서 론
방사선치료의 목적을 달성하기 위하여 세기변조 방사선 치료(Intensity Modulated Radiation Thearpy, IMRT) 및 영상유도 방사선치료(Image Guided Radiation Therapy, IGRT)와 같은 방사선치료 기술 등이 보편화 되 고 있으며,(1-2) 최근에는 용적변조회전 방사선치료(Volu-
metric Modulated Arc Therapy, VMAT)가 많이 시행되 고 있다.
정확한 영상유도 방사선치료(IGRT)의 구현을 위해 모 의치료 시와 동일한 환자자세가 유지되어야 함은 물론 계 획용 표적체적(Planning Target Volume, PTV)의 여유 (margin)를 감소시키기 위한 정확한 위치보정은 필수적이 다.(3)
6DoF Couch는 Rx(pitch), Ry(roll), Rz(yaw)의 회전 방향(Rotation)까지 위치보정이 가능하며, 6DoF Couch 의 정확성에 대한 다양한 연구가 이루어졌다.(4-7) Shang 등 이 제안한 Lung SBRT 시 6DoF Couch 임상적 유용성에
책임저자 : 최영세, 연세암병원 방사선종양학과 서울시 서대문구 연세로 50-1, 03722 Tel : 02) 2228-4344
E-mail : [email protected]
표적의 길이가 긴 환자의 용적회전변조 방사선치료 시 6DoF Couch의 유용성 평가
연세암병원 방사선종양학과
최영세, 박효국, 김세영, 김주호, 이상규, 윤종원, 조정희
목 적: 표적의 길이가 긴(length) 환자의 용적회전변조 방사선치료(V-MAT) 시 회전방향 오차의 크기에 따른 선량차이 경향을 HexaPODTM evo RT system(6DoF couch)을 통해 알아보고 그 유용성을 평가하고자 하며, 이에 따른 회전오차 보정의 필요성을 제안하고자 한다.
대상 및 방법: 본원에서 치료를 받은 Esophagus cancer와 SCL을 포함한 Breast cancer 환자 중 Hexa- POD 6DoF(Six-Degree of Freedom) couch를 사용한 10명을 대상으로 하였다. 6DoF couch를 이용하여 Rx(pitch), Ry(roll), Rz(yaw) 방향의 회전오차의 적용여부에 따른 선량차이를 알아보기 위하여 x, y, z축에 대 한 자세오차를 확인하고, 자세 회전오차 값을 6DoF couch에 부여 임의의 오차를 발생시켜 변형된 선량계측 품질보증(Delivery Quality Assurance, DQA)을 시행, 점 선량과 감마값을 비교 분석하였다. 추가적으로 3 cm의 직경에 5, 10, 15, 20 cm의 길이를 가진 각각의 표적의 치료계획에 회전오차의 크기를 1° 간격으로 적용 한 후, 표적의 길이와 회전오차의 종류 및 크기에 따른 감마통과율의 변화양상을 확인했다.
결 과: 자세 회전오차가 적용된 경우의 점 선량과 감마통과율의 평균오차는 각각 Rx 방향에서 2.50±1.11 %, 84.1±7.39 %, Ry 방향에서 2.36±1.16 %, 81.0±8.49 %, Rz 방향에서 2.35±1.10 %, 84.4±6.99 %를 나타냈 다. 또한, 표적의 길이와 회전오차의 종류 및 크기에 따른 감마통과율 분석 결과 Ry 방향을 제외한 Rx와 Rz 방 향에서 회전오차가 커질수록 감마통과율은 전반적으로 감소하는 경향을 보였으며, 특히 10 cm의 표적, Rz 방 향으로 2.5° 회전오차가 부여된 경우에서 가장 낮은 감마통과율인 74.2 %를 나타냈다.
결 론: 표적의 길이가 긴 치료부위의 용적회전변조 방사선치료 시 회전오차의 보정은 필요하며, 6DoF couch 의 사용은 환자자세의 재현성과 치료의 질적 효율을 높일 것으로 사료된다.
▶ 핵심용어 : V-MAT, 6DoF couch, SI 방향, DQA
관한 연구에서 전체 환자의 약 51 %가 Rx와 Ry 방향에서 1° 이상의 보정이 요구된다고 보고하고 있으며,(8) Weihua Fu 등의 회전 자세오차의 선량학적인 영향에 대한 연구에 서 두경부암 치료 시 Rx, Ry, Rz 방향에서 각각 0.7°, 0.3°, 0.1°의 회전 자세오차가 발생했고, 특히 OAR(Organs at Risk)이 표적에 근접해 있을 경우에는 표적에 크기와 종류 에 따라 회전 자세오차는 주의 깊게 평가되어야 한다고 보 고하고 있다.(9)
환자의 위치잡이가 정확하다는 가정 하에 치료부위 표 적(target)의 크기(size)와 용적(volume)이 균일하다면 평 행한 세 방향의 치료테이블 이동만으로도 위치 보정이 가 능하지만, 특히 표적의 길이가 SI 방향으로 긴 Esophagus 나 Whole spine 등의 경우에는 평행방향의 위치 보정만으 로는 정확한 자세 재현성 구현에 제한점이 있다.
