서 론
뇌종양은 다양한 치료방법이 있으며 크게 침습적 치료와 비 침습적인 치료 방법으로 분류 할 수 있다. 침습적인 외과 적 수술은 그에 따른 부작용도 무시할 수 없다. 뇌정위적 방 사선 수술(Stereotactic Radiation Surgery, SRS)은 뇌 병변 중 3 cm이내의 비교적 사이즈가 작은 종양을 치료하기에 매우 적합하다.(1)또한 민감한 부작용을 야기할 수 있는 뇌 병변에 있어서 최소한의 조사야를 사용하여 정상 뇌 조직에 는 최소한의 선량을 조사하고, 종양조직에는 최대의 선량을 조사하는 이상적인 선량 분포를 제공한다(2). 추가적인 장비
와 공간 없이 선형가속기를 이용하여 Micro MLC(m3, VARIAN, USA)와 정위적 방사선 수술 계획 프로그램(Brain LAB, Feldkirchen Germany)으로 SRS가 가능하다. 하지만 위의 방법을 이용하여 치료계획 수립 시 정위적 좌표계의 구조적인 특성으로 인해 Metal Artifact가 발생되기도 한다.
이로 인해 영상의 질의 저하를 가져옴과 동시에 BrainLAB 치료계획시스템에서 인식 오류로 인해 치료 좌표를 설정하 지 못하는 현상이 발생하기도 한다. 과거부터 CT 영상에서 metal artifact를 감소시키기 위한 여러 연구가 있었으며 현 재까지 진행 중이다(3~5). 또한 그와 관련된 하드웨어 및 소프 트웨어 개발이 되었다. 그러나 이러한 소프트웨어는 고가의 비용과 추가적인 장비 업그레이드가 필요하다(6~7). 본원에서 는 추가적인 장비 없이 이러한 오류를 수정하기 위해 CT simulation 후 CT장비의 기본구성요소인 Retro recon 기능 을 사용하여 metal artifact를 줄여 Brain LAB의 인식오류를
본 논문은 2016년 10월 17일 접수하여 2016년 12월 10일 채택되었음.
책임저자 : 문현석, 고려대학교구로병원 방사선종양학과 서울시 구로구 구로동로 148
Tel : 02-2626-1393
E-mail : [email protected]
SRS의 좌표 인식 오류 시
Retro recon을 이용한 수정 방법에 관한 평가
고려대학교 구로병원 방사선종양학과
목 적 :Brain LAB을 이용한 뇌 정위적 방사선 수술 계획에서 Metal artifact로 인한 정위적 좌표의 오류 발생시 Retro recon을 이용하여 수정하는 방법을 평가하고자 한다.
대상 및 방법 :CT simulator(Bright Speed Elite, GE)를 이용하여 인체모형 팬텀(CIRS, PTW, USA)을 1.25 mm slice tickness로 촬영한 영상을 뇌정위적 방사선 수술계획 시스템(BrainLAB, Feldkirchen, Germany)을 사용하여 좌표인식의 유무와 선속경화 현상을 확인하였다. 또한 2.5 mm, 5 mm slice thickness로 촬영하여 Retro recon을 사용하여 1.25 mm slice로 재구성한 영상과 비교 분석 하였다. 위의 세 가지 영상의 질을 평가하 기 위해서 특수의료장비 정도관리 중 표준팬텀검사 항목을 응용하여 확인하였다. 실제 오류가 발생했던 환자를 같은 방법으로 촬영하여 정위적 좌 표의 오류 유무를 확인 하였다.
결 과 :인체모형 팬텀을 스캔한 영상의 Brain LAB 좌표 인식 오류는 1.25 mm 획득한 영상 및 2,5 mm 획득 후 재구성한 영상과 5.0 mm 획득 후 재구성한 영상 모두 발생하지 않았다. 표준팬텀검사항목에 따른 대조도 분해능 검사에서는 세 가지 영상 모두 6.4 mm 이내로 식별 가능하였고, 공 간분해능 검사에서도 1.0 mm 이하로 식별 가능하여 동일한 영상의 질을 나타냈다. 또한 노이즈는 모두 11 HU 이내였고, 균일도 검사에서도 모두 5 HU 이내로 나타났다. 오류가 발생했던 환자의 재구성 영상에서는 좌표인식이 가능하여 치료계획을 수립할 수 있었다.
