KR101435497B1 - 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차원 전리함 선량계의 방향성을 측정하고 보정하여 토모테라피에서 환자별 정도관리를 정확하게 수행하기 위한 것으로, 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법에 있어서, 상기 2차원 전리함 선량계를 제1팬텀의 중심부에 결합하고, 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 측정하는 제1단계와, 상기 2차원 전리함 선량계와 같은 크기의 제2팬텀을 제작하여 상기 2차원 전리함 선량계 대신 제1팬텀의 가운데에 상기 제2팬텀을 결합하고, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부와 측정 지점이 같도록 상기 제2팬텀에 이온챔버를 장착하여 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 이온챔버를 통한 흡수 선량을 측정하는 제2단계와, 상기 제1단계의 흡수 선량과 제2단계의 흡수 선량을 비교하여, 갠트리 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계를 중심점(isocenter)에서 교정하는 제3단계와, 갠트리의 각도에 따른 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량과 상기 제2단계의 이온챔버에서의 흡수 선량을 비교하여 각도별 교정 인자를 산출하는 제4단계와, 상기 각도별 교정 인자를 이용하여 토모테라피의 x-ray가 θ로 조사될 때, 방향성 보정을 통해 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 산출하는 제5단계와, 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계의 백그라운드 선량 바이어스를 보정하기 위한 제로-조사 선량 이미지(zero-irradiation dose image) 교정을 하는 제6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 2차원 전리함 선량계의 고유한 방향성 보정 및 백그라운드 선량 바이어스 보정을 통해, 토모테라피의 정확한 환자별 정도 관리가 가능해져서 2차원 전리함 선량계의 장점인 측정이 간단하고 측정시간이 단축되어 토모테라피를 이용한 환자별 정도 관리에 충분히 활용할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 2차원 전리함 선량계의 방향성을 측정하고 보정하여 토모테라피에서 환자별 정도관리를 정확하게 수행하기 위한 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법에 관한 것이다.
토모치료기(Tomotherapy)를 이용한 세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)는 가장 최신의 방사선 치료 중의 하나이다. 특히 토모치료기는 MVCT(Mega Voltage CT)를 이용한 영상유도방사선 치료가 가능하여 고정밀의 방사선 치료를 할 수 있다. 이러한 고정밀의 방사선 치료를 하기 위해선 먼저 컴퓨터를 사용하여 치료계획을 세우고 치료계획대로 방사선이 조사되는지 확인하는 환자별 정도 관리를 반드시 수행하여야 한다.
환자별 정도 관리는 각 환자의 치료계획대로 팬텀(phantom)에 방사선을 조사할 경우 예상되어지는 선량 분포와 이를 실제로 측정하여 얻어지는 선량분포를 비교하여 원하는 대로 방사선이 조사되는지 확인하는 과정을 말한다.
이러한 선량 측정시 보통 2차원 선량계를 사용하는데 필름이나 2차원 전리함 선량계를 사용한다.
필름은 방사선 조사 후 측정값을 얻는 Radiochromic 필름인 GAFCHROMIC EBT(International Specialty Products, USA) 필름을 주로 사용한다. Radiographic 필름은 현상기의 현상 조건에 따라 결과 값이 달라질 수 있고 인체 등가 물질이 아니라는 단점이 있고, Radiochromic 필름은 현상기에 의한 불확도는 없지만 방사선 조사 후 약 24시간 후에 선량을 평가해야 한다는 단점이 있다.
또한, 필름의 경우에는 스캐너를 통하여 digitize하여 측정값을 얻기 때문에 여기에서 artifacts가 생길 수 있다. 전체적으로 필름을 이용한 dosimetry는 과정이 복잡하고 필름을 다룰 때 조심하여야 한다는 불편함이 있어 시간이 오래 걸린다.
또한, 필름은 상대 선량계이기 때문에 전리함 같은 절대 선량계를 사용하여 어느 한 지점의 선량을 측정해주어야 한다는 단점이 있다. 반면 필름은 다른 2차원 선량계보다 해상도가 높기 때문에 IMRT장비의 인수 검사에 주로 사용된다.
한편, 2차원 전리함 선량계는 전리함 혹은 다이오드 선량계로 이루어져 있다. 2차원 전리함 선량계는 electrometer를 통하여 바로 결과값을 얻기 때문에 필름에 비하여 시간이 많이 절약된다.
또한, 현상, 24시간 기다림과 필름 스캐닝 같은 과정이 없기 때문에 간편하고 상대적으로 불확도가 적다. 또한 2차원 전리함 선량계의 경우는 절대 선량계이므로 별도의 전리함을 사용하여 어느 한 지점의 선량을 측정할 필요가 없다.
이러한 장점으로 임상에 바쁜 실제 방사선종양학과에서는 2차원 전리함 선량계가 선호된다. 다만, 필름에 비하여 해상도가 떨어지는 단점이 있어서 IMRT 장비의 인수 검사에는 사용하기 어렵고 인수 검사 후 일상적인 환자별 정도 관리에는 사용하도록 추천된다.
사용의 간편성과 바쁜 병원 업무에서의 시간 절약으로 일상적인 환자별 정도관리에 2차원 전리함 선량계가 선호되지만 2차원 전리함 선량계의 경우 방향성을 가지고 있어서 같은 선량이라도 어떤 갠트리(gantry)방향으로 방사선을 조사하느냐에 따라 측정값이 조금씩 달라진다.
비교적 모든 방향으로 골고루 방사선이 조사되는 경우에는 이 효과가 크게 나타나지 않지만 특정 방향 근처에서 방사선이 집중적으로 조사되는 경우에는 이 효과가 크게 나타나 2차원 전리함 선량계의 측정값이 실제와 차이가 날 수가 있다.
토모치료기(Tomotherapy)로 세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)를 하기 위해선 치료계획 후 치료를 시작하기 전에 치료계획을 검증하는 환자별 정도관리를 해야 한다.
보통 환자별 정도 관리는 필름이나 2차원 전리함 배열(ionization chamber array) 선량계를 이용한다. 2차원 전리함 배열은 결과를 바로 알 수 있고 측정 과정이 단순하여 필름에 비해 정도 관리 시간이 적게 걸린다. 또한, 선량 측정의 정확도와 안정성이 필름에 비해 높다는 장점이 있다.
반면, 2차원 배열이라는 구조적인 특성 때문에 방사선의 방향에 따라 민감도가 변하는 단점을 가지고 있어 방사선이 특정 방향의 주변에서만 조사되는 경우 정확도가 떨어지게 된다.
도 1은 토모치료기를 이용한 IMRT 치료의 환자별 정도 관리를 MatriXX(IBA dosimetry, Germany)라는 2차원 전리함 선량계를 사용하여 수행한 결과이다. 이 환자의 경우에는 특정 방향으로 방사선이 조사가 많이 되었다. 측정 결과는 치료계획장비의 계산값과 비교하여 주로 타겟(target) 부분에서 전반적으로 7% 이상의 차이가 있는 것처럼 나타나 감마인덱스 평가시 3%/3mmm 기준을 통과하는 지점이 전체 2차원 지점에서 92.53%를 보여 통상적인 95%를 넘지 못하였다.
하지만, 이것은 2차원 전리함의 방향성에 나타난 측정 오류였다. 같은 지점을 전리함을 가지고 측정해 본 결과 2.2%의 차이가 발생하여 2차원 전리함 선량계의 측정에 문제가 있음을 발견하였다. 2차원 전리함의 방향성을 보정하지 못하면 정확도가 떨어져 편리성에 불구하고도 사용하기 어려운 단점이 있다.