이에 본 연구에서는 Esophagus cancer 환자와 SCL 을 포함한 Breast cancer 환자의 자세오차를 확인하고 치 료 전 선량계측 품질보증(Delivery Quality Assurance, DQA)을 통한 회전방향 오차의 교정유무에 따른 선량차이 를 평가하여 6DoF Couch의 유용성에 대해서 알아보고자 한다. 추가적으로, SI 방향의 표적의 길이와 회전방향의 자 세오차 크기에 따른 감마통과율의 분석을 통해 회전방향
오차의 변화양상을 알아보고, 표적의 위치별 측정된 선량 차이를 확인하기 위하여 ArcCHECK의 각 다이오드에 측 정된 선량정보를 추출하여 계산된 Dose Difference(DD) 를 이용하여 표적의 위치별 선량차이 경향을 확인해보고 자 하였다.
대상 및 방법
1. 대상환자 및 사용장비
2017년 5월부터 9월까지 본원에서 6DoF Couch를 적 용하고, 용적변조회전 방사선치료(V-MAT)를 시행했 던 Esophagus cancer 환자와 SCL을 포함한 Breast cancer 환자 중 무작위로 선정한 10명을 대상으로 하 였으며, 선량 전달에 사용된 선형가속기는 Elekta 사 의 Infinity(Stockholm, Sweden)를 이용하였으며, 선 형가속기에 설치된 6DoF Couch를 사용하였다. 선량계 측 품질보증(DQA)을 통한 선량비교를 위해서 Diode type의 ArcCHECK을 사용하였으며, 교정된 이온챔버인 A1SL(Standard Imaging, USA)과 PC Electrometer(Sun Nuclear, USA)를 이용하여 점 선량(Point Dose)을 측정
Table 1. The average of translational error and Rotational error.
PT No.
Translational Error (cm) Rotational Error (°)
Tx(Lateral) Ty(Longitudinal) Tz(Vertical) Rx(Pitch) Ry(Roll) Rz(Yaw)
1 0.03 0.12 0.12 0.9 0.3 0.6
2 0.15 0.08 0.24 1.0 1.0 0.8
3 0.10 0.36 0.71 1.3 1.9 1.9
4 0.30 0.46 0.06 0.4 1.1 0.9
5 0.30 0.32 0.12 0.9 0.8 0.5
6 0.20 0.67 0.27 0.5 0.8 1.1
7 0.26 0.05 0.67 1.1 0.6 1.0
8 0.10 0.01 0.77 1.0 0.9 1.2
9 0.13 0.44 0.07 0.9 1.5 0.4
10 0.41 0.36 0.51 1.0 1.9 0.8
Min 0.03 0.01 0.07 0.4 0.3 0.4
Max 0.41 0.67 0.77 1.3 1.9 1.9
Mean 0.20 0.29 0.35 0.9 1.1 0.9
SD 0.11 0.20 0.27 0.25 0.51 0.41
하였다.
2. 치료계획
CT영상은 네트워크(Digital Image Communication in medicine; DICOM)을 통해 치료계획 시스템(Radia- tion Treatment Planning System; RTP)으로 전송하 였다. 이후 Ray Station 5.0(Ray Search Laboratories, Sweden)을 이용하여 종양의 위치 및 모양에 적절한 선량 분포를 만들어내기 위해 2개의 Arc를 사용하여 치료계획 을 수립하였으며, 추가적으로 표적의 길이에 따른 자세 회 전오차의 변화양상을 확인하기 위하여 원기둥 모양을 가 진 3 cm의 동일한 직경에 표적의 길이를 5 cm에서부터 20 cm까지 5 cm 간격으로 가상의 Organ을 만들어 같은 조 건으로 4개의 치료계획을 수립하였다.
3. 실험방법
1) 각 측정에 반영된 회전방향의 자세오차는 환자 10명
Fig. 1. ArcCHECK setup.
(a) Iso-center (b) Rx(pitch) rotation (c) Ry(pitch) rotation (d) Rz(yaw) rotation
Fig. 2 SNC Patient Software & Gamma Index Analysis.
의 CBCT(Cone Beam Computed Tomography) 영상을 각 환자의 CT 모의치료 영상과 비교한 10건의 자세오차의 평균값을 계산하여 반영하였다(Table 1).
이온챔버는 ArcCHECK의 중심부의 중앙에 위치하도 록 하였고, 치료실의 레이저(Laser)가 선형가속기 Infinity 의 동중심점(Iso-center)와 일치하도록 6DoF Couch 위 에 설치하였다. 회전방향 자세오차의 영향을 보기 위하여 각각의 세 회전방향인 Rx(pitch), Ry(roll), Rz(yaw) 자세 오차를 적용하였을 경우 ArcCHECK에 계획된 선량을 전 달하여 각각의 오차들이 반영된 선량분포 데이터를 획득 하였다(Fig. 1). ArcCHECK을 통해 전달된 선량의 분포를 확인하기 위해 SNC Patient Software를 이용, 감마지수 (Gamma Index)의 분석을 위해 감마통과율을 구하였으 며(Fig. 2), PC Electrometer를 사용하여 선량을 측정하고 계획된 선량과 비교하였다.
