입체조형 및 세기조절 방사선치료가 보편화되어 가고 있는 현 시점에서, 치료율을 높이기 위해 종양처방선량은 증가시키는 반면 부작용은 최소화하고자 하는 요구가 증가하고 있다. 셋업오차 및 체내운동(internal motion)은 이러한 요구를 충족시키는데 대한 한계로 작용하고 있다. 4차원방사선치료(4-dimensional radiation therapy)는 체내운동을 최소화시키거나 또는 움직임을 추적하여 방사선치료를 시행함으로써 “종양선량최대화/정상조직선량최소화”라는 고정밀방사선치료의 요구에 부응할 수 있는 치료기술로 기대를 모으고 있다. 체내운동은 호흡에 의한 움직임과 같이 단기적으로 발생되는 조사분할내(intra-fraction)와 종양의 수축, 체중 변화 등과 같이 장기적으로 발생하는 조사분할간(inter-fraction)움직임으로 구분되는데, 본 연제에서는 주로 조사분할내 움직임, 즉 호흡에 의한 움직임에 대처하는 4차원방사선치료를 위한 동적영상 획득 및 방사선치료계획과정에 초점을 맞추어 소개하고자 한다.

방사선치료를 하는데 호흡을 다루는 문제는 매우 중요하다. 호흡으로 인한 인체의 움직임은 종양, 정상조직의 위치 등을 변화시킴으로써 표적체적 설정을 다루는 ICRU definition에 영향을 미칠 뿐만 아니라 일반적인 방사선치료의 단계별 과정에 큰 영향을 끼친다. 본 연제에서는 방사선치료의 과정 중 호흡을 고려한 영상획득, 방사선치료계획, 정도보증 등 주로 의학 물리적 관점에서 세부적으로 다루어야 할 문제들은 논외로 하고, 환자의 호흡을 모니터하고 다루어 호흡에 따른 맞춤치료를 하는 방법들을 개관해 보고자 한다. 또한, 호흡을 다루는 각각의 방법에 따른 임상적 고려사항들에 대해서도 언급하고자 한다. 각각의 기관에서 호흡을 고려한 고정밀 방사선치료를 시행하는데 있어 적절한 전략 및 프로토콜을 세우고, 이를 환자를 대상으로 정확하게 수행하기 위해서는 호흡이 방사선치료 전반에 미치는 영향을 각각의 단계별로 정확하게 이해하는 것이 선행되어야 할 것이다.

체적소 인형 모의피폭체는 방사선 관련 분야에서 다양하게 사용되고 있으며 최근 의료영상기술과 컴퓨터의 급속한 발전으로 더 많은 각광을 받고 있다. 하지만 현재까지 개발된 체적소 인형 모의피폭체는 환자 등 실제 인체의 영상을 이용하여 제작되었기 때문에 ICRP Reference Man (2002) 등의 표준 자료에 크게 벗어난다. 본 연구에서는 표준 성인 남성의 체형과 골격을 가진 물리적 인형 모의피폭체(ATOM Adult Male Phantom, CIRS, Virginia, USA)에 MIRD형 수학적 인형 모델의 장기들을 정의하여 표준의 체형과 장기를 가진 하이브리드 체적소 인형 모의피폭체를 개발한 후 몬테칼로 전산모사에 사용하였다.

본 연구에서는 영국, 미국 등 선진국 레이저 안전관리 프로그램을 조사하여 우리나라 실정에 적합한 레이저 안전관리자 범위를 선정하고 그에 맞는 교육프로그램을 제안하는데 기초자료로 활용하고자 한다.

Purpose: To investigate the metabolic changes in the motor and motor association cortices following axonal injury in the internal capsule that was caused by deep intracerebral hematoma. Materials and Methods: Using proton magnetic resonance spectroscopy (1H MRS), the authors studied the primary motor cortices (M-1) and supplementary motor areas (SMA) of 9 hemiparetic patients with documentable hemiparesis of varying severity, and we studied 10 normal volunteers as controls. To measure the M-1 and SMA biochemical changes, 4 separate single volumes of interest (VOIs) were located bilaterally in the affected and unaffected hemisphere (AH and UH). Results: 1H MRS provided a neuronal and axonal viability index by measuring levels of N-acetylaspartate (NAA) and creatine/phosphocreatine (Cr). The M-1/SMA NAA/Cr ratios of the AH and UH in patients, and the AH and normal volunteers were compared. The NAA/Cr ratios of the M-1 and SMA in AH, and the SMA in UH were significantly lower than those of normal volunteers. Conclusion: These 1H MRS findings indicate that axonal injury in the descending motor pathway at the level of internal capsule could induce metabolic changes in the higher centers of the motor pathway.