종래의 기술 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2008-0049716호, "치료 계획의 전달과 관련된 퀄리티 보증 기준을 평가하는 방법 및 시스템"이 있지만, 이는 방사선 치료계획의 전달에 관련된 퀄리티 보증기준을 평가하는 방법에 관한 것으로서, 2차원 전리함 선량계에 대한 방향성의 보정은 전혀 언급하지 않고, 환자의 셋업 위치 차이, 종양의 퇴행, 환자의 체중 감소 등의 환자의 생리학적인 변화 등 외적인 요인에 대한 문제점만을 고려한 것으로, 여전히 상기의 문제점을 내재하고 있다.
본 발명은 상기 필요성에 의해 고안된 것으로서, 2차원 전리함 선량계의 방향성을 측정하고 보정하여 토모테라피에서 환자별 정도관리를 정확하게 수행하기 위한 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법에 있어서, 상기 2차원 전리함 선량계를 제1팬텀의 중심부에 결합하고, 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 측정하는 제1단계와, 상기 2차원 전리함 선량계와 같은 크기의 제2팬텀을 제작하여 상기 2차원 전리함 선량계 대신 제1팬텀의 가운데에 상기 제2팬텀을 결합하고, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부와 측정 지점이 같도록 상기 제2팬텀에 이온챔버를 장착하여 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 이온챔버를 통한 흡수 선량을 측정하는 제2단계와, 상기 제1단계의 흡수 선량과 제2단계의 흡수 선량을 비교하여, 갠트리 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계를 중심점(isocenter)에서 교정하는 제3단계와, 갠트리의 각도에 따른 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량과 상기 제2단계의 이온챔버에서의 흡수 선량을 비교하여 각도별 교정 인자를 산출하는 제4단계와, 상기 각도별 교정 인자를 이용하여 토모테라피의 x-ray가 θ로 조사될 때, 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 산출하는 제5단계와, 상기 제5단계의 흡수 선량에서 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계의 백그라운드 선량 바이어스를 보정하기 위한 제로-조사 선량 이미지(zero-irradiation dose image) 교정을 하는 제6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법을 기술적 요지로 한다.
이에 의해 상기 제2단계의 제2팬텀은, 플라스틱 워터(Plastic Water®)로 형성되고, 크기는 32.0cm x 30.5cm x 4.0cm이며, 측면에서 구멍을 뚫어 상기 이온챔버를 장착할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제4단계의 각도별 교정 인자는, 40cm x 1.0cm, 40cm x 2.5cm, 40cm x 5.0cm의 조사영역크기(field size)로 갠트리의 각도가 1.5° 간격으로 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2차원 전리함 선량계 및 제1팬텀을 카우치에 대해 90° 회전하여 각도별 교정 인자를 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제5단계의 흡수 선량의 산출은, 250ms 마다 흡수 선량을 스냅(snap)으로 저장하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제5단계에 있어서, 갠트리의 각도와 x-ray의 조사 각도가 다른 경우, x-ray의 조사 각도(θ)는 
로, L은 x-ray 소스에서 갠트리의 중심점(isocenter)까지의 거리(SAD)이고, θG는 갠트리의 각도, xo, zo는 갠트리의 중심점(isocenter)에서 2차원 전리함 선량계의 중심부까지의 거리좌표인 것이 바람직하다.
또한, 스냅당 산출된 향성 교정 인자에 의한 흡수 선량을 모두 더한 것으로, 보정된 전체 흡수 선량(D)은 
로, i는 각각의 스냅을 나타내는 지수, N은 스냅의 총 개수, θiG는 스냅 i의 갠트리 각도, θ는 상기 x-ray의 조사 각도인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제6단계의 제로-조사 선량 이미지 교정은, x-ray를 조사하지 않아도 발생하는 백그라운드 선량 바이어스를 스냅당 측정하여, 상기 각 스냅당 방향성 보정된 흡수 선량에서 상기 바이어스를 빼주어, 바이어스 보정을 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방향성 보정 및 바이어스 보정에 의한 전체 흡수 선량(D(x,y))은, 
로, D(x,y)는 (x,y) 위치에 있는 2차원 전리함 선량계의 보정된 선량, B(x,y)는 (x,y) 위치에 있는 2차원 전리함 선량계의 바이어스인 것이 바람직하다.
또한, 상기 보정된 전체 흡수 선량은, 조사영역크기(field size), 갠트리 회전 주기, 2차원 전리함 선량계 중심의 위치, 첫 번째 스냅의 번호와 마지막 스냅의 번호를 입력하여 컴퓨터 프로그래밍화하여 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 보정된 전체 흡수 선량의 검증은 토모테라피 치료계획 시스템인 TomoPS(Tomotherapy, USA)를 이용하여 계산된 선량을 비교하여 검증하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보정된 전체 흡수 선량의 검증은, 상기 제2팬텀의 중심에 직경 7.5cm, 길이 4.4cm의 원통형태의 가상타겟을 만들고, 상기 TomoPS로 상기 가상타겟의 95%에 2Gy가 들어가도록 처방하여 치료계획을 수립한 후, CT 영상을 얻어 상기 보정된 전체 흡수 선량과의 비교에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, CT 영상을 얻을 때 120keV 에너지 영역에서의 제2팬텀의 선량 흡수 성질을 반영하도록 HU-density 커브에서의 물의 밀도가 1.00g/cm3이 되도록 수정하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 2차원 전리함 선량계의 고유한 방향성 보정 및 백그라운드 선량 바이어스 보정을 통해, 토모테라피의 정확한 환자별 정도 관리가 가능해져서 2차원 전리함 선량계의 장점인 측정이 간단하고 측정시간이 단축되어 토모테라피를 이용한 환자별 정도 관리에 충분히 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 일반적으로 필름과 전리함을 이용하여 토모치료의 환자별 정도관리를 하는 것에 비해, 2차원 전리함 선량계를 사용하면 측정시간이 단축되어 효율성의 향상이 있어 좀 더 많은 환자의 정도 관리가 가능한 효과가 있다.
도 1 - 종래의 토모치료기를 이용한 IMRT 치료의 환자별 정도 관리를 MatriXX(IBA dosimetry, Germany)라는 2차원 전리함 선량계를 사용하여 수행한 결과를 나타낸 도.
도 2 - 본 발명에서 사용한 2차원 전리함 선량계를 나타낸 도.
도 3 - 본 발명에 따른 제1팬텀 내부에 2차원 전리함 선량계의 측정 부분이 결합된 상태를 나타낸 도.
도 4 - 도 3의 팬텀에 대한 CT 영상을 나타낸 도.
도 5 - 본 발명에 따른 제2팬텀을 제1팬텀 내부에 결합한 상태를 나타낸 도.
도 6 - 도 5의 팬텀에 대한 CT 영상을 나타낸 도.
도 7 - 갠트리의 각도와 x-ray의 조사 각도의 관계를 나타낸 도.
도 8 - 본 발명의 실시예에 따라 2차원 전리함 선량계의 각 조사영역폭 별로 측정된 각도별 교정 인자를 도..
도 9 - 제로-조사 선량 이미지를 측정한 도.
도 10 - 본 발명의 실시예에 따른 프로그램의 화면을 나타낸 도.
도 11 - 본 발명에 따른 가상의 원통 모양의 타겟에 대하여 치료계획을 하여 TomoPS에서 계산한 2차원 선량 분포를 나타낸 도.
도 12 - 본 발명의 실시예에 따른 2차원 전리함 선량계로 측정하여 바이어스만 보정한 결과를 나타낸 도.