2) 3 cm의 동일한 직경에 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm 의 길이를 가진 각각의 표적의 치료계획에 Rx, Ry, Rz 회 전오차의 크기는 1° 간격으로 0.5°, 1.5°, 2.5°의 오차를 각 각 부여한 후 데이터를 획득하였으며, 회전오차를 부여하 고 측정한 데이터와의 비교를 위하여 회전오차가 있는 경 우와 회전오차가 없는 경우를 측정하여 감마통과율을 비 교하였다.
3) 2)번 항목에서 측정하고 분석했던 감마통과율의 정 확한 선량차이 경향을 확인하기 위하여 측정된 데이터를 SNC Patient Software를 이용하여 각 다이오드에 측정된 선량정보를 추출하였다. ArcCHECK의 동중심점에서 측정 된 선량, 즉 Reference 선량정보와 회전오차를 적용하고 측정된 선량정보와의 Dose Difference를 계산하여 각 회 전오차의 종류 및 표적의 위치에 따른 선량차이 경향을 그 래프를 통하여 비교분석하였다. 또한 표적의 중심부와 표 적의 양 끝단 지점의 최대 선량차이의 비를 산출하여 정량 적으로 평가하였다.
결 과
1. 환자 자세오차 분석
회전방향의 오차를 적용하기 위한 자세오차 분석 시 자
세오차 특성상 음의 값이 존재함을 고려하여 자세오차에 절대값을 취해 구한 평균오차는 Translation error의 경우 Tx(lateral), Ty(longitudinal), Tz(vertical) 방향 순서대 로 0.20±0.11 cm, 0.29±0.20 cm, 0.35±0.27 cm이었으며, Rotation error의 경우 Rx(pitch), Ry(roll), Rz(yaw) 방향 순서대로 0.9±0.25°, 1.1±0.51°, 0.9±0.41°였다(Table 1).
2. 회전오차 미적용 및 적용 시의 선량차이 분석
1) 회전오차 미적용 시의 선량차이 분석회전오차가 없는 경우의 점 선량 평균오차율은 2.10±
1.22 %였으며, 최소 0.80 %, 최대 4.17 %의 차이를 보였다 (Table 2). 감마통과율의 경우 평균오차율은 92.4±2.90 % 였으며, 최소 90.1 %, 최대 99.5 %로 나타났다(Table 3).
2) 회전오차 적용 시의 선량차이 분석
① Rx(pitch) 방향의 회전오차가 적용된 경우의 선량차이 Rx 방향의 회전오차가 적용된 경우의 점 선량 평균오차 율은 2.50±1.11 %였으며, 최소 0.92 %, 최대 4.23 %의 차 이를 보였다(Table 2). 감마통과율의 경우 평균오차율은 84.1±7.39 %였으며, 최소 67.5 %, 최대 96.2 %로 나타났
Table 2. The results of point dose error rate.
PT
No.
Point dose error rate (%)
Iso-center Rx(Pitch)
Rot. Ry(Roll)
Rot. Rz(Yaw) Rot.
1 0.85 1.56 1.34 1.25
2 1.62 2.56 2.28 2.41
3 3.31 3.78 3.74 3.78
4 0.8 1.54 1.28 1.25
5 1.07 2.67 2.61 2.64
6 2.32 1.54 1.23 1.43
7 3.77 4.23 4.19 4.02
8 0.80 0.92 0.89 0.96
9 2.26 2.16 2.13 2.07
10 4.17 4.01 3.94 3.73
Min 0.80 0.92 0.89 0.96
Max 4.17 4.23 4.19 4.02
Mean 2.10 2.50 2.36 2.35
SD 1.22 1.11 1.16 1.10
다(Table 3).
② Ry(roll) 방향의 회전오차가 적용된 경우의 선량차이 Ry 방향의 회전오차가 적용된 경우의 점 선량 평균오차 율은 2.36±1.16 %였으며, 최소 0.89 %, 최대 4.19 %의 차 이를 보였다(Table 2). 감마통과율의 경우 평균오차율은 81.0±8.49 %였으며, 최소 65.4 %, 최대 96.2 %로 나타났 다(Table 3).
③ Rz(yaw) 방향의 회전오차가 적용된 경우의 선량차이 Rz 방향의 회전오차가 적용된 경우의 점 선량 평균오차 율은 2.35±1.10 %였으며, 최소 0.96 %, 최대 4.02 %의 차 이를 보였다(Table 2). 감마통과율의 경우 평균오차율은 84.4±6.99 %였으며, 최소 70.3 %, 최대 94.5 %로 나타났 다(Table 3).
