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2차원 선량분포 비교를 이용한 세기조절방사선 치료의 환자 정도 관리에서 최적화 맞춤 및 평가방법에 대한 연구 : Research on isocenter optimal matching and modified dose difference evaluation method in patients with IMRT quality assurance using two-dimensional dose distribution comparison

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Authors

최진화

Advisor
우홍균
Major
의과대학 의학과
Issue Date
2017-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
최적화 맞춤변형된 선량차이를 이용한 평가방법감마평가선량분포세기조절방사선치료 정도 관리
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 의과대학 의학과, 2017. 8. 우홍균.
Abstract
세기조절방사선 치료 (IMRT)의 환자 정도 관리(QA)에서 계획된 선량분포와 측정된 선량분포의 2차원 선량분포 비교는 흔히 사용되는 방법이다. 주로 감마평가를 이용하여 시행하는 2차원 선량분포 비교를 이용한 IMRT QA과정을 더욱 정확하고 편리해 지도록 하기 위해 본 연구에서는 두 개의 2차원 선량분포를 비교할 때 적용할 수 있는 두 가지의 연구를 진행하고자 하였다.
첫 번째 연구는 최적화 맞춤 (isocenter optimal matching
IOM)이다. IOM은 IMRT QA시에 두 개의 2차원 선량분포를 비교하고 감마평가에서 불합격으로 평가된 QA에서 선량분포 중심점의 상대적인 위치의 미세한 이동(평행이동, 회전이동)만으로 문제를 해결할 수 있는 경우 적용이 가능한 도구이다. 정렬의 틀어진 정도를 찾기 위해 두 선량분포의 정렬이 틀어진 상태에서의 선량오차를 구하는, 전체공간에 대한 선량차이의 절대값 평균인 목적함수 Oftn(α,β,θ)를 만들었고 이 함수를 최소로 하는 평행이동 및 회전이동 값을 찾을 수 있었다. 이 값인 shift=(α,β,θ)을 찾는 과정이 IOM이며 이때 얻어진 α,β,θ은 정렬이 틀어진 정도를 나타낸다. 평행 및 회전 이동을 포함한 IOM 값인 shift=(α,β,θ)을 찾는 소프트웨어는 C++를 이용하여 만들었다. 20명의 두경부암 또는 전립선암 환자 IMRT QA시 사용된 2차원 선량분포, 기준 선량분포와 산정 선량분포를 대상으로 하여 IOM 적용 전후의 감마평가의 결과를 비교하였다. IOM 적용 전 감마평가에서 Ɣ≥1인 감마지수 비율인 감마 지수 비통과율이 기준 값인 10%를 넘어서 감마평가에서 불합격으로 평가되었던 6명의 환자 QA는 IOM 적용 후 감마 지수 비통과율이 10% 이하로 감소되어 다시 시행한 감마평가에서 합격으로 평가되었다. 감마평가를 이용한 정량적인 분석에서도 Ɣ≥1 에 해당하는 감마지수의 비율이 IOM 전에 비해 IOM 후에 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 감마지수 비통과율은 두경부암 환자들의 경우 IOM 전후로 10.29%에서 8.49%로 감소하였고, 전립선 암 환자들의 경우 6.50%에서 2.91%로 감소하였다. 20명의 환자 전체에서는 감마 지수 비통과율이 평균적으로 11.06% 감소하였다. 감마평가에서 IOM의 적용 전 불합격이었으나 IOM 적용 후 합격으로 분류된 6명의 환자 QA는 감마 지수 비통과율이 모두 10%~15%를 보였고 이는 감마 지수 평가율로는 85~90%에 해당된다. 토모치료기와 선형가속기에서 치료받은 환자의 임상 자료에 IOM을 적용하여 보았을 때, IOM 적용 전 시행한 감마 평가에서 불합격으로 평가되어 재측정을 시행하고 다시 시행한 감마평가에서 합격의 결과를 얻은 대부분의 환자(토모치료기 44명중 42명, 선형가속기 5명중 5명)가 처음 감마평가 시 사용했던 선량분포에 IOM 적용 후 시행한 감마평가에서 시행하면 합격으로 평가되었으며 이 환자들은 모두 초기 시행한 감마 평가의 감마 지수 평가율이 85~90%였다. IOM은 2차원 선량분포 비교를 이용한 IMRT QA 시에 두 선량분포를 비교하는 과정에서 발생할 수 있는 정렬의 불일치 정도를 찾아 보정해 주는 간단한 과정으로 감마 평가 시 감마 지수 평가율이 85~90%인 QA에 적용하면 정렬의 불일치로 인한 불합격을 감별할 수 있어 전체 QA 과정에서 재측정 등의 불필요한 공정을 줄여 QA의 과정을 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다.