결 론 :본 연구를 통해 Brain LAB을 이용한 뇌 정위적 방사선 수술계획 수립 시 Retro recon 기능을 이용하여 선속경화현상에 의한 정위적 좌표 인식의 오류를 수정할 수 있었다. 이 외에도 선속경화현상에 의한 영상의 질 저하 시 본 연구와 같은 영상 재구성 방법을 통해 개선함으로써 광범위 한 치료계획에서의 적용도 가능할 것으로 보이며 이에 따른 다양한 연구를 통해 이상적인 치료계획을 할 수 있을 것으로 사료된다.
핵심용어 :Retro recon, 선속경화현상, 표준팬텀검사
문현석・정덕양・도경민・이영철・김선명・김영범
수정 하는 데에 적용하고, 표준팬텀검사항목에 따라 영상의 질을 평가하여 유용성을 분석해 보고자 한다(8~9).
대상 및 방법
1. 모의치료촬영 영상 획득 및 재구성
뇌 정위적 방사선 수술의 모의치료 촬영 영상을 획득하기
위해 본원의 CT simulator(Bright speed 16, GE)로 실제치 료와 동일하게 팬텀 촬영을 하였다. 이때 팬텀은 미국 CIRS Head phantom(Model 605)을 사용하였고 Localizer system과 프레임은 BrainLAB(Feldkirchen, Germany)을 사용하였다(Fig. 1). Scan slice thickness 5.0 mm, 2.5 mm, 1.25 mm로 3회 Scan 하였으며 5.0 mm로 획득한 영상과 2.5 mm로 획득한 영상의 Raw data를 Retro recon 기능을 사용하여 1.25 mm slice thickness로 재구성하였다.
Fig 2.
AAPM CT QA Phantom (Model 76- Fig 1.
Brain LAB Localizer (Feldkirchen, Germany) with Phantom (CIRS Head phantom(Model 605)
Table 1. Computed Tomography Quality Assurance List
CT 정도관리점검표 (3)
년도 항목 (참고치, 기준치, 점검주기)
결과 조치사항
(조치일) 비고
팬텀 영상 보관 표준
팬텀을 이용한 시험 (6개월)
시행일
물의 CT감약계수 (중심부에서 4x4 cm cursor로 측정) (0±7 HU 이내)
노이즈(중심부에서 4x4 cm cursor측정) (6 HU 이내)
균일도 (중심부와 주변부의 HU 차이를 기록)(중심부와 주변부간 5 HU 이내)
공간분해능 (mm로 기록) (1.0 mm 이하 식별가능)
대조도 분해능 (mm로 기록) (6.4 mm 이하 식별가능)
슬라이스 두께 (5mm와 10mm측정시 오차범위를 기록) (+1 mm 이상, -1mm이하)
인공물유무 (유무로 표시) (인공물이 없어야함)
※ 표준팬텀을 이용하여 1년마다 시행하는 서류검사시 표준팬텀검사와 같은 방법으로 검사를 시행하고 결과를 표시한다.
점검자 성명 : (인) 관리자 성명 : (인)
평가자 (인)
전문의번호
HU
평가자 (인)
전문의번호
HU
HU HU
HU HU
mm mm
mm mm
mm/mm mm/mm
2. SRS 치료계획에서의 좌표점 확인
획득 및 재구성 한 영상을 iPlan(Version 3.0.2 Brain LAB, Germany)로 전송하였다. 5 mm->1.25 mm재구성 영 상과 2.5->1.25 mm재구성 영상 그리고 1.25 mm 스캔 영상 의 모든 slice에서 치료계획 시 정확하게 정위적인 좌표 점 을 인식할 수 있는지를 확인 및 비교분석 하였다.
