서 론
최근 방사선치료 장비의 개발과 기술의 발전으로 인하여 주변 정상조직에 조사되는 방사선을 최소화 하고 종양에는 최대한 계획된 방사선이 조사 되도록 하여, 부작용을 최소 화하고 높은 치료 효과를 가져 올 수 있는 세기변조방사선 치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT) 및 영 상유도 방사선치료(Image Guide Radiation Therapy, IGRT) 와 같은 최신 방사선치료 기술들이 치료에 다양하게 적용되고 있다.1), 2) 이렇듯 정교한 치료기법과 더불어 더욱
정밀하고 정확한 환자 치료자세의 재현성도 요구되고 있다.
전립샘암, 방광암 및 자궁암 등 골반부위의 치료에서 바로 누운자세로 치료를 받는 환자들의 경우 허리의 휘는 정도가 매 치료시마다 변하는 현상이 발생하고 있으며, 이러한 경 우 환자의 자세잡이를 다시 실시 한 후 오차를 보정하여 치 료를 진행하고 있다. 이러한 반복적인 작업은 환자에게도 추가적인 피폭을 줄 뿐만 아니라 종사자에게도 피로감을 불 러 일으킬 수 있다.
기존의 couch는 평면적 개념의 Yaw를 포함한 X축, Y축, Z축 총 4개의 축을 기준으로 하는 움직임에 대한 보정만 가 능하여 허리의 휘는 정도의 변화에 대한 현상을 보정 하지 못하였으나 6D robotic couch는 환자의 머리에서 다리 방 향, 좌우 방향의 회전개념인 pitch 와 roll의 기능이 추가되 어 위 현상에 대한 보정이 가능하게 되었다.6)[Fig. 8]
본 논문은 2014년 9월 30일 접수하여 2014년 12월 2일 채택되었음.
책임저자 : 정창영, 서울아산병원 방사선종양학과 서울특별시 송파구 올림픽로43길 88 Tel : 02) 3010-4411
E-mail : [email protected]
세기변조방사선치료에서 Pitch 와 Roll 변화에 따른 선량전달 정확성 평가
서울아산병원 방사선종양학과
목 적 :세기변조방사선치료에서(Intensity modulated radiation therapy,IMRT) 6D robotic couch의 pitch 와 roll 변화에 따른 선량전달의 정확성 을 평가하고자 한다.
대상 및 방법 :Trilogy(Varian Medical Systems, USA)와 6D robotic couch(ProturaTM 1.4, CIVCO, USA)를 사용하여 골반부위의 세기변조방사 선치료를 진행한 14명의 환자를 대상으로 영상유도 시 발생한 pitch 와 roll 방향의 오차 값과 발생빈도를 분석하였다. 오차의 변화에 따른 선량전달 정확성의 차이를 평가하기 위해 pitch 와 roll의 변화가 0˚인 상태의 측정치를 기준으로 각각 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚, 2.5˚로 변화시킨 경우에 대하여 2차원 이온전리함 배열 검출기(I’mRT Matrixx, IBA Dosimetry,Germany)와 MultiCube Phantom(IBA Dosimetry, Germany)를 이용하여 측정 후 감마지수(3 mm, 3%)의 비교평가를 실시하였다. 실험에는 Dynamic Multi-Leaf Collimator의 sliding window기법을 사용한 3명의 자궁경부암 치료 계획을 적용하였다.
결 과 :대상 환자의 영상(3D/3D Match 78건, 2D/2D match 79건)을 분석한 결과 pitch 와 roll의 평균 오차값은 0.9˚ ± 0.7, 0.5˚ ± 0.6, 최대 값은 2.8˚, 2.0˚로 분석되었고, 최소값은 pitch 와 roll 모두 0˚으로 나타났다. 각각의 조건에서 측정된 선량전달에 대하여 감마지수를 이용하여 비교한 결과, pitch가 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚, 2.5˚일 때 gamma pass rate의 평균은 각각 97.75%, 96.65%, 94.38%, 90.91%, roll의 경우 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚, 2.5˚에서 평균 93.68%, 93.05%, 87.77%, 84.96%로 나타났고, pitch 와 roll을 동시에 변화시킨 경우 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚에서 평 균 94.90%, 92.37%, 87.88%의 결과 값을 얻었다.