3. 표적의 길이와 회전오차의 크기에 따른 선량차이 분석
1) 점 선량차이 분석
표적의 길이와 회전방향의 자세오차 크기에 따른 점 선
량의 변화는 측정한 모든 항목에서 그 차이가 미미하였 다. 전 항목에서 ±1.2 %의 범위 내에서 나타났으며, 최대 점 선량 오차율은 10 cm의 표적의 길이, Rz(yaw) 방향의 0.5° 회전오차에서 측정된 –1.19 %로 나타났고, 최소 점 선 량 오차율은 20 cm의 표적의 길이, Rz 방향의 1.5° 회전오 차에서 측정된 0.01 %로 나타났다(Table 4).
2) 감마통과율 변화 분석
표적의 길이가 5 cm의 경우에 각각의 회전오차가 적용 된 경우, Ry(roll) 방향을 제외한 0. 5° 이상의 구간의 회전 오차에서 감마통과율의 감소를 보였다. Rx(pitch) 방향의 회전오차에서 1.5°에서 2.5°로 회전오차가 커지는 구간에 서 13.5 %가 감소하여 가장 큰 감소율을 보였으며, 감마통 과율은 74.8 %를 나타냈다. Rz 방향에서도 동일한 구간에 서 11.5 %나 감소하였으며, 75.1 %의 감마통과율를 나타 냈다(Fig. 5).
표적의 길이가 10 cm의 경우에 각각의 회전오차가 적용 된 경우, 표적의 길이가 5 cm의 경우와 다르게 0.5°로 커짐 에 따라서 Rx와 Rz 방향에서 비슷한 경향으로 감소함을 확인할 수 있으나, Rz 방향의 회전오차에서 상대적으로 큰 감소율을 나타냈다. 2.5°에서의 감마통과율은 Rx 방향에 서 76.3 %, Rz 방향에서 74.2 %를 각각 나타냈다. Ry 방향 Table 3. The results of Gamma passing rates.
PT No.
Gamma passing rates (%) Iso-center Rx(Pitch)
Rot.
Ry(Roll) Rot.
Rz(Yaw) Rot.
1 99.5 93.7 96.2 94.5
2 95.5 96.2 88.2 94.3
3 90.9 82.3 71.4 76.6
4 90.1 83.2 79.0 83.0
5 91.4 84.1 84.6 85.3
6 91.6 84.7 86.2 87.4
7 93.8 85.0 84.7 84.6
8 90.4 79.1 80.4 81.2
9 90.5 67.5 65.4 70.3
10 90.1 85.2 74.3 87.1
Min 90.1 67.5 65.4 70.3
Max 99.5 96.2 96.2 94.5
Mean 92.4 84.1 81.0 84.4
SD 2.90 7.39 8.49 6.99
Table 4. Point dose error rate due to change of target length.
Rot.
Rot.
Angle (°)
Point dose error rate (%)
5cm 10cm 15cm 20cm
Rx (Pitch)
Iso -0.20 -0.89 -0.30 -0.54
0.5 -0.82 -1.08 0.16 -0.14
1.5 -0.82 -1.08 -0.68 -0.16
2.5 -0.70 -0.94 -0.16 0.01
Ry (Roll)
Iso -0.20 -0.89 -0.76 -0.54
0.5 -0.38 -0.70 -0.76 -0.16
1.5 -0.07 -0.99 -0.68 -0.05
2.5 -0.45 -0.76 -0.50 0.85
Rz (Yaw)
Iso -0.20 -0.89 -0.76 -0.54
0.5 -0.88 -1.19 -0.82 -0.16
1.5 -0.68 -0.99 -0.65 0.01
2.5 -0.50 -0.76 -0.42 0.74
에서는 회전오차의 크기에 따른 상관관계가 없음을 확인 할 수 있었다(Fig. 5).
표적의 길이가 15 cm의 경우에 각각의 회전오차가 적용 된 경우, Rx와 Rz 방향의 회전오차에서 전반적으로 감마 통과율이 감소되는 경향을 보이고 있으나 특별하게 큰 변 화를 보이는 구간은 없었다. 5 cm 표적의 길이에서와 마찬 가지로 0.5°까지 회전오차의 변화에 따른 감마통과율의 변 화는 미미했으나, Rz 방향의 회전오차가 1.5°에서 2.5°로 커지는 구간에서 가장 큰 감마통과율의 감소를 보였으며 약 4.7 % 감소했다(Fig. 5). Ry 방향의 회전오차에서는 앞 선 5 cm, 10 cm에서의 결과와 비슷한 경향을 보였으며, 회 전오차의 크기 변화에 따른 특별한 상관관계는 없었다.
표적의 길이가 20 cm의 경우에 각각의 회전오차가 적용 된 경우, 0.5°에서 2.5°로 회전오차가 커짐에 따라 모든 구 간에서 감마통과율이 감소하는 경향을 보였으며, 0.5° 이 상의 회전오차에서 오차의 각도가 커짐에 따라 감소함을 확인할 수 있으나, 표적의 길이가 5 cm, 10 cm, 15 cm과 비교해보았을 때에는 상대적으로 낮은 감소율을 나타냈다.