도 13 - 상기 도 11 및 도 12의 2차원 선량 분포를 γ-index 분석 3%/3mm를 이용하여 비교한 도.
도 14 - 본 발명의 실시예에 따라 바이어스 보정과 방향성 보정을 모두 하여 γ-index로 TomoPS의 계산 결과와 비교한 결과를 나타낸 도.
도 15 - 본 발명의 실시예에 따라 Brain부위를 치료 받은 8번 환자에 대한 선량 분포를 나타낸 도.
도 16 - 본 발명의 실시예에 따라 Prostate부위를 치료 받은 19번 환자에 대한 선량 분포를 나타낸 도.
도 17 - 본 발명의 실시예에 따라 바이어스 보정만 한 선량분포의 y=0지점에서 x방향으로 선량의 프로파일을 나타낸 도.
도 18 - 본 발명의 실시예에 따라 바이어스 보정과 방향성 보정을 한 선량분포의 같은 지점의 프로파일을 나타낸 도.
도 2 - 본 발명에서 사용한 2차원 전리함 선량계를 나타낸 도.
도 3 - 본 발명에 따른 제1팬텀 내부에 2차원 전리함 선량계의 측정 부분이 결합된 상태를 나타낸 도.
도 4 - 도 3의 팬텀에 대한 CT 영상을 나타낸 도.
도 5 - 본 발명에 따른 제2팬텀을 제1팬텀 내부에 결합한 상태를 나타낸 도.
도 6 - 도 5의 팬텀에 대한 CT 영상을 나타낸 도.
도 7 - 갠트리의 각도와 x-ray의 조사 각도의 관계를 나타낸 도.
도 8 - 본 발명의 실시예에 따라 2차원 전리함 선량계의 각 조사영역폭 별로 측정된 각도별 교정 인자를 도..
도 9 - 제로-조사 선량 이미지를 측정한 도.
도 10 - 본 발명의 실시예에 따른 프로그램의 화면을 나타낸 도.
도 11 - 본 발명에 따른 가상의 원통 모양의 타겟에 대하여 치료계획을 하여 TomoPS에서 계산한 2차원 선량 분포를 나타낸 도.
도 12 - 본 발명의 실시예에 따른 2차원 전리함 선량계로 측정하여 바이어스만 보정한 결과를 나타낸 도.
도 13 - 상기 도 11 및 도 12의 2차원 선량 분포를 γ-index 분석 3%/3mm를 이용하여 비교한 도.
도 14 - 본 발명의 실시예에 따라 바이어스 보정과 방향성 보정을 모두 하여 γ-index로 TomoPS의 계산 결과와 비교한 결과를 나타낸 도.
도 15 - 본 발명의 실시예에 따라 Brain부위를 치료 받은 8번 환자에 대한 선량 분포를 나타낸 도.
도 16 - 본 발명의 실시예에 따라 Prostate부위를 치료 받은 19번 환자에 대한 선량 분포를 나타낸 도.
도 17 - 본 발명의 실시예에 따라 바이어스 보정만 한 선량분포의 y=0지점에서 x방향으로 선량의 프로파일을 나타낸 도.
도 18 - 본 발명의 실시예에 따라 바이어스 보정과 방향성 보정을 한 선량분포의 같은 지점의 프로파일을 나타낸 도.
본 발명은 토모테라피 장비에서의 환자별 정도 관리 방법에 관한 것으로서, 특히 2차원 전리함 선량계의 방향성을 측정하고 보정하여 토모테라피에서 환자별 정도 관리를 정확하게 수행하기 위한 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 2차원 전리함 선량계를 제1팬텀의 중심부에 결합하고, 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 측정하는 제1단계와, 상기 2차원 전리함 선량계와 같은 크기의 제2팬텀을 제작하여 상기 2차원 전리함 선량계 대신 제1팬텀의 가운데에 상기 제2팬텀을 결합하고, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부와 측정 지점이 같도록 상기 제2팬텀에 이온챔버를 장착하여 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 이온챔버를 통한 흡수 선량을 측정하는 제2단계와, 상기 제1단계의 흡수 선량과 제2단계의 흡수 선량을 비교하여, 갠트리 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계를 중심점(isocenter)에서 교정하는 제3단계와, 갠트리의 각도에 따른 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량과 상기 제2단계의 이온챔버에서의 흡수 선량을 비교하여 각도별 교정 인자를 산출하는 제4단계와, 상기 각도별 교정 인자를 이용하여 토모테라피의 x-ray가 θ로 조사될 때, 방향성 보정을 통해 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 산출하는 제5단계와, 상기 제5단계의 흡수 선량에서 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계의 백그라운드 선량 바이어스를 보정하기 위한 제로-조사 선량 이미지(zero-irradiation dose image) 교정을 하는 제6단계로 크게 이루어져, 2차원 전리함 선량계의 방향성 및 백그라운드 선량 바이어스를 보정하여 토모치료시 정확한 환자별 정도 관리가 가능하도록 한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 2차원 전리함 선량계를 제1팬텀의 중심부에 결합하고, 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 측정한다.
도 2는 본 발명에 따른 2차원 전리함 선량계(MatriXX)를 나타낸 것으로, 오른쪽 측정 부위에 32x32로 1020개의 픽셀 전리함이 배열되어 있는 2차원 전리함 선량계이다. 32x32=1024개의 배열이지만 4개의 모서리에는 전리함이 없어서 총 1020개의 전리함이 배열되어 있다.
그리고, 전리함과 전리함 사이의 거리는 7.62mm이고, 24.4x24.4cm2의 크기를 측정할 수 있다. 전리함 하나의 직경은 4.5mm, 높이가 5mm이고, 전리체적(sensitive volume)는 0.08cm3이다. 전리함의 위쪽으로 선량상승(buildup) 물질이 3.0mm있으며, 아래쪽으로는 후방산란(backscatter) 물질이 35mm가 있다. 전리함들 간에 서로 민감도(sensitivity)가 다를 수가 있는데, 이 차이에 대한 값은 제조사에서 측정하여 제공된다.
본 발명에서는 가운데 있는 4개의 전리함에 x-ray를 조사하여 교정(calibration)하게 된다.
교정(calibration)을 위해 제1팬텀(pantum)(MultiCube, IBA Dosimetry, Germany)을 준비한다. 상기 제1팬텀은 플라스틱 워터(Plastic Water)(CIRS, USA)라는 물질로 이루어져 있으며, 150KeV~100MeV의 에너지 영역에서 물에서의 흡수 선량과 0.5% 이내로 일치하는 물질이다. 그 크기는 34cm x 31.4cm x 22cm이고, 도 3에서처럼 제1팬텀 중심부의 내부로 2차원 전리함 선량계의 측정 부분(전리함 배열 부분)이 결합되어 고정할 수 있게 되어 있다.
도 4에서 보는 바와 같이 2차원 전리함 선량계의 윗면에서 측정 지점까지의 거리와 측정 지점에서 2차원 전리함 선량계의 뒷면까지의 거리는 모두 11cm로 제1팬텀의 중심부에 결합되도록 한다.
한편, 2차원 전리함 선량계의 교정(calibration)을 하려면 2차원 전리함 선량계 측정 부분이 모두 물로 대체되었을 때 2차원 전리함 선량계에 있어서 전리함 배열 부분의 중심부(이하에서는 2차원 전리함 선량계의 중심부라고 한다)에서의 흡수 선량을 측정해야 한다.