3. Retro recon 영상의 정도관리
AAPM 표준팬텀(Model 76-410, Nuclear Associates
LTD)을 이용하여 전산화 단층 촬영장치의 정도관리 기준에 따라 팬텀영상검사를 실시하고 적합 여부를 평가하였다. 또 한 Scan slice thickness 5.0 mm, 2.5 mm, 1.25 mm로 스캔 하였다(Fig. 2). 5.0 mm와 2.5 mm로 스캔한 영상은 Raw data를 이용하여 CT 모의치료촬영 장비의 Retro recon 기 능으로 1.25 mm slice thickness 로 재구성하였다. 획득한 영상을 표준팬텀검사항목 중 물의 감약계수, 노이즈, 균일 도, 공간분해능, 대조도 분해능 검사를 시행하고 각각 비교 분석 하였다(Table 1)(Fig. 3).
Fig 3.
AAPM CT QA scan image. CT number of water, noise, Uniformity (a), slice thickness (b), Spatial resolution (c), Contrast resolution (d).
Fig 4. Brain LAB localizing of phantom scan at 1.25 mm scan (a), 2.5 mm to 1.25 mm reconstruction (b), 5mm to
(a) (b) (c)
4. 치료환자 적용
실제로 치료 할 환자의 영상에서 artifact의 발생으로 인 한 치료계획 수립이 불가능 할 때 5 mm, 2.5 mm 스캔을 추가한다. 이 영상을 Retro recon을 이용하여 1.25 mm로 재구성 한 후 BrainLAB 치료계획시스템을 통하여 정위적 좌표인식의 오류의 유무와 치료계획의 가능 여부를 확인하 였다.
결 과
인체모형팬텀을 이용하여 CT simulator로 1.25 mm slice thickness로 스캔한 영상과 2.5 mm slice thickness로 스캔
하여 1.25 mm로 재구성한 영상, 5 mm slice thickness로 스 캔하여 재구성한 영상을 BrainLAB 치료계획 프로그램으로 확인 했을 때 모두 정위적인 좌표 설정이 가능하였다(Fig.
4). 본 실험에 사용된 CT simulator의 신뢰도를 확인하기 위 해 AAPM 표준팬텀을 이용한 정도관리에서는 모든 검사에 서 합격기준이내였다(Table 2). 실제로 1.25 mm로 스캔한 영상과 재구성한 두 가지의 영상을 비교 분석하였다. 각각 1.25 mm 획득한 영상, 2.5 mm에서 재구성한 영상, 5 mm 에서 재구성한 영상 순서로 물의 감약 계수는 -12.78, - 12.97, -12.82로 나타났으며, 노이즈는 10.10, 10.34, 10.60 으로 나타났다. 균일도는 최대 -1.26, -1.39, -1.17의 차이를 보였으며 표준편차는 0.49, 0.53, 0.43 으로 나타났다. 공간 분해능은 0.75 mm 대조도 분해능은 6.4 mm 로 세 영상 모 두 동일하게 나타났다. 또한 재구성을 통한 artifact는 확인 Table 2. Computed Tomography Quality Assurance Result (Bright Speed 16, GE)
AAPM Standards
(1.0mm slice thickness scan) Results
Attenuation coefficient(Water) 0±7 HU -3.98 HU
Noise Less than 6 HU 3.73 HU
Uniformity Less than 5 HU 1.06 HU (maximum)
Spatial resolution Less than 1.0 mm 0.75mm
Contrast resolution Less than 6.4 mm 3.2 mm
Artifact None None
Slice thickness ± 1 mm ± 1 mm
Table 3. Compare of Image quality 1.25 mm, 2.5 mm to 1.25 reconstruction, 5 mm to 1.25 mm reconstruction 1.25 mm Slice
thickness scan
2.5 mm to 1.25 reconstruction
5 mm to 1.25 mm reconstruction Attenuation coefficient(Water) -12.78 -12.97 -12.82
Noise 10.10 10.34 10.60
(1) -11.64 (1) -11.85 (1) -11.96
Uniformity (2) -11.94 (2) -11.91 (2) -11.97
(3) -11.52 (3) -11.58 (3) -11.65
SD= 0.49 SD= 0.53 SD= 0.43
Spatial resolution 0.75 mm 0.75 mm 0.75 mm
Contrast resolution 6.4 mm 6.4 mm 6.4 mm
Artifact None None None
되지 않았다(Table 3)(Fig. 5). 실제 정위적 좌표 오류로 인 해 치료계획이 불가능했던 본원의 환자의 경우, Retro recon으로 재구성한 영상은 좌표 인식이 가능하여 치료계 획 수립이 가능했다(Fig. 6).
