A Study of a Non-commercial 3D Planning System, Plunc for Clinical Applicability

비 상업용 3차원 치료계획시스템인 Plunc의 임상적용 가능성에 대한 연구

Purpose : The objective of this study is to introduce our installation of a non-commercial 3D Planning system, Plunc and confirm it's clinical applicability in various treatment situations. Materials and Methods : We obtained source codes of Plunc, offered by University of North Carolina and installed them on a Pentium Pro 200MHz (128MB RAM, Millenium VGA) with Linux operating system. To examine accuracy of dose distributions calculated by Plunc, we input beam data of 6MV Photon of our linear accelerator(Siemens MXE 6740) including tissue-maximum ratio, scatter-maximum ratio, attenuation coefficients and shapes of wedge filters. After then, we compared values of dose distributions(Percent depth dose; PDD, dose profiles with and without wedge filters, oblique incident beam, and dose distributions under air-gap) calculated by Plunc with measured values. Results : Plunc operated in almost real time except spending about 10 seconds in full volume dose distribution and dose-volume histogram(DVH) on the PC described above. As compared with measurements for irradiations of 90-cm 550 and 10-cm depth isocenter, the PDD curves calculated by Plunc did not exceed $1\%$ of inaccuracies except buildup region. For dose profiles with and without wedge filter, the calculated ones are accurate within $2\%$ except low-dose region outside irradiations where Plunc showed $5\%$ of dose reduction. For the oblique incident beam, it showed a good agreement except low dose region below $30\%$ of isocenter dose. In the case of dose distribution under air-gap, there was $5\%$ errors of the central-axis dose. Conclusion : By comparing photon dose calculations using the Plunc with measurements, we confirmed that Plunc showed acceptable accuracies about $2-5\%$ in typical treatment situations which was comparable to commercial planning systems using correction-based a1gorithms. Plunc does not have a function for electron beam planning up to the present. However, it is possible to implement electron dose calculation modules or more accurate photon dose calculation into the Plunc system. Plunc is shown to be useful to clear many limitations of 2D planning systems in clinics where a commercial 3D planning system is not available.

목적 : 비 상업용 3차원 컴퓨터치료계획시스템인 Plunc의 구축 사례를 소개하고 이의 임상적용 가능성에 대하여 검증하고자 한다. 대상 및 방법 : 미국 North Carolina 대학에서 개발된 3차원 치료계획시스템인 Plunc의 소스코드를 제공받아, PC용 Unix인 Linux 환경의 Pentium Pro 200MHz(128MB RAM, Millennium VGA)에서 설치하였다. 본과의 6MV 광자선(Siemens MXE 6740)에 대한 출력인자, 최대산란비, 최대산란인자, 쐐기의 모양 및 감쇄인자 등의 빔데이터를 입력한 후, 일반적인 치료조건인 loom 깊이의 회전중심점에서의 심부선량백분율, 선량측면도, oblique 입사빔 및 공기간격 하에서의 선량계산 결과를 물팬톰에서의 측정치와 비교, 분석하였다. 결과 : Plunc는 원래 CT 영상데이터를 이용한 모의치료기로써 개발되어, 빔 설계가 매우 편리하도록 사용자 인터페이스가 구성되어 있으며, BEV, DRR 및 영상합성 등의 기능을 갖추고 있다. 선량계산은 10초 정도가 소요되는 3차원 선량분포나 선량체적히스토그람을 제외하고는 거의 실시간으로 실행되었다. Plunc에 의한 선량 계산 값을 측정값과 비교한 결과, 심부선량백분율의 경우, 선량증가영역을 제외하고는 $1\%$이내에서 일치하였다. 또한, 선량측면도의 경우, $5\%$가량의 선량감소를 나타내는 치료영역 크기 밖의 저선량 영역을 제외하고는 $2\%$ 이내에서 일치하였다. Oblique 입사 빔의 경우, 빔 중심축을 포함하는 평면상의 선량분포가 선량이 $30\%$ 이하인 영역을 제외하고는 비교적 잘 일치하였다. 공기간격을 통과한 빔에 대한 선량측면도의 비교 결과, 중심 축에서의 선량 값에 대해 $5\%$의 오차를 보였다. 결론 : Plunc의 광자선량계산의 정밀도는 일반적인 치료조건하에서 약 $2-5\%$ 내외의 오차로써, 측정치에 대한 보정에 근거한 알고리즘을 사용하는 일반 치료계획시스템과 비슷한 수준이라 사료된다. 현재로서는 전자선에 대한 선량계산이 불가능하기 때문에 완전한 형태의 치료계획시스템이 되기 위해서는 향후, 전자선에 대한 계산모듈의 개발과 광자선 선량계산 또한 보다 정밀한 선량계산이 가능한 컨벌루션 방법과 같은 3차원 선량계산모듈의 개발도 필요하다. Plunc는 상업용 3차원 치료계획 시스템의 사용이 현실적으로 어려운 여건의 병원에서 2차원 치료계획시스템과 상호 보완적으로 사용한다면 2차원 치료계획시스템이 갖는 많은 제약을 극복할 수 있을 것으로 사료된다.