이를 위해 2차원 전리함 선량계의 측정 부분과 같은 크기의 제2팬텀을 플라스틱 워터®를 이용하여 제작하였다. 이 팬텀의 크기는 32.0cm x 30.5cm x 4.0cm이고, 중심 부분에 A1SL 이온챔버(Standard Imaging, USA)를 꽂을 수 있도록 구멍을 뚫었는데 이 구멍은 A1SL 이온챔버의 측정 지점이 2차원 전리함 선량계의 중심부의 위치와 같도록 제작된다.
도 5에 보면 제작한 제2팬텀을 제1팬텀의 중심부에 2차원 전리함 선량계 대신에 장착한 모습을 볼 수 있다. 제2팬텀의 CT 영상의 축방향 이미지는 도 6에서 보면 A1SL 이온챔버의 위치는 2차원 전리함 선량계의 전리함 배열 측정지점의 중심부의 위치라는 것을 확인할 수 있다.
한편, 토모테라피에서 조사영역크기(field size)를 5x40cm2로 Source-to-Axis Distance(SAD) 방법으로 측정하여 2차원 전리함 선량계의 중심부가 중심점( isocenter)에 놓이게 하였다. 갠트리의 방향은 0°로 고정하여 1분간 조사하여 2차원 전리함 선량계의 중심부에서의 측정값과, 같은 셋업(setup)으로 A1SL 이온챔버로 측정한 값을 비교하여 교정을 한다.
그리고, 갠트리의 각도에 따른 상기 제1팬텀을 이용한 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량과 상기 제2팬텀의 A1SL 이온챔버에서의 흡수 선량을 비교하여 각도별 교정 인자(calibration factor)를 산출한다. 즉, 상기 갠트리의 방향이 0° 일 때와 같은 셋업을 그대로 사용하며, 갠트리의 각도만 변화시킨 것이다.
2차원 전리함 선량계의 방향성은 x-ray의 조사 각도(이 셋업에서는 갠트리의 각도와 같다)가 달라짐에 따라 교정 인자(calibration factor)가 달라지게 된다. 갠트리의 각도가 0°일 때는 상기에서 교정을 하였으므로, 갠트리의 각도가 달라짐에 따라 도 4의 2차원 전리함 선량계의 중심에서의 측정값과 도 6에서의 A1SL 이온챔버의 측정값을 비교하여 각도별 교정 인자를 구할 수 있다.
여기서 
는 각도의 함수로 구한 2차원 전리함 선량계의 중심부의 4개 전리함들의 측정값의 평균값이고 
은 A1SL 이온챔버의 측정값이다. 각도(θ)의 정의는 도 4에 나와 있다.
일반적으로, 토모테라피 장비는 3개의 조사영역폭(field width)으로 조사할 수 있으므로, 본 발명에서도 각도별 교정 인자는 3개의 조사영역크기(field size) 별로 측정하였는데, 40cm x 1.0cm, 40cm x 2.5cm, 40cm x 5.0cm이다. 갠트리의 회전 주기는 가능한 가장 큰 값인 60s를 사용하였고 카우치(Couch)는 움직이지 않도록 한다.
2차원 전리함 선량계로 측정시에는 OmniPro I’mRT(IBA Dosimetry)라는 software를 사용하여 영상모드(movie mode)로 측정하였다. OmniPro I’mRT는 2차원 전리함 선량계 측정 부분(MatriXX detector)을 제어하고, 2차원 전리함 선량계에서 측정된 값을 저장하는 software로 2차원 선량의 선량계(dosimetry)를 위한 여러 가지 기능을 가지고 있다. 샘플링 타임(sampling time)은 안정적으로 측정 가능한 가장 작은 값인 250ms로 설정하여 매 250ms마다 측정된 값을 저장한다. 갠트리의 회전 주기가 60s이므로, 갠트리 각도가 1.5°씩 변할 때마다 측정한 것이다. 방사선 조사 시간은 180s로 하여 갠트리가 3번 회전하는 동안 측정하여 이중 2개의 값의 평균값을 사용한다.
실제 측정시에는 카우치에 의한 측정값의 오차를 줄이기 위해 2차원 전리함 선량계의 팬텀을 90° 회전하여 측정하게 된다. 0°≤θ≤180°일 때와 180°≤θ≤360°일 때 대칭이므로, 카우치의 간섭이 없는 180°≤θ≤360°일 때 각도별 교정 인자를 측정하여 0°≤θ≤180°의 경우에는 대칭의 위치에 있는 180°≤θ≤360°의 측정 결과를 이용할 수 있다.
제2팬텀을 결합하여 A1SL 이온챔버로 측정하는 것도 제1팬텀을 이용한 2차원 전리함 선량계의 측정과 같은 방법으로 측정한다. A1SL은 TomoElectrometer(Standard Imaging, USA)라는 electrometer를 이용하여 측정하였는데 이 장비는 정확한 시간마다 측정하는 기능이 없어서 250ms 이하의 시간마다 측정하여 250ms 마다의 측정값을 보간(interpolation)하여 얻는다.
이렇게 하여 얻은 각도별 교정 인자는 2차원 전리함 선량계의 중심부에 있는 전리함에 대한 값이다. 중심에서 떨어진 지점에 있는 전리함의 각도별 교정 인자는 다를 수 있는 것을 생각할 수 있지만 Luciant D. 등에 의해 같다는 것이 보고된 바 있다.
다음으로, 상기 각도별 교정 인자를 이용하여 토모테라피의 x-ray가 θ로 조사될 때, 도 4에서의 각도별 교정 인자를 측정하는 셋업과 동일하게 방향성 보정을 통해 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 산출하는 것이다.
각도별 교정 인자를 이용하면 토모테라피의 x-ray가 각도 θ로 조사될 때 흡수된 선량을 2차원 전리함 선량계로 측정할 수 있다. 2차원 전리함 선량계에 흡수된 선량은 다음 식에서 구할 수 있다.
환자별 정도 관리를 수행할 때 OmniPro I′mRT를 사용하여 2차원 전리함 선량계로 측정하였다. 영상모드(movie mode)를 사용하였는데 샘플링 타임(sampling time)을 250ms로 하여 매 250ms마다 측정값이 저장되게 한다. 보통 토모테라피로 치료를 받는 환자의 경우 갠트리의 회전 주기가 12~17s 정도이다. 이때 250ms의 샘플링 타임(sampling time)은 갠트리의 각도가 7.5°~5.3°마다 측정하는 것이 된다.
토모테라피의 경우 7.1°의 간격으로 360°를 총 51개의 방향에서 x-ray를 조사하므로 7.1°에 해당하는 12.7s 보다 주기가 짧은 경우 정확도가 떨어질 수가 있다. 250ms보다 작은 간격으로 측정하면 좀 더 작은 각도로 측정 가능하나 안정적인 측정이 되지 않아서 안정적으로 측정할 수 있는 가장 작은 시간인 250ms를 선택한 것이다.
따라서, 총 60s 동안 측정하는 경우 240개의 선량 분포가 저장이 된다. 이 저장된 선량 분포 하나 하나를 스냅(snap)이라고 부른다. 특정 시간에 갠트리(gantry)의 각도를 알면 특정 스냅이 어떤 갠트리 각도로 x-ray가 조사될 때 측정되었는지 알 수 있다. 갠트리는 일정한 주기로 회전하는데 갠트리가 0°일 때 x-ray가 조사되기 시작한다. 그런데 닫혀 있던 MLC(Multi-leaf Collimator)가 x-ray가 조사된 후 10 s 후에 움직이기 시작하므로 갠트리의 주기가 T라면 갠트리의 각도가 3600/T가 될 때 치료가 시작된다고 볼 수 있다. 치료가 시작되면 스냅에 기록된 선량이 0이 아닌 값을 가지게 된다.
