Feasibility study of the usefulness of SRS thermoplastic mask for head & neck cancer in tomotherapy

mask, S-mask)으로 크게 나눌 수 있다. C-mask는 한 겹의 3.2 mm두께로 구성되어있으며 S-mask는 3 mm두께의 두 겹으로 고정을 시켜주기 때문에 S-mask의 경우 치료 간 움 직임에 대한 변화를 C-mask에 비해 0.5 mm에서 1 mm정도 줄여 줄 수 있다

. 그러나 S-mask는 C-mask에 비해 상대 적으로 두껍고 얇은 부분의 불균일한 구성으로 제작되기 때 문에 표면 선량에 변화가 있을 수 있다

.

제작되는 고정 장치의 종류나 크기, 형태에 따른 산란 또 는 흡수에 의한 표면 선량 증가 그리고 IGRT과정에서 영상 획득을 위한 치료 외 선량은 피부 부작용이나 2차 암 발생 확률을 높이는 무시할 수 없는 요인이다

.

본 연구에서는 동일한 치료부위에 동일한 처방선량으로 토모 치료할 때 두 종류의 열성형가면을 적용하여 발생하는 표면선량의 변화 경향을 비교해보고 토모 치료시 S-mask의 적용에 대한 유용성을 평가해 보고자한다.

대상 및 방법

1. 인체 팬텀을 이용한 고정 장치 제작 및 치료 계획 수립

1) 모의 치료

실 험 에 는 인 체 팬 텀 (anderson rando phantom, USA)[figure 1]을 사용하였으며 열성형가면으로 일반치료용 (C-thermoplastic mask, C-mask, MT-APUD-3.2, Q fix), 특 수치료용(S-thermoplastic mask, S-mask, X-knife MASK, Guangzhou Renfu Medial, CHINA)을 사용하여 고정 장치 를 제작하였다[figure 2].

동일한 중심점을 기준으로 방사선 모의치료용 컴퓨터 단 층촬영기기(Discovery RT590, GE, USA)를 이용하여 2.5 mm의 슬라이스 두께, 121개의 슬라이스로 모의치료 과정 을 시행하였다. 모의 치료 시 S-mask를 기준으로 치료 부위 에서 열성형가면의 두꺼운 부분과 얇은 부분으로 관심 부위 (ROI)를 설정 한 후 인체 팬텀 표면에 납 줄을 부착 시켜 위 치를 표시 하였다.

2) 치료 계획 수립

치료 계획 수립에서 치료 위치의 변화에 따른 표면선량 계산에 대한 변화를 알아 보기위해 Pinnacle(V9.2, Philips, USA)을 이용하여 두 종류의 치료 표적을 설정한 후 치료 계 획을 수립하였다. 실험에 사용된 표적은 표면선량의 변화 양상을 비교하기 위해 변화량이 극대화 되게 측정되는 표면 에 위치한 표적들로 설정하였다.

열성형가면이 아닌 다른 주변 장치의 오차 요소가 거의 없는 안와(Orbit)에 CTV를 정한 후 3 mm 확장하여 PTV를 Fig 1. rando phantom

Fig 2. Immobilization mask (1)C-mask and (2)S-mask

(1) (2)

생성하였다. 처방선량 59.4 Gy를 27회 분할하여 90%로 PTV에 처방하였으며 planning station(tomotherpay inco, USA, TPS)으로 C-mask와 S-mask에 대한 주변 결장장기의 제한을 동일하게 설정하여 치료계획을 수립하였다[figure 3-1]. 열성형가면과 그 외 고정 장치에 의한 오차요소가 포 함되게 타액선(Salivary gland)에 CTV를 정한 후 3 mm 확 장하여 PTV를 생성하였다. 처방선량 59.4 Gy를 27회 분할 하여 95%로 PTV에 처방하였고 TPS로 C-mask와 S-mask에 대한 주변 결장장기의 제한을 동일하게 설정하여 치료계획 을 수립하였다[figure 3-2].

3) 관심 부위 설정 및 TPS의 표면선량 평가

안와 계획에서는 안와 부위의 주변에 관심영역(ROI)[O- 1, O-2, O-3, O-4 ,O-5]을 설정하여 TPS에서 계산되는 표면 선량을 평가하였다. ROI는 안와 상부에 위치하는 S-mask의 두꺼운 부분에 1,2 안와를 기준으로 중심부터 외측으로 3, 4, 5로 지정하고 1×1 cm

의 크기로 설정 하여 치료 주변에 서 열성형가면의 종류에 따른 두께가 다른 부분과 치료 표 적 부근의 표면 선량을 평가해 보고자 하였다[figure 4-1].