국내의 MR영상 기술에 있어서 피부영상 및 MR Microscopy에 대한 연구는 있었지만 그 성과는 크게 만족스럽지 못했다. 본 연구는 고해상도 피부 영상을 얻기 위한 Surface coil을 구상하여 제작하고 임상용 MRI 시스템에서 영상을 얻었다. 그러나, 이러한 초기 영상으로부터 시작하여 피부영상 및 미세구조 영상을 얻는 데는 상당한 기술적 제한이 따른다. 기존의 volume형 RF coil보다 surface coil이 비록 자기장 균질도는 떨어지나 우수한 SNR을 얻을 수 있어, 개선의 방향을 coil의 형태를 조정함으로써 고해상도의 영상을 얻을 수 있다. 따라서 Surface coil 제작의 그 첫 단계인 surface coil의 구조에 따른 자기장 분포를 시뮬레이션함으로써 surface coil을 제작하는데 있어 주요 참고자료가 될 것이다.

본 연구에서는 두경부암 환자에게 세기조절 방사선치료계획을 수립한 후 환자 위치의 정확한 재현성과 치료선량의 정확한 전달을 위한 정도관리를 본원에 설치되어 있는 21ex 선형가속기와 세기조절방사선치료계획 장치인 CORVUS 시스템을 사용하였다. 세기조절 방사선치료계획을 QA 아크릴 팬텀으로 옮겨 계산된 계산치가 1.50 Gy였으며, 같은 조건으로 QA 아크릴 팬텀을 설치하여 측정한 선량은 1.485 Gy였으며, TLD에서의 측정치는 1.483 Gy였다. 측정치의 비교에서 이온챔버와 TLD에서 각각 1.0%, 1.2%의 차이를 보여 세기조절방사선치료의 환자 적용에의 적합성을 확인하였다. 나아가 환자치료시 정확하게 치료되고 있는지에 대한 검정과정을 개발하였다.

Buchler용 강내치료장치에 대한 선량계산 프로그램을 개발하였다. 프로그램 디스크를 5도씩 72분할하여 구한 좌표에서 선원의 왕복 크기와 선원분포를 결정하였다. 프로그램 디스크별 그리고 각 선원별로 선량률을 계산하여 표로 작성하였다. 이 선량률표를 이용하여 인체내 관심점에 대한 선량률 계산에 이용하였으며 등선량 분포곡선을 구하였다. 기존 Buchler용 등선량 분포곡선을 이용한 근사적 계산보다 정확한 선량계산을 손쉽게 할 수 있었다. 또한 탄뎀의 선원으로 이리듐을 사용하였기에 선원의 장기적 수급문제가 해결되었다.

The aim of radiosurgery cures a patient to deliver the lower dose at the normal organ and the higher dose at the tumor. Therefore accuracy of the dose is required to gain effect of radiosurgery in surgical planning. In this paper, we developed the methods of target approximation for a fast treatment planning. Nominally, the stereotactic radiosurgery(SRS) using Linac and Gamma knife produces spherical dose distribution through circular collimators using multiple arcs and 201 holes on semi-spherical helmet by $^{60}Co$. We developed an automatic radiosurgical plan about spherical packing arrangement. To automatically plan the SRS, new planning methods based on cylinder and cube structure for target shaping was developed. This approach using heuristic and stochastic algorithm is a useful radiosurgical plan without restrictions in the various tumor shapes and the different modalities.

호흡 움직임은 종양에 대한 방사선치료의 부정확한 방사선조사가 유도되도록 복부 및 흉부에서 움직임을 야기한다. 그러므로 치료시 이러한 움직임에 대한 정확한 계산은 정상조직에는 저 선량을 조사되도록 CTV의 마진을 줄일 수 있고 방사선치료에 발생되는 부작용을 줄일 수 있다. Intrafraction motion을 고려하는 기술로는 호흡 멈춤, 호흡동조, 4차원 또는 종양추적 기술이 있다. 호흡동조 방법은 환자의 호흡 신호가 호흡주기의 일정한 범위에 위치할 때 주기적으로 빔을 조사하고 그 범위를 벗어날 때는 빔을 조사하지 않는 방법이다. 이러한 기술은 내부장기 움직임과 상관관계가 있는 호흡 움직임 신호의 획득이 요구된다. 호흡동조 방사선치료를 위한 예비연구로 본 연구자들은 호흡 움직임 신호 측정을 수행하였다. 환자의 호흡 움직임 신호 측정을 위해서, 호흡측정시스템을 3 가지 센서, 4 채널 데이터 획득 시스템, 신호처리용 컴퓨터로 구성하였다. 2명의 환자를 대상으로 본 연구자들은 호흡측정시스템을 가지고 호흡주기 및 파형을 평가하였다. 그 결과 호흡주기는 시간의 함수에 따라 일반적으로 정확한 대칭 형태는 아니지만 주기적인 형태로 측정되었다. 호흡측정 시스템은 기대했던 만큼 환자의 호흡을 잘 추적하였으며 실험에 적용하기 위해 쉽게 컨트롤 할 수 있었다.