따라서 250ms마다 저장된 스냅 중 가장 먼저 0이 아닌 선량이 기록된 스냅이 갠트리의 각도가 3600/T가 되는 시점이다. 250ms마다 저장되는 스냅은 90/T의 각도마다 저장되므로 각각의 스냅이 어떤 갠트리 각도에서 조사된 x-ray의 선량을 측정한 것인지 알 수 있는 것이다.
이 정보를 가지고 각 스냅 별로 식 (2)를 이용하여 방향성을 보정한 선량을 구할 수 있게 된다. 이렇게 보정된 스냅을 모두 더하게 되면 최종적으로 흡수된 선량을 구할 수 있게 되는 것이다.
식 (2)에서 각도 θ는 x-ray의 조사 각도를 나타내는 것으로 일반적으로 갠트리의 각도와는 다르다. 도 4에서와 같이 2차원 전리함 선량계의 전리함 배열의 중심이 토모테라피 장비의 중심점(isocenter)에 위치하는 경우에는 갠트리의 각도가 x-ray의 조사 각도가 된다. 일반적으로 환자별 정도 관리를 수행시 환자에 따라 2차원 전리함 선량계의 전리함 배열의 중심의 위치가 변하기 때문에 중심의 위치가 토모테라피 장비의 중심점(isocenter)에 위치해 있지 않는 경우가 많다. 이 경우 갠트리의 각도와 x-ray의 조사 각도의 관계는 도 7에서 구할 수 있다.
도 7에서 O는 isocenter의 위치를 나타낸다. M은 2차원 전리함 선량계 전리함 배열 중심부의 위치로 
이고 G는 x-ray source의 위치로 
이다. L은 SAD(중심점에서 소스까지의 거리)로 85cm이고 θG는 갠트리 각도이다. θ는 x-ray가 2차원 전리함 선량계 전리함 배열의 중심부에 조사되는 각도를 나타낸다.
이고
이므로
이 된다. 따라서 x-ray의 조사 각도 θ는 다음과 같이 주어 진다.
위의 식을 사용하면 갠트리의 각도 θG와 2차원 전리함 선량계 전리함 배열의 중심부의 거리좌표로부터 x-ray가 2차원 전리함 선량계에 조사되는 각도를 구할 수 있다.
최종적으로 방향성 보정을 한 선량은 아래와 같이 주어진다.
여기서 D는 보정된 선량, i는 각각의 스냅을 나타내는 지수(index), N은 스냅의 총 개수, θiG는 스냅 i의 갠트리 각도를 나타내고 θ는 식 (3)을 이용하여 계산되는 x-ray가 2차원 전리함 선량계에 조사되는 각도이다.
다음으로, 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계의 백그라운드 선량 바이어스를 보정하기 위한 제로-조사 선량 이미지(zero-irradition dose image) 교정을 하게 된다.
2차원 전리함 선량계를 이용하여 측정할 때 OmniPro I′mRT에는 기본적으ㄹ로 백그라운드(background)를 측정하여 이를 보정해 주는 기능이 있다. 이 백그라운드(background)를 보정해 주어도 상기에서의 영상모드(movie mode)로 측정할 때 x-ray를 조사하지 않은 경우 작은 값의 선량이 측정된다고 보고되고 있다.
이는 일종의 선량 바이어스(dose bias)로 샘플링 타임(sampling time)에 따라서 바이어스(bias)가 생기는 경향이 다르다. 샘플링 타임이 500ms보다 작은 경우에는 바이어스가 시간에 비례하고 500ms이상에서는 바이어스가 총 스냅의 개수에 비례한다. 또한, 이 바이어스는 2차원 전리함 선량계에 배열된 각각의 전리함에 따라 서로 다르게 발생한다.
본 발명에서는 모두 250ms로 측정하였기 때문에 바이어스가 시간에 비례함을 알 수 있다. 토모테라피를 이용한 치료는 선형가속기를 이용한 치료에 비해서 x-ray 조사 시간이 길기 때문에 이 바이어스에 의한 오차를 무시할 수 없다.
바이어스를 보정하기 위하여 샘플링 타임 250ms로 x-ray를 조사하지 않고 300s동안 영상모드(movie mode)로 측정하여 한 스냅 당, 즉 250ms 당 발생하는 바이어스를 계산하였다. 바이어스는 방사선 조사 여부에 상관없이 발생하기 때문에 각 스냅 당 방향성 보정을 하기 전에 스냅 당 발생하는 바이어스를 빼주어서 바이어스 보정을 해 주게 된다. 최종적으로 바이어스 보정과 방향성 보정은 아래와 같은 식으로 완성되게 된다.
D는 (x,y)위치에 있는 2차원 전리함 선량계 전리함의 보정된 선량, B(x,y)는 (x,y)위치에 있는 전리함의 250ms동안의 바이어스이다.
위와 같이 바이어스 보정 및 방향성 보정 방법을 구현하기 위하여 IDL V8.1(ITT Visual Information Solutions, USA)이라는 프로그램을 컴퓨터 프로그래밍화하여 편리하게 사용할 수 있도록 한다. 측정된 스냅들이 저장되어 있는 폴더를 지정하고 조사영역폭(field width), 갠트리 회전 주기, 2차원 전리함 선량계 중심의 위치, 첫 번째 스냅의 번호와 마지막 스냅의 번호 등을 입력하면 선량 보정한 결과를 OmniPro I’mRT에서 읽을 수 있는 포맷으로 프로그랭밍화하여 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 한다. 보정된 선량의 분석은 OmniPro I′mRT에서 하게 된다.
상기와 같은 보정 방법의 검증을 위하여 도 5의 팬텀의 중심에 직경 7.5cm, 길이 4.4cm의 원통 형태의 가상의 타겟을 만들어 토모테라피 치료 계획 시스템인 TomoPS(Tomotherapy, USA)로 타겟 부피의 95%에 2Gy가 들어가도록 처방하여 치료계획을 하였다. 조사영역폭(field width)은 2.5cm이고 갠트리의 회전 주기는 13s였다.
이렇게 만든 치료계획을 사용하여 환자별 정도 관리 치료계획을 작성하였다. 환자별 정도 관리 치료계획은 도 5의 팬텀을 이용하여 작성하였다. 치료계획을 만들기 위해 도 5의 팬텀의 CT 영상을 Brilliance Bigbore CT-Simulator(Philips, Nertherland)을 사용하여 얻었다. 이 영상을 얻을 때에는 도 5에서 A1SL 이온챔버를 분리하고 전리함이 장착되는 구멍에는 물을 넣었다. TomoPS에서 선량 계산을 하려면 CT-Simulator 장비의 HU-density(Hounsfield Units-density) 변환 커브를 작성해야 하는데, 이것은 토모테라피사에서 제공하는 팬텀을 사용하여 만들었다. 도 5의 멀티큐브와 제작한 팬텀은 모두 플라스틱 워터(plastic water)라는 물질로 만들어졌다. 이 물질은 제조사가 밝히기를 150KeV~100MeV의 에너지 영역에서 물에서의 흡수선량과 0.5% 이내로 일치하는 것으로, 이 에너지 영역에서는 물과 거의 같다고 할 수 있다.