타액선 계획에서는 타액선의 주변에 ROI[S-1, S-2, S-3, S- 4, S-5, S-6]을 설정한 후 TPS를 이용하여 표면 선량을 평가 Fig 3. (1)Orbit plan C-mask(first), S-mask(second) and (2)Salivary gland plan C-mask(first), S-mask(second)

[3-1]

[3-2]

하였다. ROI는 치료 표적이 포함되는 범위에서 S-mask에서 두꺼운 부분과 그 외 고정 장치가 포함 되는 부분을 1, 3, 5 그 외 부분을 2, 4 ,6으로 지정하고 안와와 동일하게 1×1 cm

의 크기로 설정하여 치료 주변에서 열성형가면의 종류 에 따른 두께가 다른 부분과 치료 표적 부근의 표면 선량을 평가해 보고자 하였다[figure 4-2].

4) Gafchromic EBT3 film을 이용한 표면선량 측정 선량상승영역(build up region) 이내의 경우 TPS로 계획 된 선량은 선량 계산 방식에 따라 선량의 오차가 허용 범위 보다 크게 나타나는 경향이 있기 때문에 Gafchromic EBT3 film을 이용하여 선량 검증을 해보았다

. 인체 팬텀의 표면 에 안와의 설정된 ROI에 Gafchromic EBT3 film을 2×2 cm

의 크기로 자른 후 부착시키고 제작된 열성형가면을 씌

운 후 치료 조사하였다. 조사된 필름은 선량 농도 분석시스 템(V 6.1, RIT, USA)를 이용하여 2×2 cm

에서 중심구역의 1×1 cm

을 선택하여 측정된 평균선량을 구하였다

. 타액 선의 경우도 안와와 동일한 방법으로 Gafchromic EBT3 film을 이용하여 평균선량을 측정하였다.

결 과

1. TPS 선량 비교

1) 안와

관심영역에 대한 열성형가면의 종류에 따른 표면선량 차 이 값을 구했을 때 C-mask에 대한 S-mask의 표면선량을 보 면 두꺼운 영역의 O-1, O-2에서 1 Gy, 1.5 Gy로 5.47%, Fig 4. ROI (1)Orbit, (2)Salivary gland

(4-1) (4-2)

Table 1. Surface dose of orbit by TPS (Unit : Gy)

O-1 18.29 19.29 1

O-2 45.62 47.12 1.5

O-3 53.93 53.2 -0.73

O-4 21.63 20.98 -0.65

O-5 19 21.53 2.53

c-mask s-mask difference

Table 2. Surface dose of salivary gland by TPS (Unit : Gy)

S-1 9 10.43 1.43

S-2 50.58 52.12 1.54

S-3 34.04 34.89 0.85

S-4 25.12 26.96 1.84

S-5 35.61 36.77 1.16

S-6 30.37 31.72 1.35

c-mask s-mask difference

3.29%의 변화를 보였으며 얇은 영역의 O-3, O-4, O-5에서 는 -0.73 Gy, -0.65 Gy, 2.53 Gy로 -1.35%, -3.01%, 13.32%

의 변화를 보였다[table 1][figue 5-1].

2) 타액선

관심영역에 대한 열성형가면의 종류에 따른 표면선량 차 이 값을 구했을 때 C-mask에 대한 S-mask의 표면선량을 보 면 두께와 고정 장치에서 차이점을 보이는 영역의 O-1, O- 3, O-5에서 1.43 Gy, 0.85 Gy, 1.16 Gy으로 15.89%, 2.5%, 3.26%의 변화를 보였으며 얇은 영역의 O-2, O-4, O-6에서 는 1.54 Gy, 1.84 Gy, 1.35 Gy의 3.04%, 7.32%, 4.45% 변화 값을 보였다[table 2][Figure 5-2].

2. Gafchromic EBT3 film 측정 선량 비교

1) 안와

관심영역에 대한 열성형가면의 종류에 따른 표면선량 차 이 값을 구했을 때 C-mask에 대한 S-mask의 표면선량을 보 면 두꺼운 영역의 O-1, O-2에서 1.88 Gy, 3.46 Gy로 17.49%, 10.57%의 변화를 보였으며 얇은 영역의 O-3, O-4, O-5에서는 -0.2 Gy, 0.53 Gy, 1.53 Gy로 -0.56%, 5.28%,

16.98%의 변화를 보였다[table 3][Figure 6-1].