두 번째 연구는 IMRT QA시 2차원 선량분포 비교에 사용할 수 있는 새로운 평가방법으로 변형된 선량차이를 이용한 평가법(MDdiff 법)을 고안하였다. MDdiff 법은 선량차이 척도 δD(0)와 거리차이 척도 DTA(0)에 선량분포 곡면의 기울기가 고려된 차원이 없는 파라미터 베타를 도입하여 선량 차이 δD(r)의 분모에 넣어 선량의 변화가 큰 영역과 작은 영역 모두를 보정할 수 있는 MDdiff(r) 를 정의하여 얻은 정량적인 평가방법으로 본 연구에서는 C++ 프로그램을 사용하여 두 개의 2차원 선량분포 비교를 실시하였다. MDdiff 법의 합격/불합격 여부를 결정할 한계값을 찾기 위해 처방선량 200cGy인 두경부 암환자 10명의 QA자료에서 감마평가법과 한계값을 다르게 한 MDdiff 법에서 δD(0)와 DTA(0) 기준이 변화될 때 Ɣ≥1과 각각의 다른 한계값 이상의 측정값 수를 세어 비교하였다. MDdiff 법에서 한계값이 MDdiff=(1/2)δD(0) 일때 감마평가법의 결과와 유사하여 MDdiff 평가법의 한계값을 (1/2)δD(0)로 결정하였다. 또한 두 평가법을 비교할 때 허용오차의 한계 δD(0)와 DTA(0) 를 결정하기 위해 감마평가법과 MDdiff 법에서 δD(0)와 DTA(0) 의 기준이 변화될 때 Ɣ≥1과 MDdiff≥(1/2)δD(0) 의 한계값 이상인 측정값 수를 세어 비교하였다. 두 평가법에서 측정값의 수가 유사하게 나타난 δD(0)는 산정선량의 3%, DTA(0)는 3mm를 허용오차의 한계로 결정하였다. MDdiff 법의 평가방법으로서의 효용성을 평가하기 위해 2차원 선량분포 비교에서 감마평가법과 MDdiff 법의 평가 결과를 비교해 보았다. 두 평가방법의 비교는 기준 선량분포에서 선량의 변화가 큰 영역을 포함한 9명의 두경부암 환자의 IMRT QA를 위한 기준 선량분포와 산정선량분포를 대상으로 수행되었다. 평가는 MDdiff 법과 감마 평가의 한계값을 넘는 MDdiff≥(1/2)δD(0) 와 Ɣ≥1를 만족하는 측정값의 수를 세어 기준 선량분포 전체 측정값 수에 대한 MDdiff 와 감마 지수 비통과율을 계산하여 시행하였다. 전체적으로 MDdiff 법의 평가 결과는 감마평가법의 평가 결과와 유사한 경향을 보였느나 각각의 환자에서의 두 평가 지수의 비통과율 수치는 차이가 나는 경우가 있었다. 처방선량이 180cGy 또는 200cGy인 환자에서는 두 평가 방법의 비통과율 수치가 거의 모든 경우에서 비슷하게 나왔으나 100~140cGy인 경우는 비통과율 수치가 차이가 나는 경우가 있었다. MDdiff 법은 감마평가법과 마찬가지로 기준선량분포와 산정선량분포에 대한 정량적 평가가 가능하고 계산량이 적다. 아울러 MDdiff(r)은 cGy 단위를 갖는 물리량으로 양수와 음수로 표현되고 MDdiff(r) 분포에서는 두 개의 선량분포 중 어떤 선량분포가 높은지 여부에 따라 다른 색으로 표현되어 평가의 결과를 쉽게 이해할 수 있다. 하지만 MDdiff 법은 감마평가와 비교할 때 선량차이에 보다 민감할 수 있으며 한계값인 MDdiff=(1/2)δD(0)가 처방 선량에 따라 달라지기 때문에 불안정할 수 있다.
본 연구에서 고안된 최적화 맞춤은 2차원 선량분포인 기준 선량분포와 산정 선량분포의 비교를 이용한 IMRT QA시 발생할 수 있는 정렬의 불일치 정도를 찾아 이를 보정하는 도구로 사용될 수 있으며 두 개의 선량분포의 비교 평가를 위해 제안한 변형된 선량차이를 이용한 평가법인 MDdiff 법은 간단하고 직관적이면서 기존의 선량 차이 테스트와 감마평가법의 한계점을 보완할 수 있어 치료환자 IMRT QA과정을 개선시켜 줄 수 있을 것으로 기대된다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/137055
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