0.5°와 1.5° 사이 회전오차 구간의 Rx 방향에서 3.3 %가 감소하여 가장 큰 감마통과율의 감소를 보였으며, 2.5°의 회전오차에서는 2.9 %가 감소한 91.6 %의 값을 나타냈다 (Fig. 5).
Fig. 3. Point dose error rates of 10 patients.
(a) Isocenter-Rx(pitch) rotation (b) socenter-Ry(roll) rotation (c) Isocenter-Rz(yaw) rotation
Fig. 4. Gamma passing rates of 10 patients.
(a) Isocenter-Rx(pitch) rotation (b) Isocenter-Ry(roll) rotation (c) Isocenter-Rz(yaw) rotation
3) Dose Difference를 통한 표적의 위치별 선량차이 경향 분석(Fig. 6)
Rx 방향의 회전오차가 적용된 경우, 모든 표적의 길이에 서 회전오차가 커짐에 따라 표적의 양 끝단에서의 선량차 이는 더 크게 벌어짐을 확인할 수 있었다. 5 cm 길이 표적 에서 2.5°의 회전오차가 적용되었을 경우에는 양 끝단의 경우뿐만 아니라 표적의 중심부에서 까지 선량차이는 크 게 발생하였으며, 최대 선량차이는 표적의 끝단 지점에서 나타났으며, 약 25.1 %의 선량차이를 나타냈다. 10 cm 길 이 표적에서도 5 cm 길이 표적에서와 비슷한 경향을 보였 으며, 0.5°와 1.5°의 회전오차에서는 표적의 양 끝단 지점 에서의 선량차이만 크게 나타났던 것과는 달리 2.5°의 회 전오차에서는 모든 영역에서 선량차이가 크게 발생하였다.
최대 선량차이는 2.5°에서 약 23.3 %를 나타냈다. 15 cm 와 20 cm 길이 표적에서는 조금 다른 양상을 보였는데, 가 장 큰 회전오차인 2.5°에서도 표적의 중심부에서의 선량 차이는 크지 않았던 반면에 표적의 양 끝단에서만 선량차
이가 크게 발생한 것을 확인할 수 있다. 최대 선량차이는 15 cm에서 약 36.0 %, 20 cm에서 약 45.6 %로 나타났다 (Table 6).
Ry 방향의 회전오차가 적용된 경우, 모든 표적의 길이에 서 표적의 중심부와 표적의 양 끝단과의 선량차이 경향은 비슷하게 나타났으며 최대 선량차이는 15 cm 표적의 길이, 2.5°의 회전오차에서 약 9.3 %를 나타냈다(Table 6).
Rz 방향의 회전오차가 적용된 경우, Rx 방향의 회전오 차와 비슷한 경향을 보였으나 Rx 방향에서는 5 cm, 10 cm 표적의 길이와 15 cm, 20 cm 표적의 길이에서 다소 다 른 양상을 나타났던 반면 Rz 방향에서는 모든 표적의 길이 에서 표적의 중심부에서의 선량차이는 다소 작게 나타났으 며, 표적의 양 끝단에서의 선량차이가 크게 나타났다. 회전 오차의 크기가 커짐에 따라 선량차이가 크게 나타나는 지 점이 증가하는 경향은 Rx 방향과 비슷한 경향을 보였다.
표적의 길이별 최대 선량차이는 2.5°의 회전오차에서 각각 약 15.1 %, 13.9 %, 53.1 %, 37.2 %를 나타냈다(Table 6).
Fig. 5. Gamma passing rates due to change of target length and rotational angle.
(a) 5cm (b) 10cm (c) 15cm (d) 20cm
Fig. 6. Dose Difference(DD) due to change of target length and rotational angle.
(a)-① Rx. rotation of 5 cm (a)-② Ry. rotation of 5 cm (a)-③ Rz. rotation of 5 cm (b)-① Rx. rotation of 10 cm (b)-② Ry. rotation of 10 cm (b)-③ Rz. rotation of 10 cm (c)-① Rx. rotation of 15 cm (c)-② Ry. rotation of 15 cm (c)-③ Rz. rotation of 15 cm (d)-① Rx. rotation of 20 cm (d)-② Ry. rotation of 20 cm (d)-③ Rz. rotation of 20 cm
고안 및 결론
환자의 자세오차 분석결과 각각의 표준편차를 살펴보면, Translation error의 경우 Tx(lateral), Ty(longitudinal), Tz(vertical) 방향 순서대로 ±0.11, ±0.20, ±0.27였으며, Rotation error의 경우 Rx(pitch), Ry(roll), Rz(yaw) 방향 순서대로 ±0.25, ±0.51, ±0.41였다. 이는 치료 간 자세오 차(Inter-fractional error)에 있어서 Translational error 보다 Rotational error가 상대적으로 큰 것을 알 수 있으
며, 환자 자세 셋업 시 회전오차 보정의 필요성을 보여준다 (Table 1).