2) 타액선

관심영역에 대한 열성형가면의 종류에 따른 표면선량 차 이 값을 구했을 때 C-mask에 대한 S-mask의 표면선량을 보 면 두께와 고정 장치에서 차이점을 보이는 영역의 O-1, O- 3, O-5에서 1.28 Gy, 1.44 Gy, 1.65 Gy으로 32.74%, 8.89%, 8.60%의 변화를 보였으며 얇은 영역의 O-2, O-4, O-6에서 는 1.2 Gy, 3.02 Gy, 1.04 Gy의 3.67%, 31.10%, 5.84% 변화 값을 보였다[table 4][Figure 6-2].

결론 및 고찰

TPS에서 계산된 표면선량은 계산에 사용된 격자(grid)의 크기와 CT의 용적 요소(voxel)크기 등에 따라 측정된 선량 값과 차이가 나타날 수 있다. 그리고 Gafchromic EBT film 의 경우 측정 조건과 필름의 코팅 및 판독할 때의 빛의 방향 에 따라 최대 4~5%의 오차가 발생한다고 알려져 있으며 동 일한 선량을 처방하여 분석했을 경우 처방 선량보다 10~15%까지 오차가 발생할 수 있다는 연구도 있었다

. 이 Table 3. Surface dose of orbit by EBT3 (Unit : Gy)

O-1 10.75 12.63 1.88

O-2 32.73 36.19 3.46

O-3 35.5 35.3 -0.2

O-4 10.04 10.57 0.53

O-5 9.01 10.54 1.53

c-mask s-mask difference

Table 4. Surface dose of salivary gland by EBT3 (Unit : Gy)

S-1 3.91 5.19 1.28

S-2 32.72 33.92 1.2

S-3 16.19 17.63 1.44

S-4 9.71 12.73 3.02

S-5 19.19 20.84 1.65

S-6 17.81 18.85 1.04

c-mask s-mask difference

Fig 5. Surface dose by TPS (1)Orbit (2)Salivary gland

는 build up region이 부족하여 전자 평형을 이루기 어려운 영역은 선량 분포가 균일하지 않게 나타날 수 있으며, TPS 에서 보다 실제 선량의 분포의 균일성은 더 낮게 나타날 수 있음을 보여주고 있다. 실험에서 측정한 선량의 오차는 film 의 스캔 및 교정 과정의 오차 등 여러 가지 요인으로 의해 더 불균일하게 나타났을 가능성이 있기 때문에 본 연구에서 는 EBT film의 측정을 통한 상대적 선량의 변화 경향만을 중점 적으로 생각하고 측정 표면 선량을 평가 하였으며 두 종류의 열성형마스크에 대한 표면 선량 변화는 TPS의 경우 안와에서 최대값 4.26% 최소값 1.09%, 타액선에서 최대값 3.10% 최소 1.43%의 변화를 보여 주었다. Gafchromic EBT film에서는 안와에서 최대값 5.82% 최소값 0.89%, 타액선 에서 최대값 5.08% 최소값 1.75%로 전체적인 경향은 S- mask와 C-mask를 비교 해보았을 때 TPS와 Gafchromic EBT film 모두 무작위적으로 변화하였고 유효한 범위에 들 어옴을 알 수 있었다.

S-mask는 C-mask에 비해 토모치료 중 발생하는 환자의 움직임에 대한 치료 간 및 치료 중 위치변화를 줄이는 장점 을 가지고 있다. 또한 본연구의 치료 표적은 표면근처에 위 치한 경우를 대상하여 극대화된 표면선량을 측정하였지만 치료 표적이 표면보다는 심부쪽으로 위치할 경우 표면 선량 은 낮게 측정될 것으로 예상된다. 이에 두경부 토모치료 시 치료 표적이 작고 주변 결정 장기가 근접해 있을 경우에 표 적의 위치와 총 선량을 고려하여 S-mask를 사용한다면 충 분한 유용성을 가질 것으로 사료된다.

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Purpose :

Materials and Methods :

Results :

Conclusion :

Seong Jin Jeon・Chul Jong Kim・Dong Yeol Kwon・Jong Sik Kim

Feasibility study of the usefulness of SRS thermoplastic mask for head & neck cancer in tomotherapy

Department of Radiation Oncology, Sam Sung Seoul hospital, Seoul, Korea

Abstract

Keyword :