결 론
적 방사선 수술 역시 Metal artifact로 인한 선속경화현상은 치료계획 수립에 부정적인 영향을 끼치게 된다. 선형가속기 에 서 정 위 적 방 사 선 수 술 치 료 를 위 해 서 는 보 조 적 인 Localizer가 반드시 필요하며 이는 선속경화 현상을 유발하 기도 한다. 또한 환자의 병소의 위치나 특성에 따라서 이러 한 현상은 더 크게 나타날 수 있다. 이로 인한 정위적 좌표 의 인식오류는 치료계획이 불가능하기 때문에 매우 치명적 이다. 본 연구에서는 Retro recon을 이용하여 뇌 정위적 방
Fig 5.
Compare of Uniformity 1.25 mm scan (a), 2.5 mm to 1.25 mm reconstruction (b), 5mm to 1.25mm reconstruction (c)
Fig 6. Comparisons between without correction and Retro recon in the Brain LAB localization image. before correction (a), after correction (b)
있었다. 또한 팬텀영상검사를 통해 재구성한 영상과 일반적 인 스캔영상을 비교하였을 때 치료계획용으로 충분한 영상 의 질을 나타낼 수 있음을 확인 할 수 있었다. 이와 같은 재 구성 방법을 통해 획득한 영상은 BrainLAB을 이용한 치료 계획 외에도 Metal artifact 및 체내 고 밀도 물질로 인한 artifact가 발생하는 다른 치료계획에서도 유용할 것으로 사 료된다.
참고문헌
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9. EUCLID, S. Computed tomography: physical principles, clinical applications and quality assurance.
Philadelphia: Saunders, 1994, 174-199.
Purpose :The purpose of this study was to evaluate the Retro recon in SRS planning using BranLAB when stereotactic location error occurs by metal artifact.
Materials and Methods : By CT simulator, image were acquired from head phantom(CIRS, PTW, USA). To observe stereotactic location recognizing and beam hardening, CT image were approved by SRS planning system(BrainLAB, Feldkirchen, Germany). In addition, we compared acquisition image(1.25mm slice thickness) and Retro recon image(using for 2.5 mm, 5mm slice thickness). To evaluate these three images quality, the test were performed by AAPM phantom study. In patient, it was verified stereotactic location error.
Results :All the location recognizing error did not occur in scanned image of phantom. AAPM phantom scan images all showed the same trend. Contrast resolution and Spatial resolution are under 6.4 mm, 1.0 mm. In case of noise and uniformity, under 11, 5 of HU were measured. In patient, the stereotactic location error was not occurred at reconstructive image.
Conclusion :For BrainLAB planning, using Retro recon were corrected stereotactic error at beam hardening. Retro recon may be the preferred modality for radiation treatment planning and approving image quality.
Moon hyeon seok, Jeong deok yang, Do gyeong min, Lee yeong cheol, Kim sun myung, Kim young bum
Evaluation of Retro recon for SRS planning correction according to the error of recognize to coordinate
Department of Radiation Oncology, Korea University Guro Hospital
Abstract
Keyword :Retro recon, beam hardening, AAPM phantom study