점 선량 측정한 경우, 각각 환자의 평균 회전오차를 적용 한 결과를 회전오차가 없는 경우와 비교해 볼 때 점 선량 의 평균 오차율이 약 0.25-0.4 % 증가함을 확인할 수 있 다(Table 2). 뇌종양 환자의 체적조절회전 방사선치료에서 자세회전오차에 따른 선량영향에 관한 연구에서 회전오차 의 유무에 따른 점 선량의 오차율에는 유의한 차이가 있다 (p < 0.05)고 보고하고 있는 것을 고려해볼 때, 본 연구에서 평균 오차율의 차이가 크지는 않지만 6DoF couch 사용 에 따른 회전오차의 보정은 점 선량에 있어서 치료효율을 높일 수 있음을 알 수 있다.(10)
SNC patient software를 이용한 감마지수 분석 시, 모 든 방향의 회전오차에서 2번 환자를 제외한 9명의 환자 에게서 감마통과율이 크게 감소했다(Fig. 4). 2번 환자 의 경우 종양의 모양에 따른 치료계획이 회전오차의 부여 에 크게 영향을 받지 않은 표적이기 때문인 것으로 사료된 다. TG-119에서 Gamma Index의 기준인 DTA 3 mm, DD(Dose Difference) 3 %에서 95 % 이상을 권고하는 것과 치료부위에 따라서는 90 % 이상을 권고(11-12)하고 있 지만 각각의 회전오차가 부여된 경우 10명 중 8명의 환자 에게서 감마통과율이 90 % 이하임을 확인할 수 있는데, 이는 ArcCHECK의 Setup에 회전오차를 부여해서 선량의 경향성을 확인한 것이지 정확한 선량의 재현은 아니기에 다소 차이가 날 수 있다(Fig. 4).
표적의 길이와 각각의 회전오차의 크기에 따른 감마통 과율의 변화를 확인하기 위한 본 추가연구에서 회전오차 가 커짐에 따라서 감마통과율도 감소하는 경향을 알 수 있 Table 5. Gamma passing rates due to change of target
length.
Rot.
Rot.
Angle (°)
Gamma passing rates (%)
5 cm 10 cm 15 cm 20 cm
Rx (Pitch)
Iso 98.7 91.4 90.3 98.5
0.5 95.8 87.0 88.1 97.8
1.5 88.3 83.8 84.2 94.5
2.5 74.8 76.3 81.7 91.6
Ry (Roll)
Iso 98.7 91.4 90.3 98.5
0.5 96.3 90.3 87.4 97.9
1.5 97.6 87.3 86.6 96.5
2.5 96.7 87.7 88.6 93.7
Rz (Yaw)
Iso 98.7 91.4 90.3 98.5
0.5 97.8 85.1 87.9 97.0
1.5 86.6 80.6 86.1 96.1
2.5 75.1 74.2 81.4 93.5
Table 6. The maximum dose difference of both ends
Maximum Dose Difference of both ends (%) Rot. error
Lengths
Rx(pitch) Ry(roll) Rz(yaw)
0.5° 1.5° 2.5° 0.5° 1.5° 2.5° 0.5° 1.5° 2.5°
5 cm 10.7 13.5 25.1 5.8 5.4 8.8 6.0 14.3 15.1
10 cm 7.6 9.2 23.3 5.9 6.6 8.5 7.7 7.8 13.9
15 cm 15.7 27.2 36.0 6.6 5.2 9.3 21.8 47.0 53.1
20 cm 17.7 36.7 45.6 2.0 3.4 8.7 6.0 16.7 37.2
으며, 표적의 길이가 5 cm과 10 cm의 경우 가장 큰 회전오 차를 부여했던 2.5°와 0.5°에서 측정한 값을 비교해보았을 때 Ry(roll) 방향을 제외한 감마통과율의 감소율이 상대적 으로 컸으며 평균적으로 각각 21.9 %와 10.8 %의 감소를 보였다. 반면에, 표적의 길이가 15 cm과 20 cm의 경우에는 1.5°에서 측정했던 값과 비교해보았을 때 상대적으로 큰 감 소율을 나타냈으며 평균적으로 각각 3.8 %와 2.8 % 정도 의 감소를 보였다. 표적의 길이가 짧을수록 작은 회전오차 에서도 감마통과율이 민감하게 변화함을 확인할 수 있는 데 이는 계획된 표적에 방사선이 조사될 때 표적의 길이가 짧을수록 ArcCHECK에서 받아들이는 Detector의 Di- ode 수도 상대적으로 줄어들어 작은 회전오차에서도 감마 통과율이 크게 감소하기 때문인 것으로 볼 수 있다(Fig. 5).