본 연구의 목적은 호흡 운동에 영향을 받는 내부 장기의 움직임을 정량적으로 분석하고, 그 결과를 토대로 움직이는 내부 장기의 선량 분포를 측정하고 평가하는 것이다. 그리고 이전에 보고된 논문에서 개발된 움직임 감소 장치의 사용 유무에 따른 내부 장기의 선량 분포 또한 분석하는 것이다. 이를 위하여 1차원적으로 움직이는 구동 팬톰 시스템을 개발하였고, 6MV X-ray에서 Kodak X-omat V 필름을 사용하여 움직이는 내부 장기의 선량분포를 실험적으로 측정하였다. 이 결과로부터 호흡 운동으로 인한 움직이는 내부 장기 및 종양에 조사되는 선량의 부정확도를 평가할 수 있었고, 움직임 감소 장치를 사용했을 때 선량의 부정확도가 감소함을 확인할 수 있었다.

To precisely localize target in prostate cancer, image-guided radiotherapy was performed using the $ExacTrac^{\circledR}$ x-ray system (Brainlab, Germany) with implanted markers. For three prostate cancer patients, three gold markers were implanted into prostate. Orthogonal portal images were acquired every treatment and CT scans were repeated 3～5 times during the course of treatment. After correcting setup errors calculated by the system, the position of the implanted markers and the distance between them were detected in daily portal images and in CT images, and analyzed retrospectively. Deviation of the relative position of the implanted markers and the distance between them were less than 1 mm in lateral, longitudinal, and vertical direction for three patients, both in portal images and CT images. This study reveals that image-guided radiotherapy using the $ExacTrac^{\circledR}$ system is useful to verify positioning errors and localize prostate target with implanted markers, reducing the planning target volume (PTV) margin as well as irradiation to rectum and bladder.

To introduce the four-dimensional computed tomography (4DCT, Light Speed RT, General Electric, USA) scanner newly installed in our department and evaluate its feasibility for gated radiotherapy. Respiratory signal measured by real-time position management (RPM$^{\circledR}$, Varian Medical, USA) was recorded in synchronization with the 4DCT scanner. 4DCT data were acquired in axial cine mode and sorted retrospective image based on respiratory phase. PTVs delineated from helical CT and 4DCT images were compared. The PTV delineated from conventional helical CT images was 2 cc larger than that from 4DCT images. Dose in PTV of the plan from retrospective CT was 99.3% (minimum=72.0%, maximum=106.5%) and that of helical CT plan was 95.2% (minimum=24.1%, maximum=106.4%) of prescribed dose. Comparing with DVHs of both plan, the coverage for 4CDT plan was 3.7% improved. It is expected that 4DCT could improve tumor control and reduce radiation toxicity for liver cancer.

IMRT를 이용한 환자치료에서 환자의 특이적 품질관리에 대한 독립적인 선량계산을 위해 치료계획용 컴퓨터로 부터 계획된 다엽콜리메이터의 배열파일(MLC sequencing file)과 계획된 MU값 및 선량계산 위치에서의 각각의 조사필드 별 기여 치 등을 얻어낸 후 MS office Excel 2000 VBA를 이용하여 간단한 분석을 통하여 MU값을 계산한 결과 계획선량과 계산선량이 ${\pm}$4% 의 선량 오차를 얻을 수 있었다.

In this study, we have tested the feasibility of the convex non-linear objective model and the line search optimization method for the fluence map optimization (FMO). We've created the convex nonlinear objective function with simple bound constraints and attained the optimal solution using well-known gradient algorithms with an Armijo line search that requires sufficient objective function decrease. The algorithms were applied to 10 head-and-neck cases. The numbers of beamlets were between 900 and 2,100 with a 3 mm isotropic dose grid. Nonlinear optimization methods could efficiently solve the IMRT FMO problem in well under a minute with high quality for clinical cases.