결 론 :대상 환자의 영상 유도 시 pitch 와 roll의 오차 발생률은 전체 치료 횟수에서 각각 82.20%, 72.20%로 분석되었고, 감마지수를 통해 오차 값이 커질수록 선량전달의 정확성이 낮아진다는 것을 확인할 수 있었다. 세기변조방사선치료 시 선량전달의 정확성을 높이기 위해서는 정확한 자 세잡이와 더블어 적절한 영상유도를 통해서 pitch 와 roll 방향으로 발생할 수 있는 오차를 줄이도록 노력해야 할 것으로 사료된다.
핵심용어 :Pitch, Roll, Gamma index
정창영・배선명・이동형・민순기・강태영・백금문
6D robotic couch를 사용함으로써 육안으로는 확실히 확 인 할 수 없는 허리가 휘는 변화에 대해, 피부표면에 그려져 있는 잉크표시에 의존하여 환자의 자세잡이를 해야만 하는 불확실성을 감소시킬 수 있고, 다시 치료실에 들어가 자세 잡이를 해야 하는 번거로움을 줄여줄 수 있으며, 실제 보정 한 이동방향성뿐만 아니라 그 수치도 직접 확인 할 수 있게 되었다.7)
만약 pitch 와 roll을 보정하지 않고 치료를 하게 되는 경 우 치료계획용적(Planning Target Volume, PTV)에 저 선량 전달 및 주변 주요장기에 과 선량 전달의 결과를 초래 할 가 능성도 있다.3)
본 논문에서는 골반부위 치료 시 발생하는 pitch 와 roll 에 대한 치료자세 오차의 발생률과 그 수치 값 및 범위에 대 하여 확인 해 보고자 하였으며, 만약 오차에 대한 보정이 이 루어 지지 않은 상태에서 치료가 진행되었을 경우 실제로 조사되는 선량전달 정확성의 차이에 대하여 평가해 보고자 한다.
대상 및 방법
1. 실험재료
- Trilogy(Varian Medical Systems, USA) - ProturaTM1.4(CIVCO, USA)
- 전산화치료계획 시스템(Eclipse treatment planning
system Version 10.0, varian, USA)
- I’mRT Matrix Version 1.6(WELLHOFFER, Germany) - MultiCube Phantom(IBA Dosimetry, Germany) - 세기변조방사선치료 분석 프로그램
(OmniPro I’mRT system software version 1.7b, IBA Dosimetry, Germany)
- Excel 2007(Micro-soft, USA) 2. 실험방법
본 실험에서는 VARIAN 사의 Trilogy를 사용하였고, 15 MV의 광자선이 사용되었다. 2014년 7월 1일부터 7월 31월 까지 본원에 내원하여 치료받은 환자 중 6D robotic couch(RROTURA, CIVCO, USA)를 이용하여 골반부위에 위치한 종양의 치료를 진행한 14명의 자세잡이 157건 (3/3DMatch 78건, 2D/2D match 79건)을 대상( 전립셈암 환자 2명, 자궁경부암 환자 8명, 자궁육종 3명, 골반림프종 1명)으로 매 치료 시 발생한 pitch 와 roll을 분석하여 그에 대한 발생빈도 및 평균값을 확인하였으며, 동일한 치료계 획을 적용하여 위에서 발생된 분석 값을 기반으로 6D robotic couch에 임의의 각도 변화를 주어 측정을 한 경우, 그에 따른 선량전달의 정확성에 대하여 확인해보고자 하였 다.[Fig. 1]
6D robotic couch의 pitch 0˚ 와 roll 0˚ 상태에서 측정 된 데이터를 기준으로 pitch 와 roll에 임의의 각도 변화 (pitch 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚, 2.5˚, roll 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚,
Table 1. The incidence for pitch
pitch 0 28 17.8 17.8
pitch 0 ~ 1.0 58 36.9 54.8 pitch 1.1 ~ 2.0 59 37.6 92.4 pitch 2.1 ~ 3.0 12 7.6 100
합계 157 100
pitch angle(˚)
generation number
valid percentage(%)
accumulate percentage(%)
Table 2. The incidence for roll
roll 0 22 27.8 27.8
roll 0 ~ 1.0 41 51.9 79.7
roll 1.1 ~ 2.0 16 20.3 100
합계 79 100
roll angle(˚)
generation number
valid percentage(%)
accumulate percentage(%)
Table 3. Parameters of patient`s treatment plan
1 15 MV Cervix IMRT 18.6 × 18.4 180˚,130˚,80˚,30˚,330˚,280˚,230˚
2 15 MV Cervix IMRT 17.3 × 17.3 180˚,130˚,80˚,30˚,330˚,280˚,230˚