Pietro Mancosu 등의 치료부위별 Rx(pitch)와 Ry 방향 의 회전오차 보정이 요구되는 정도에 관한 연구에서 평균적 으로 Rx와 Ry 방향에서 각각 0.63°, 0.68°가 보정되어야 한 다고 보고하면서 여섯 방향에 대한 보정은 치료부위에 관계 없이 자세 셋업에 대한 정확성을 향상시킬 수 있다고 주장 하였다.(13) 또한, S Chaudhari Ahmad 등의 환자 셋업오차 정확성을 위한 6DoF couch의 선량학적인 평가 연구에서 는 회전오차가 없는 경우의 평균 감마통과율은 97.3 %였으 며, 평행방향의 회전오차만 부여되었을 때 평균 감마통과 율은 76.3 %로 크게 감소하였으나, 평행방향과 회전방향의 회전오차가 모두 부여되었을 때, 6DoF couch를 적용한 감 마통과율은 93.4% 로 크게 증가됨을 보고한바 있다.(14)
본 연구에서도 표적의 길이에 따른 각각의 회전오차가 주는 영향을 선량계측 품질보증(DQA) 방법 중에 하나로 ArcCHECK의 선량분포 데이터를 통하여 확인하였으며, 각 다이오드에 측정된 선량정보를 추출하고 Dose Dif-
ference를 계산하여 선량차이의 경향을 확인하였다(Fig.
6). 본 연구에서는 표적이 원기둥 모양의 형태이기 때문에 Ry 방향, 즉 roll 방향의 회전오차에서는 표적의 중심부와 표적의 양 끝단의 선량차이 경향성을 볼 수 없었지만 실제 표적의 길이가 긴 환자의 치료계획을 할 경우에는 Ry 방향 에서도 자세 회전오차의 크기에 따라 선량차이가 발생할 것으로 사료된다. 또한 각 회전오차의 크기별 감마통과율 과 Dose Difference 분석결과로 미루어 볼 때 표적의 길 이별, Ry 방향에서의 회전오차를 제외한 회전오차의 크기 가 커짐에 따라서 표적의 양 끝단 지점에서의 선량차이도 커짐을 확인할 수 있다(Table 6). Rz 방향의 회전오차 적 용 시 같은 회전오차에서 10 cm보다는 5 cm의 경우에 20 cm보다는 15 cm의 경우에 선량차이가 크게 나타난 결과 를 확인할 수 있는데 이는 ArcCHECK의 다이오드 배열 간격이 Iso-center를 중심으로 1 cm 간격으로 되어 있기 때문에 분석지점을 선택할 때, 상대적으로 5 cm과 15 cm 의 표적에 길이에서 10 cm과 20 cm에서 보다 저선량 영역 지점이 선택되어 선량차이는 상대적으로 크게 나온 것으 로 사료된다. 이에 따라 표적의 길이별로 중심부와 양 끝단 지점의 선량차이의 경향성을 보다 정량적으로 평가하기 위 하여 표적의 중심부와 양 끝단 지점의 최대 선량차이의 비 를 산출한 결과 Ry 방향 전 영역에서의 결과를 제외하고 동일한 회전오차에서 표적의 길이가 커짐에 따라 표적의 중심부에 비해 양끝단 지점의 선량차이는 커짐을 확인할 수 있었다(Table 7). 선량분포 측정 및 획득 중에 발생한 무작위 오차 등에 의하여 각 회전오차에 따라 조금씩 다른 양상을 보이는 부분도 있으나, 5 cm과 10 cm에서는 2.5°
이상의 모든 회전오차에서 6DoF couch를 이용한 회전오 차 보정이나 치료 방사선사의 치료 전 CBCT를 통한 환자
Table 7. The ratio of the maximum dose difference between Iso-center and both ends Both ends : Iso-center
Rot. error Lengths
Rx(pitch) Ry(roll) Rz(yaw)
0.5° 1.5° 2.5° 0.5° 1.5° 2.5° 0.5° 1.5° 2.5°
5 cm 1.43 1.42 1.23 1.66 0.98 0.98 1.15 1.66 2.74
10 cm 1.52 4.18 1.32 1.13 0.88 1.08 1.22 1.30 2.21
15 cm 4.62 6.43 4.34 0.75 0.74 1.09 3.28 5.00 5.59
20 cm 8.05 9.41 9.12 0.91 1.10 1.14 3.33 5.93 6.89
자세 재 셋업을 통한 보정이 필요함을 확인하였고, 표적의 길이가 15 cm과 20 cm으로 길고 회전오차가 0.5° 이상인 경우에는 오차의 보정이 반드시 필요한 것으로 사료된다.
참고문헌
1. Thomas Bortfeld : IMRT: a review and preview.
Phys. Med. Biol. 51 (2006) R363–R379.
2. Jennifer De Los Santos, Richard Popple, Nzhde Aga- zaryan, John E. Bayouth, et al. : Image Guided Ra- diation Therapy (IGRT) Technologies for Radiation Therapy Localization and Delivery. Int J Radiation Onco l Biol Phys, Vol. 87, No. 1, pp. 33-45, 2013.
3. Christoph Oehler, Stephanie Lang, Peter Dimmer- ling, Christian Bolesch, et al. : PTV margin defini- tion In hypofractionated IGRT of localized prostate cancer using cone beam CT and orthogonal image pairs with fiducial markers. Radiation Oncology 2014, 9:229.
4. D. Schmidhalter, M. K Fix, M Wyss, N. Schaer, et al : Evaluation of a new six degrees of freedom couch for radiation therapy. Med. Phys. 40 (11), November 2013.