그런데 CT-Simulator의 x-ray의 에너지는 120keV 정도이기 때문에 제조사가 밝히는 영역 밖이다. 실제로 멀티큐브 CT 영상의 HU 값을 보면 물의 값인 0과 다른 평균 55의 값을 가졌다. HU-density 변환 커브에 따르면 55의 HU(Hounsfield Units) 값은 밀도 1.08 g/cm3 에 해당한다. 이는 물의 밀도인 1.00 g/cm3 과 벗어나는 값으로 CT 영상을 획득시에는 플라스틱 워터는 물과 다른 성질을 보인다는 것을 알 수 있다. 그렇지만 토모테라피의 치료 x-ray는 6MV이기 때문에 치료시 플라스틱 워터는 물과 거의 같은 성질을 보인다. 이렇게 되면 CT영상을 가지고 TomoPS에서 선량 계산을 한 값과 실제 측정값이 차이가 나게 된다. 이것은 CT영상이 플라스틱 워터의 6MV 에너지 영역에서의 선량 흡수 성질을 반영하지 못하기 때문이다.
이 문제를 해결하기 위해서 플라스틱 워터로 만들어진 도 5의 팬텀으로 환자별 정도 관리 치료계획을 만들 때는 HU-density 커브를 수정하여 사용하였다. 수정된 HU-density 커브는 플라스틱 워터 부분이 물과 같은 밀도 1.00 g/cm3 값을 가지도록 만들어진 것이다.
이렇게 변환된 커브를 사용하여 TomoPS의 선량 계산 값과 A1SL 이온챔버로 측정한 값을 비교해보니 0.3% 이내로 일치하였다. 변환되기 전 커브를 사용하면 TomoPS가 4.4% 정도 underestimate 하였다.
이렇게 작성된 환자별 정도 관리 치료계획을 사용하여 TomoPS가 계산한 2차원 선량 분포와 2차원 전리함 선량계로 측정한 2차원 선량분포를 바이어스 보정만 한 것과 바이어스 보정과 방향성 보정 모두 한 것을 비교하였다. 2차원 전리함 선량계 전리함 배열의 중심을 토모테라피의 중심점(isocenter)에 놓고 측정하였다. 비교는 γ-index 분석을 사용하였으며 3%/3 mm기준을 얼마나 통과하는지 알아보았다.
이하에서는 상기의 보정 방법을 통해 환자별 정도 관리 시스템을 사용하여 실제 환자의 환자별 정도 관리를 수행한 몇 가지 실시예에 대해 기술하고자 한다.
먼저, 수행한 환자의 환자별 정도 관리에 관한 정보가 표 1에 나와 있다. 모두 21명의 환자에 대하여 수행하였는데 Head & Neck, Brain, Prostate를 치료하는 환자가 각각 7건이었다. 조사영역폭(field width)은 1.0cm이 9건이고 2.5cm이 12건이었다. 5.0cm으로 치료하는 환자는 거의 없기 때문에 측정하지 못하였다. 주기는 12~18s까지 분포하였고 2차원 전리함 선량계 전리함 배열의 중심의 위치는 isocenter에서 x축 z축 모두 3.0cm 이하로 떨어져 있었다.
앞서 기술한 도 5의 팬텀을 사용하여 환자별 정도 관리 치료계획을 수정된 HU-density 커브를 사용하여 만들었다. 측정은 도 4와 같은 셋업(setup)으로 2차원 전리함 선량계를 이용하여 환자별 정도 관리를 수행하였다. 샘플링 타임(sampling time)은 250ms을 사용하였다. 측정된 2차원 선량 분포로부터 바이어스 보정만 한 것과 바이어스 보정과 방향성 보정 모두 한 2차원 선량 분포를 얻어 TomoPS에서 계산한 2차원 선량 분포와 비교하였다. 선량 분포의 비교는 γ-index 분석을 사용하여 3%/3mm 기준을 이용하여 수행하였다.
| site | field width (cm) | Period (s) | x0 (cm) | z0 (cm) | |
| 1 | H&N | 2.5 | 12 | 0.20 | 0.62 |
| 2 | H&N | 1 | 16 | 0.20 | 2.46 |
| 3 | H&N | 2.5 | 13 | 1.44 | 1.42 |
| 4 | H&N | 2.5 | 13 | 1.23 | 1.23 |
| 5 | H&N | 2.5 | 12 | -0.20 | 2.87 |
| 6 | H&N | 2.5 | 13 | 0.46 | 1.83 |
| 7 | H&N | 1 | 17 | -0.15 | -0.30 |
| 8 | Brain | 1 | 15 | 2.05 | 0.82 |
| 9 | Brain | 1 | 14 | -0.08 | -2.66 |
| 10 | Brain | 1 | 12 | 1.07 | 2.90 |
| 11 | Brain | 1 | 16 | -1.23 | -0.62 |
| 12 | Brain | 1 | 12 | -0.77 | 1.38 |
| 13 | Brain | 1 | 13 | 1.07 | -1.68 |
| 14 | Brain | 1 | 14 | -0.46 | 0.92 |
| 15 | prostate | 2.5 | 16 | -0.46 | 0.46 |
| 16 | prostate | 2.5 | 16 | 0.77 | -2.15 |
| 17 | prostate | 2.5 | 18 | -0.30 | 0.91 |
| 18 | prostate | 2.5 | 18 | -0.46 | 0.15 |
| 19 | prostate | 2.5 | 16 | 0.61 | 0.62 |
| 20 | prostate | 2.5 | 17 | 0.21 | -0.58 |
| 21 | prostate | 2.5 | 16 | 0.41 | 1.02 |
2차원 전리함 선량계의 각 조사영역폭 별로 측정된 각도별 교정 인자를 도 8에 나타냈다.
0°~ 90°에서는 대략적으로 1보다 큰 값을 가지고 90° 근처에서 크게 변하며 90°~ 180°에서는 1보다 작은 값을 가졌다. 이 결과는 선형가속기에서 측정한 것과 비슷한 양상을 보인다. 평균값과 최대값, 최소값을 표 2에 나타냈다.
| 1.0 cm | 2.5 cm | 5.0 cm | |
| Ave. | 0.9736 | 0.9796 | 0.9892 |
| Max | 1.101 | 1.098 | 1.106 |
| Min | 0.8999 | 0.9181 | 0.9182 |
표 2는 조사영역폭 별 각도별 교정 인자의 평균값 최대값 및 최소값으로, 조사영역폭이 커짐에 따라 평균값이 커지는 양상을 보였다. 만일 모든 방향에서 균일하게 x-ray가 조사된다면 조사영역폭 1.0cm의 경우에는 방향성 보정을 통하여 2.7%의 선량 향상이 있고 2.5cm의 경우는 2.1%, 5.0cm의 경우는 1.1%의 선량 향상이 있게 됨을 알 수 있다.
전반적으로 아래쪽에서 x-ray가 조사될 때 2차원 전리함 선량계의 전리함들은 underestimate한다는 것을 알 수 있다. 이 경향이 위쪽에서 조사될 때 overestimate하는 경향보다 크기 때문에 전반적으로 2차원 전리함 선량계는 실제보다 1~3% 정도 낮게 측정한다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 제로 조사 선량 이미지 측정 결과이다.