3 15 MV Cervix IMRT 18.4 × 18.9 180˚,130˚,80˚,30˚,330˚,280˚,230˚
Plan No. Energy Treatment Site Delivery FIeld Size(cm) Gantry Angle(˚)
2.5˚, roll&pitch 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚)를 주어 선량전달을 했을 때 그 차이에 대하여 비교평가 하였으며, pitch 와 roll 적용 시 isocenter의 이동은 없었다. 실험에는 Dynamic Multi-Leaf Collimator의 sliding window기법을 사용한 동 일 부 위 치 료 계 획 (자 궁 경 부 암 3명 대 상 )을 적 용 하 였 다.[Table3]
전산화 치료 계획시스템을 이용하여 각 환자의 치료 계획 정보를 품질관리용 치료계획으로 변환하고 관상면 방향의 선량 평가면을 픽셀 크기 512 × 512, 매트릭스 크기 40 × 40 ㎠의 의료용 디지털 영상 및 통신 표준(Digital Imaging and Communications in Medicine)파일형식으로 변환하여 사용하였다.
2차원 이온 전리함 배열 검출기(평판형 전리함 수 : 1020
개, 범위 : 24.4 × 24.4 ㎠, 용적 : 0.08 ㎤, 직경 : 4.5 mm, 높이 : 5 mm, 배열간격 : 7.62 mm로 가로, 세로 일정한 간 격으로 32개씩 배열)와 MultiCube Phantom를 사용하여 각 각의 조건에서 측정하였다.[Fig. 2]
3. 연구결과의 분석
Microsoft office 2007 - EXEL 프로그램을 이용하여 pitch 와 roll에 대한 발생빈도 및 평균 오차를 확인하였 다.[Fig.3, 4] 각각의 조건에서 측정된 선량분포의 차이를 분 석하기 위해 세기변조 방사선치료 분석 프로그램(OmniPro I’mRT system software Version 1.7b, IBA Dosimetry, Germany)을 사용하였으며 거리상의 일치(distance-to - Table 4. Mean values of gamma Index (Total 3 patients) (unit :γ)
pitch 1.0 roll 0 1.47 0.23 0.24 97.75
pitch 1.5 roll 0 1.81 0.20 0.30 96.65
pitch 2.0 roll 0 1.97 0.33 0.33 94.38
pitch 2.5 roll 0 2.00 0.40 0.41 90.91
pitch 0 roll 1.0 1.89 0.31 0.35 93.68
pitch 0 roll 1.5 2.00 0.36 0.38 93.05
pitch 0 roll 2.0 2.00 0.46 0.48 87.77
pitch 0 roll 2.5 2.00 0.50 0.52 84.96
pitch 0 roll 1.0 1.94 0.28 0.33 94.90
pitch 1.5 roll 1.5 2.00 0.36 0.41 92.37
pitch 2.0 roll 2.0 2.00 0.45 0.47 87.88
Maximum
Signal average signal Standard Deviation
Gamma pass rate(%)
Fig 1. ProturaTM 1.4 Couch top & monitor display(CIVCO, USA)
agreement, DTA)와 선량에 대한 차이(dose difference, DD)에 대하여 이원화된 정량적 평가방법인 감마지수 (Gamma index)를 이용하였다.4) 5)(Gamma index 3 mm, 3%)
결 과
14명의 환자 157건의 자세잡이(3D/3D Match 78건, 2D/2D Match 79건)를 분석한 결과 pitch 평균 오차값과 roll 평균 오차값은 각 0.9˚ ± 0.7, 0.5˚ ± 0.6을 나타내 었으며, pitch 최대값 2.8˚, roll 최대값 2.0˚, 최소값은 pitch 와 roll 모두 0˚을 나타내었다. 전체 케이스를 분석 결과 오차 발생률은 pitch 와 roll 각각 82.2%, 72.2%였 다.[Table1, 2]
pitch 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚, 2.5˚씩 변화를 준 경우 Gamma pass rate의 평균값은 각각 97.75%, 96.65%, 94.38%, 90.91%, average signal은 0.23, 0.20, 0.33, 0.40을 나타내었으며, roll 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚, 2.5˚씩 변화를 준 경우의 평균값은 각각 93.68%, 93.05%, 87.77%, 84.96%, average signal은 0.31, 0.36, 0.46, 0.50를 나타내었다.