5. Akihiro Takemura, Shinici Ueda, Kimiya Noto, Hi- ronori Kojima, et al : Comparison of the Motion Accuracy of a Six Degrees of Freedom Radiotherapy Couch with and without Weights. International Journal of Medical Physics, Clinical Engineering and Radiation Oncology, 2013, 2, 69-75.
6. Sewuk Jang, Kangchul cho, Sangkyu Lee, Jooho Kim, et al : Evaluation of the accuracy of the Hexa- POD evo RT system using Non-coplanar beams in lung cancer. The journal of the korean society for radiotherapeutic technology 2015 ; 27(2) : 115~122.
7. Dongmin Jung, Hyokuk Park, Jongwon Yoon, Sang-
kyu Lee, et al : Verify Image-Guided Shifts for 6DoF Couch using Yonsei Cancer Center QA Set.
The journal of the korean society for radiothera- peutic technology 2017 ; 29(1) : 7~18.
8. Shang C Y, Williams T R, Kasper M : Clinical Efficacy of Using KV-CBCT Imaging Guided 6D Robotic Couch in Lung SBRT. Med. Phys. 38, 3473 (2011).
9. Weihua Fu, Yong Yang, Ning J. Yue, Dwight E. Heron, et al : Dosimetric influences of rotational setup errors on head and neck carcinoma intensity-modulated radiation therapy treatments, Medical Dosimetry, Summer 2013, Volume 38, Issue 2, 125-132.
10. Hyo-kuk Park : Dosimetric effect by rotational er- ror in VMAT on Brain tumor patients, Department of Radiological Science, The Graduate School, Ga- chon University Inchon, Korea (2016).
11. Gary A. Ezzell, Jay W. Burmeister, Nesrin Dogan, Thomas J. LoSasso, et al : IMRT commissioning:
Multiple institution planning and dosimetry com- parisons, a report from AAPM Task Group 119, Med Phys. 36 (11), November 2009.
12. Stenfan Both, lonut M. Alecu, Andrada R. Stan, Mar- ius Alecu, et al : A study to establish reasonable action limits for patient specific-quality assurance in inten- sity-modulated radiation therapy, Jonrnal of Applied Clinical Medical Physics, Vol 8, No 2, Spring 2007.
13. Pietro Mancosu, Giacomo Reggiori, Anna Gaudino, Francesca Lobefalo, et al : Are pitch and roll com- pensations required in all pathologies. A data analy- sis of 2945 fractions, Br J Radiol 2015;88:20150468.
14. S Chaudhari Ahmad, K Spencer, S Brahmavar, J Hyser, et al : Dosimetric Evaluation of HexaPOD as a Tool for Patient Setup Verification Accuracy, Med- ical Physics, Vol. 39, No. 6, June 2012.
Evaluation on the Usefulness of 6DoF Couch in V-MAT on Patients with Long length of Target
Department of Radiation Oncology, Yonsei Cancer Center
Young Se Choi, Hyo Kuk Park, Se Young Kim, Joo Ho Kim, Sang Kyoo Lee, Jong Won Yoon, Jung Heui Cho
Purpose: To evaluate the usefulness of the HexaPOD™ evo RT system(6DoF couch) and the tendency of dose difference according to size of rotational direction error for volumetric ro- tational modulated radiotherapy(V-MAT) in patients with long target lengths. Therefore, it is suggested to recommend the need for rotational error correction.
Materials and Methods: Ten patients with Esophagus cancer or Breast cancer including SCL treated with HexaPOD 6DoF(Six-Degree of Freedom) couch were included in this study. 6DoF couch was used to measure the difference in dose according to the rotation error in the direc- tions of Rx(pitch), Ry(roll), and Rz(yaw). Each rotation error was applied. Positioning variation on x, y and z axis was verified and random variations were made by 6DoF couch with position- ing variation. Modified DQA is conducted and point dose and gamma value are analyzed and compared. In addition, after applying the rotation error every 1° to treatment plans of each target with a diameter of 3 cm, 5, 10, 15, and 20 cm respectively, gamma passing rate is being monitored by its aspect of change according to types and sizes of the target length and rota- tion error.
Results: Mean error of the point dose and Gamma passing rate when the position variation was applied were 2.50±1.11 % and 84.1±7.39 % in the Rx direction, 2.36±1.16 %, and 81.0±8.49
% in the Ry, 2.35±1.10 % and 84.4±6.99 % in the Rz direction, respectively. As a result of analy- sis on gamma passing rate according to types and sizes of the target length and rotation er- ror, the gamma passing rate tended to decrease with increasing rotation error in the Rx and Rz directions except Ry direction. In particular, the lowest gamma passing rate (74.2 %) was in the case of 2.5° rotation error in Rz direction of the target of 10 cm.
Conclusion: The correction of the rotational error is needed for volumetric modulated radio- therapy of the treatment area with a long target length, and the use of 6DoF couch will im- prove the reproducibility of the patient position and the quality of the treatment.
▶Key words: V-MAT, 6DoF couch, SI direction, DQA
