 있기 때문에 적절 수 준으로 설정한다.

참고문헌

1. Ling CC, Burman C, Chui CS, et al.: Conformal radiation treatment of prostate cancer using inversely- planned intensity-modulated photon beams produced with dynamic multileaf collimation. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics 1996;

35 : 721-730.

2. Xia P, Fu KK, Wong GW, et al.: Comparison of treatment plans involving intensity-modulated radiotherapy for nasopharyngeal carcinoma. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics 2000; 48 :329-337.

3. Xing L, Hamilton RJ, Spelbring D, et al.: Fast iterative algorithms for three-dimensional inverse treatment planning. Med Phys 1998; 25 : 1845-1849.

4. Andrei Pugachev, Lei Xing : Incorporating prior knowledge into beam orientaton optimization in IMRT. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics 2002; 54 : 1565-1574.

5. Yin Zhang, Michael Merritt : Dose-volume-based IMRT fluence optimization: A fast least-squares approach with differentiability. Linear Algebra and its Applications 2008 ; 428 : 1365-1387.

6. Christopher M. Bragg, Katrina Wingate, John Conway : Clinical implications of the anisotropic analytical algorithm for IMRT treatment planning and verification. Radiotherapy and Oncology 2008 ; 86 : 276-284.

7. Paddick, I : A simple scoring ratio to index the conformity of radiosurgical treatment plans. Technical note. Journal Neurosurg 2000; 93(Suppl 3) : 219-22.

8. Charles S Mayo, Marcia M Urie : A systematic benchmark method for analysis and comparison of IMRT treatment planning algorithms. Medical Dosimetry 2003 ; 28 : 235-242.

9. Klaus Bratengeier, Matthias Guckenberger, J?rgen Meyer, et al.: A comparison between 2-Step IMRT and conventional IMRT planning. Radiotherapy and Oncology 2007 ; 84 : 298-306.

10. Raef S. Ahmed, Roger Ove, Jun Duan, et al.:

Intensity-modulated radiotherapy (IMRT) for carcinoma of the maxillary sinus: A comparison of IMRT planning systems. Medical Dosimetry 2006; 31 : 224-232.

Purpose : To derive the most appropriate factors by considering the effects of the major factors when applied to the optimization algorithm, thereby aiding the effective designing of a ideal treatment plan.

Materials and Methods :The eclipse treatment planning system(Eclipse 10.0, Varian, USA) was used in this study. The PBC (Pencil Beam Convolution) algorithm was used for dose calculation, and the DVO (Dose Volume Optimizer 10.0.28) Optimization algorithm was used for intensity modulated radiation therapy. The experimental group consists of patients receiving intensity modulated radiation therapy for the head and neck cancer and dose prescription to two planned target volume was 2.2 Gy and 2.0 Gy simultaneously. Treatment plan was done with inverse dose calculation methods utilizing 6 MV beam and 7 fields. The optimal algorithm parameter of the established plan was selected based on volume dose- priority(Constrain), dose fluence smooth value and the impact of the treatment plan was analyzed according to the variation of each factors. Volume dose-priority determines the reference conditions and the optimization process was carried out under the condition using same ratio, but different absolute values. We evaluated the surrounding normal organs of treatment volume according to the changing conditions of the absolute values of the volume dose-priority. Dose fluence smooth value was applied by simply changing the reference conditions (absolute value) and by changing the related volume dose- priority. The treatment plan was evaluated using Conformal Index, Paddick’s Conformal Index, Homogeneity Index and the average dose of each organs.

Results :When the volume dose-priority values were directly proportioned by changing the absolute values, the CI values were found to be different. However PCI was 1.299 ± 0.006 and HI was 1.095 ± 0.004 while D5%/D95% was 1.090 ± 1.011. The impact on the prescribed dose were similar. The average dose of parotid gland decreased to 67.4, 50.3, 51.2, 47.1 Gy when the absolute values of the volume dose-priority increased by 40,60,70,90. When the dose smooth strength from each treatment plan was increased, PCI value increased to 1.338 ± 0.006.

Conclusion :The optimization algorithm was more influenced by the ratio of each condition than the absolute value of volume dose-priority. If the same ratio was maintained, similar treatment plan was established even if the absolute values were different.

Volume dose-priority of the treatment volume should be more than 50% of the normal organ volume dose-priority in order to achieve a successful treatment plan. Dose fluence smooth value should increase or decrease proportional to the volume dose- priority. Volume dose-priority is not enough to satisfy the conditions when the absolute value are applied solely.

Dae Sup Kim, In Ha Yoon, Woo Seok Lee, Geum Mun Back

Analysis of the major factors of influence on the conditions of the Intensity Modulated Radiation Therapy planning optimization in Head and Neck

International ST. mary’s Hospital, Asan Medical Center, Department of Radiation Oncology

Abstract

Keyword :Radiation Treatment Planning, Dose Optimization, Volume Dose Priority, Dose Fluence smooth.