pitch 와 roll을 동시에 1.0˚, 1.5˚, 2.0˚씩 변화를 준 경 우의 평균값은 94.90%, 92.37%, 87.88%, average signal 0.28, 0.36, 0.45의 감마지수를 기록하였다.[Table4]
결 론
대상 환자의 영상 유도 시 pitch 와 roll방향의 오차 발생 률은 전체 치료 횟수에서 각각 82.2%, 72.2%로 확인 할 수 있었다. pitch 2.0˚와 roll 1.0˚를 초과 한 경우에는 현재 본원에서 기준으로 하고 있는 감마지수 기준(3 mm, 3%, gamma pass rate 95%이상)을 만족 시키지 못하였으며, pitch 와 roll이 복합적으로 발생 되었을 경우에서도 위의 기준치에 미치지 못했다.
또한, pitch 와 roll의 각도가 증가함에 따라 average signal과 그에 따른 표준편차도 증가추세를 나타냈으며, 선 량평가지도 상에서는 치료 중심부 보다 주변부위에서 선량 전달 정확도의 차이가 더 크게 나타나는 것을 육안으로 확 인 할 수 있었다.[Table4][Fig. 5, 6, 7]
(본 논문은 골반부위 치료에 대한 평가를 하였기에 골반 주변 주요장기에 관해서는 문제가 크지 않을 것으로 판단되 지만 다양한 장기들이 구성되어 있는 두경부 또는 복부 치 료 시에는 신장이나 침샘 같은 그 주변 주요장기에 더 큰 영 향을 미칠 수 있을 것으로 생각되며,) 만약 환자에게서 발생 한 pitch 와 roll을 간과하고 지나치게 된다면 정밀하게 방 사선이 조사되는 세기변조 치료에서 선량전달의 정확성 측 면에 영향을 미칠 수 있을 것이라 예상된다. 그러므로 위 결 과에서 확인 된 것처럼 환자 자세잡이시 pitch 와 roll의 발 Fig 2. I’mRT Matrix Version 1.6 & MultiCube Phantom
Fig 3. A occurrence distribution for pitch (Total 157cases)
Fig 4. A occurrence distribution for roll (Total 79 cases)
Fig 5. Dose map of only pitch angle deviation
(A. pitch 1.0˚ roll 0.0˚ B. pitch 1.5˚ roll 0.0˚ C. pitch 2.0˚ roll 0.0˚ D. pitch 2.5˚ roll 0.0˚)
Fig 6. Dose map of only roll angle deviation
(A. pitch 0.0˚ roll 1.0˚ B. pitch 0.0˚ roll 1.5˚ C. pitch 0.0˚ roll 2.0˚ D. pitch 0.0˚ roll 2.5˚)
Fig 7. Dose map of pitch angle & roll angle deviation
(A. pitch 1.0˚ roll 1.0˚ B. pitch 1.5˚ roll 1.5˚ C. pitch 2.0˚ roll 2.0˚) A. pitch 1.0˚
roll 0.0˚
B. pitch 1.5˚
roll 0.0˚
C. pitch 2.0˚
roll 0.0˚
D. pitch 2.5˚
roll 0.0˚
A. pitch 0.0˚
roll 1.0˚
B. pitch 0.0˚
roll 1.5˚
C. pitch 0.0˚
roll 2.0˚
D. pitch 0.0˚
roll 2.5˚
A. pitch 1.0˚
roll 1.0˚
B. pitch 1.5˚
roll 1.5˚
C. pitch 2.0˚
roll 2.0˚
생이 나타나는 것에 대하여 인지하고 있을 필요가 있겠으 며, 세기변조 방사선치료 시 선량전달의 정확성을 높이기 위해서는 정확한 자세잡이와 더불어 적절한 영상유도를 통 해서 pitch 와 roll 방향으로 발생할 수 있는 오차를 줄이도 록 노력해야 할 것으로 사료된다.
본 논문의 측정은 2차원 이온 전리함으로 실시함으로써 3차원적인 선량분포를 확인 할 수는 없었으며, 이를 보완하 기 위해 추후 3차원 이온 전리함을 이용하여 더 정교한 측 정을 해보는 것이 필요 할 것이라 판단된다.