영상모드(movie mode)에서 샘플링 타임을 250ms로 하여 300s동안 방사선 조사를 하지 않고 2차원 전리함 선량계로 측정한 결과가 도 9에 나와 있다. 최대값은 4.0cGy였고 최소값은 0.12cGy였다. 평균값은 2.306cGy였다. 토모테라피를 이용하여 방사선 치료시 평균적으로 300s 정도의 조사시간을 가지고 한 번 치료시 200cGy 정도를 조사하기 때문에 바이어스에 의한 오차는 최대 2%정도 된다고 할 수 있다. γ-index 분석 기준 3%/3mm로 평가한다고 하면 2%의 차이에 의해 passing rate가 크게 달라질 수 있으므로 바이어스의 보정은 필요하다. 300s 동안의 바이어스 측정값이므로 각 전리함에서 측정된 값을 1200으로 나누어 250ms당 바이어스를 계산하였다. 이 값은 바이어스 보정시 스냅 별 측정값에서 빼주게 된다.
그리고, 방향성 보정 및 바이어스 보정 프로그램은 IDL을 이용하여 작성하였다. 보정 프로그램의 실시예는 도 10에 나타나 있다.
스냅들이 저장된 폴더를 지정하고 조사영역폭, 갠트리 회전 주기, 2차원 전리함 선량계 전리함 배열 중심의 위치, 첫 번째와 마지막 스냅의 번호 등을 입력하고 OK 버튼을 클릭하면 보정된 결과를 OmniPro I’mRT 프로그램에서 읽을 수 있는 포맷으로 저장한다.
다음으로 상기의 보정 방법을 검증하고자 한다.
상기 가상의 원통 모양의 타겟에 대하여 치료계획을 하여 TomoPS에서 계산한 2차원 선량 분포가 도 11에 나와 있다. 최대선량 값은 203.1cGy였다. 이것을 2차원 전리함 선량계로 측정하여 바이어스만 보정한 결과는 도 12에 나와 있다.
이 두 개의 2차원 선량 분포를 γ-index 분석 3%/3mm를 이용하여 비교하면 도 13과 같이 된다. 도 13에서 중심의 타겟 부분이 빨간색으로 γ-index 값이 1이상으로 3%/3 mm를 통과하지 못하고 있어 passing rate가 96.78%이였다. 가장 큰 차이를 보이는 지점에서는 4.2%의 차이를 보였다.
바이어스 보정과 방향성 보정을 모두 하여 γ-index로 TomoPS의 계산 결과와 비교한 결과가 도 14에 나와 있다. 도 14에서 보는 바와 같이 타겟 부분에 γ-index 값이 1이상이었던 것이 모두 사라지고 모든 지점에서 3%/3mm 기준을 통과하였다. 앞서 바이어스 보정만 한 결과에서 4.2%차이가 났던 지점은 2.1%의 차이로 줄어들어 3%의 기준을 통과하였다.
마지막으로, 본 발명의 보정 방법을 이용한 토모테라피의 환자별 정도 관리 결과를 나타내고자 한다.
실제 토모테라피 치료를 하는 21명의 환자에 대한 환자별 정도 관리 결과가 표 3에 나와 있다. 바이어스 보정만 한 경우는 15명의 환자의 결과가 95%를 넘지 못하였는데 방향성 보정을 한 후에는 모두 95%이상의 passing rate를 보였다. 방향성 보정의 결과 최대 14.06%의 passing rate 향상이 있었고 평균적으로 5.57%의 향상이 있었다.
| site | 조사영역폭 (cm) |
γ-index (3%/3 mm) passing rate | |||
| bias보정 | bias+방향성보정 | 차이 | |||
| 1 | H&N | 2.5 | 92.09% | 95.90% | 3.81% |
| 2 | H&N | 1 | 98.16% | 99.26% | 1.10% |
| 3 | H&N | 2.5 | 95.02% | 98.73% | 3.71% |
| 4 | H&N | 2.5 | 97.95% | 100.00% | 2.05% |
| 5 | H&N | 2.5 | 83.40% | 95.51% | 12.11% |
| 6 | H&N | 2.5 | 90.40% | 95.02% | 4.62% |
| 7 | H&N | 1 | 92.71% | 97.92% | 5.21% |
| 8 | Brain | 1 | 92.29% | 99.32% | 7.03% |
| 9 | Brain | 1 | 91.21% | 99.80% | 8.59% |
| 10 | Brain | 1 | 93.09% | 97.70% | 4.61% |
| 11 | Brain | 1 | 93.75% | 96.29% | 2.54% |
| 12 | Brain | 1 | 90.63% | 98.13% | 7.50% |
| 13 | Brain | 1 | 90.45% | 97.40% | 6.95% |
| 14 | Brain | 1 | 84.51% | 98.57% | 14.06% |
| 15 | prostate | 2.5 | 88.77% | 97.85% | 9.08% |
| 16 | prostate | 2.5 | 86.90% | 96.28% | 9.38% |
| 17 | prostate | 2.5 | 98.07% | 99.99% | 1.92% |
| 18 | prostate | 2.5 | 97.44% | 99.99% | 2.55% |
| 19 | prostate | 2.5 | 95.03% | 98.72% | 3.69% |
| 20 | prostate | 2.5 | 93.75% | 96.97% | 3.22% |
| 21 | prostate | 2.5 | 92.19% | 95.51% | 3.32% |
표 3은 토모테라피 치료를 받는 환자의 정도 관리 결과로, H&N의 경우 7건 중에 4건이 방향성 보정 전에는 3%/3mm를 만족하는 지점이 95% 이하로 나왔고, Brain의 경우는 7건 모두 95% 이하로 나왔다. prostate의 경우에는 7건 중 4건이 95%를 넘지 못하였다. 아직 환자에 대한 환자별 정도관리 측정 결과의 수가 적지만 주로 토모테라피로 치료하는 모든 부위에서 방향성 보정을 하지 않으면 3%/3mm 기준을 통과하는 비율이 95% 이하가 나오는 경우가 절반 이상 71.4% 발생하였다. 3%/3mm 기준을 95%의 passing rate 이상 만족하는 환자별 정도관리를 위해서는 본 발명에서 개발한 방향성 보정이 반드시 필요하다고 생각된다.
방향성 보정 전에도 95% 이상의 passing rate를 보인 6건의 경우에도 방향성 보정 후 모두 passing rate의 향상이 있었다. 평균 2.50%의 향상이 있었는데 이 경우에 나타난 것과 같이 보다 정확한 환자별 정도관리를 위해서는 방향성 보정이 필요하다고 하겠다.
Brain부위를 치료 받은 8번 환자의 경우를 자세히 살펴보자. TomoPS에서 2차원 선량분포의 계산결과는 도 15(a)에 나와 있다. 2차원 전리함 선량계에서 측정하여 바이어스 보정만 한 2차원 선량분포의 결과는 도 15(b)에 있다. 이 두 개의 선량분포를 γ-index 3%/3mm 분석으로 비교한 결과가 도 15(c)에 나와 있다. 타겟 부위에서 3%/3mm의 기준조건을 만족하지 못해 전체 passing rate가 92.29%로 95% 이상을 만족하지 못하였다. 바이어스 보정과 방향성 보정을 모두하여 TomoPS의 계산 결과와 비교한 γ-index 3%/3mm 분석결과가 도 15(d)에 나와 있다. 타겟 부분에서 3%/3mm를 만족하지 못한 부분이 대부분 만족하는 것으로 나와 전체 passing rate가 99.32%로 7.03% 올라갔다.
Prostate부위를 치료 받은 19번 환자의 경우 TomoPS에서 2차원 선량분포의 계산결과는 도 16(a)에, 2차원 전리함 선량계에서 측정하여 바이어스 보정만 한 2차원 선량분포의 결과는 도 16(b)에 있다. 이 두 개의 선량분포를 γ-index 3%/3mm 분석으로 비교한 결과가 도 16(c)에 나와 있다. 3%/3mm의 기준조건을 만족하지 못한 부분은 타겟 부위에 주로 있다. passing rate는 95.03%로 95%를 가까스로 넘었다. 바이어스 보정과 방향성 보정을 모두하여 TomoPS의 계산 결과와 비교한 결과가 도 16(d)에 나와 있다. 타겟 부분에서 3%/3mm를 만족하지 못한 부분이 아래 부분을 제외 하고 만족하는 것으로 나와 전체 passing rate가 98.72%로 3.69% 올라갔다.