사이버나이프를 이용한 두경부와 체부 등의 정위방사선수술에서는 목표점의 식별 및 위치 추적에 대하여 높은 정확성을 요구한다. 본 연구에서는 사이버나이프의 targeting의 정확성을 평가하고자 한다. 사이버나이프의 targeting의 정확성을 평가하기 위하여 두상 팬텀을 사용하였다. 환자 치료시와 동일한 CT 영상 프로토콜로 두상 팬텀의 영상을 얻어 치료계획을 세웠다. 팬텀에 radiochromic 필름을 삽입한 뒤 수립된 치료계획에 맞춰 팬텀에 방사선을 조사하였다. 방사선 조사시 위치 추적은 skull과 fiducial 추적의 두 가지 방법을 사용하였다. 방사선에 조사된 radiochromic 필름을 분석하여 정확성을 평가하였다. 본 연구를 통하여 실시간 영상유도 기술을 사용하는 사이버나이프는 약 1 mm의 targeting 에러를 보였다.

The effects of acupuncture are complex and how it works is not entirely clear. Research suggests that the needling process, and other modalities used in acupuncture, may produce their complex effects on a wide variety of ways in the brain and the body. For example, it is theorized that stimulated nerve fibers transmit signals to the spinal cord and brain, thus activating parts of what is called the central nervous system. The spinal cord and brain then release certain hormones responsible for making us feel better overall and, more specifically, feel less pain. In fact, a study using images of the brain confirmed that acupuncture increases our pain threshold, which may explain its ability to produce long-term pain relief. Also, acupuncture may increase blood circulation and body temperature. It may also affect white blood cell activity (responsible for our immune function).

자기공명분광법은 극소의 체적내애서 핵자기공명에 의하여 생화학적 성질들을 고유한 주파수에 따라서 대사물질의 신호를 얻는다. 핵자기공명의 신호는 경사자장 혹은 주파수의 크기를 조절하여 체내의 조직성분을 충분히 포함하여 통과시킨다. 획득되어진 원래 데이터는 TE, TR 등의 물리적 상수값의 변화에 의해서 영향을 받는다. 최근의 펄스 시퀀스는 고해상도 3D CSI 및 SVS가 국소적인 체적내의 대사물질의 변화량을 정성적으로 감지하므로 임상데이터로 활용하기 위한 연구가 더욱 절실하다.

본 연구에서는 식품의약품안전청의 도움을 받아 1998년부터 2003년까지 장기간에 걸친 교정정수의 분석을 통한 원통형이온함의 모델별 안정성을 확인하여 보다 효율적인 이온함의 선택으로 방사선치료기관의 선량측정체계의 정확도 향상에 기여하고자 한다. 방사선치료기관에서 사용하고 있는 Farmer형의 원통형이온함에 대한 에어커마 교정정수(NK)를 분석한 결과 Wellhofer FC65G (IC70)와 PTW 30001, 30013 (30006) 그리고 NE 2571 이온함 모델에 대한 교정정수는 모두 0.3%이내에서 잘 일치하였다. 또한 에어커마 교정정수를 이용하여 계산된 물 흡수선량 교정정수(Cal. ND,W)와 실제 측정에 의해 결정된 물 흡수선량 교정정수(Mea. ND,W)를 비교한 결과는 약 1.0% 정도 측정에 의한 교정정수가 높게 나타났으며 에어커마 교정정수를 분석한 결과와 마찬가지로 위 동일한 모델의 이온함에 대해서 측정의 표준편차가 0.14～0.17%로 나타나 장기적인 안정성이 입증되었다.

양성자 빔을 이용한 치료는 종양부위에 높은 선량을 균일하게 전달하고 정상세포에는 적은 선량을 전달할 수 있어 암치료 효과가 높으나 정확한 치료와 환자의 안전을 위해서는 양성자선량의 급락지점을 정확히 아는 것이 중요하다. 본 연구에서는 양성자와 물질과의 핵반응으로 직각방향으로 방출되는 즉발감마선을 측정하여 양성자선량 급락지점을 측정할 수 있는 검출시스템을 몬테칼로 전산코드로 전산모사하였으며, 70MeV 단일에너지 빔과 최대에너지가 70MeV인 SOBP 빔을 모의피폭체인 물팬텀에 조사하고 검출시스템을 통해 직각방향으로 방출되는 즉발감마선의 분포를 계산하였다. 모의피폭체 안에서의 양성자선량의 분포와 측정된 즉발감마선의 분포를 서로 비교하여 두 분포 사이의 상관관계를 찾고 이 상관관계를 이용하여 양성자선량 급락지점을 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다.