참고문헌
1) Bak J, Jeong K, Keum KC, Park SW: On-line image guided radiation therapy using Cone-Beam CT (CBCT), J Korean Soc Ther Radiol Oncol 2006; 24 : 294-299
2) Bruno S, Aris T:Clinical application of image-guided radiotherapy, IGRT (on the Varian OBI platform), Cancer/radiotherapy 2006; 10: 252-257
3) N. Holtzer, D. Hoffmans, M. Dahele, J.P. Cuijpers, B.J.
Slotman, and W.F. Verbakel; VU University Medical Center, Amsterdam, Netherland: Roll and Pitch Correction in Head-and-Neck Patients by RapidAdaptation of Volumetric Modulated Arc Treatment Plans
4) M.Stasi, S. Bresciani, A. Miranti at al. Pretreatment patient- specific IMRT quality assurance: a correlation study between gamma index and patient clinical dose volume
histogram. Medical Physics 2012;Dec;39(12):7626-34 5) Francisco CH, Silvia VC : A Probability Approach to
the Study on Uncertainty Effects on Gamma Index Evaluations in Radiation Therapy. Computational and Mathematical Methods in Medicine 2011; 861869, 10 6) Clinical Efficacy of Using KV-CBCT Imaging Guided
6D Robotic Couch in Lung SBRT, Abstraction ID:15531 7) Matthias Guckenberger*, Johannes Roesch, Kurt Baier,
Reinhart A Sweeney and Michael Flentje : Dosimetric consequences of translation and rotational errors in frame-less image-guided radiosurgery, Radiation Oncology 2012,7:63
Fig 8. Moving direction of 6D robotic couch (A. Translational Ranges B. Rotational Ranges)
A. Translational Ranges B. Rotational Ranges
Purpose :The purpose of this study is to verify the accuracy of dose delivery according to the pitch and roll rotational setup error with 6D robotic couch in Intensity Modulated Radiation Therapy ( IMRT ) for pelvic region in patients.
Materials and Methods :Trilogy(Varian, USA) and 6D robotic couch(ProturaTM 1.4, CIVCO, USA) were used to measure and analyze the rotational setup error of 14 patients (157 setup cases) for pelvic region. The total 157 Images(CBCT 78, Radiography 79) were used to calculate the mean value and the incidence of pitch and roll rotational setup error with Microsoft Office Excel 2007.
The measured data (3 mm, 3%) at the reference angle (0˚) without couch rotation of pitch and roll direction was compared to the others at different pitch and roll angles (1˚, 1.5˚, 2˚, 2.5˚) to verify the accuracy of dose delivery by using 2D array ionization chamber (I’mRT Matrixx, IBA Dosimetry, Germany) and MultiCube Phantom(IBA Dosimetry, Germany). Result from the data, gamma index was evaluated.
Results :The mean values of pitch and roll rotational setup error were 0.9˚ ± 0.7, 0.5˚ ± 0.6. The maximum values of them were 2.8˚, 2.0˚. All of the minimum values were zero. The mean values of gamma pass rate at four different pitch angles ( 1
˚, 1.5˚, 2˚, 2.5˚ ) were 97.75% , 96.65%, 94.38% and 90.91%. The mean values of gamma pass rate at four different roll angles ( 1˚, 1.5˚, 2˚, 2.5˚ ) were 93.68%, 93.05%, 87.77% and 84.96%.
when the same angles ( 1˚, 1.5˚, 2˚ ) of pitch and roll were applied simultaneously, The mean values of each angle were 94.90%, 92.37% and 87.88%, respectively.
Conclusion :As a result of this study, it was able to recognize that the accuracy of dose delivered is lowered gradually as pitch and roll increases. In order to increase the accuracy of delivered dose, therefore, it is recommended to perform IGRT or correct patient`s position in the pitch and roll direction, to improve the quality of treatment.
Chang Young Jeong・Sun Myung Bae・Dong Hyung Lee・Soon Ki Min・Tae Young Kang・Geum Mun Baek
Evaluation of dose delivery accuracy due to variation in pitch and roll
Department of Radiation Oncology, ASAN Medical Center, Seoul, Korea
Abstract
Keyword :Pitch, Roll, Gamma index