도 17은 bias보정만 한 선량분포의 y=0지점에서 x방향으로 선량의 profile이다. 측정값(Corrected)이 계산값(TomoPS) 보다 낮음을 알 수 있다. x=1cm에서 3.6%의 차이를 보였다. 도 18은 바이어스 보정과 방향성 보정을 한 선량분포의 같은 지점의 profile이다. 측정값이 올라가 계산값과 거의 비슷해졌다는 것을 알 수 있다. x=1 cm에서의 차이는 1.7%로 1.9% 만큼 감소하였다.
본 발명은 갠트리가 회전하면서 방사선 치료를 하는 치료 방법에 사용될 수 있으며, 특히 토모테라피 시스템에 이용될 가능성이 있다.
Claims (13)
- 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법에 있어서,
상기 2차원 전리함 선량계를 제1팬텀의 중심부에 결합하고, 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 측정하는 제1단계와;
상기 2차원 전리함 선량계와 같은 크기의 제2팬텀을 제작하여 상기 2차원 전리함 선량계 대신 제1팬텀의 가운데에 상기 제2팬텀을 결합하고, 상기 2차원 전리함 선량계 중심부와 측정 지점이 같도록 상기 제2팬텀에 이온챔버를 장착하여 갠트리의 각도가 0°일 때, 상기 이온챔버를 통한 흡수 선량을 측정하는 제2단계와;
상기 제1단계의 흡수 선량과 제2단계의 흡수 선량을 비교하여, 갠트리 각도가 0°일 때, 상기 2차원 전리함 선량계를 중심점(isocenter)에서 교정하는 제3단계와;
갠트리의 각도에 따른 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량과 상기 제2단계의 이온챔버에서의 흡수 선량을 비교하여 각도별 교정 인자를 산출하는 제4단계와;
상기 각도별 교정 인자를 이용하여 토모테라피의 x-ray가 θ로 조사될 때, 방향성 보정을 통해 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계 중심부에서의 흡수 선량을 산출하는 제5단계와;
상기 제5단계의 흡수 선량에서 상기 제1단계의 2차원 전리함 선량계의 백그라운드 선량 바이어스를 보정하기 위한 제로-조사 선량 이미지(zero-irradiation dose image) 교정을 하는 제6단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 제2단계의 제2팬텀은,
플라스틱 워터(Plastic Water®)로 형성되고, 크기는 32.0cm x 30.5cm x 4.0cm이며, 측면에서 구멍을 뚫어 상기 이온챔버를 장착할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 제4단계의 각도별 교정 인자는,
40cm x 1.0cm, 40cm x 2.5cm, 40cm x 5.0cm의 조사영역크기(field size)로 갠트리의 각도가 1.5° 간격으로 측정하는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법. - 제 3항에 있어서, 상기 2차원 전리함 선량계 및 제1팬텀을 카우치에 대해 90° 회전하여 각도별 교정 인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제5단계의 흡수 선량의 산출은,
250ms 마다 흡수 선량을 스냅(snap)으로 저장하는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법. - 제 5항에 있어서, 상기 제5단계는,
갠트리의 각도와 x-ray의 조사 각도가 다른 경우, x-ray의 조사 각도(θ)는로, L은 x-ray 소스에서 갠트리의 중심점(isocenter)까지의 거리(SAD)이고, θG는 갠트리의 각도, xo, zo는 갠트리의 중심점(isocenter)에서 2차원 전리함 선량계의 중심부까지의 거리좌표인 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법.
- 제 6항에 있어서, 방향성 보정된 흡수 선량(D)은로, i는 각각의 스냅을 나타내는 지수, N은 스냅의 총 개수, θiG는 스냅 i의 갠트리 각도, θ는 상기 x-ray의 조사 각도, x-ray의 조사 각도별 교정 인자
, 여기서
는 각도의 함수로 구한 2차원 전리함 선량계의 중심부의 4개 전리함들의 측정 선량값의 평균값이고
은 A1SL 이온챔버의 측정 선량값인 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 제6단계의 제로-조사 선량 이미지 교정은,
x-ray를 조사하지 않아도 발생하는 백그라운드 선량 바이어스를 스냅당 측정하여, 상기 각 스냅당 흡수 선량에서 상기 바이어스를 빼주어, 바이어스 보정을 하는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법. - 제 8항에 있어서, 상기 방향성 보정 및 바이어스 보정에 의한 전체 흡수 선량(D(x,y))은,
로, D(x,y)는 (x,y) 위치에 있는 2차원 전리함 선량계의 보정된 선량, B(x,y)는 (x,y) 위치에 있는 2차원 전리함 선량계의 바이어스, θiG는 스냅 i의 갠트리 각도, x-ray의 조사 각도별 교정 인자
, 여기서
는 각도의 함수로 구한 2차원 전리함 선량계의 중심부의 4개 전리함들의 측정 선량값의 평균값이고
은 A1SL 이온챔버의 측정 선량값인 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법.
- 제 9항에 의한 보정된 전체 흡수 선량은,
조사영역크기, 갠트리 회전 주기, 2차원 전리함 선량계 중심의 위치, 첫 번째 스냅의 번호와 마지막 스냅의 번호를 입력하여 컴퓨터 프로그래밍화하여 제공되는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법. - 제 9항에 있어서, 보정된 전체 흡수 선량의 검증은 토모테라피 치료계획 시스템인 TomoPS(Tomotherapy, USA)를 이용하여 계산된 선량을 비교하여 검증하는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 보정된 전체 흡수 선량의 검증은,
상기 제2팬텀의 중심에 직경 7.5cm, 길이 4.4cm의 원통형태의 가상타겟을 만들고,
상기 TomoPS로 상기 가상타겟의 95%에 2Gy가 들어가도록 처방하여 치료계획을 수립한 후, CT 영상을 얻어 상기 보정된 전체 흡수 선량과의 비교에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법. - 제 12항에 있어서, CT 영상을 얻을 때 120keV 에너지 영역에서의 제2팬텀의 선량 흡수 성질을 반영하도록 HU-density 커브에서의 물의 밀도가 1.00g/cm3이 되도록 수정하여 사용하는 것을 특징으로 하는 2차원 전리함 선량계를 이용한 토모테라피용 환자별 정도 관리를 위한 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220092384A (ko) | 2020-12-24 | 2022-07-01 | 가톨릭대학교 산학협력단 | 고정밀 방사선 치료를 위한 선량전달 정도관리 수행 방법 및 장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4584255B2 (ja) * | 2003-05-23 | 2010-11-17 | ニールソン，イェルゲン | 放射線治療における治療前検証のための方法 |
-
2012
- 2012-12-10 KR KR1020120142532A patent/KR101435497B1/ko not_active IP Right Cessation
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| JP4584255B2 (ja) * | 2003-05-23 | 2010-11-17 | ニールソン，イェルゲン | 放射線治療における治療前検証のための方法 |
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| KR20220092384A (ko) | 2020-12-24 | 2022-07-01 | 가톨릭대학교 산학협력단 | 고정밀 방사선 치료를 위한 선량전달 정도관리 수행 방법 및 장치 |
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