• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제27권4호
• /
• pp.258-266
• /
• 2016

We have treated various disease sites using wobbling and scanning proton therapy techniques since December 2015 at the Samsung Medical Center. In this study, we analyze the treatment time for each disease site in 65 wobbling and 50 scanning patient treatments. Treatment times are longest for liver and lung patients using the respiratory gating technique in the wobbling treatment and for cranio-spinal irradiation in pediatric patients with anesthesia in the scanning treatment. Moreover, we analyze the number of incidents causing treatment delays and the corresponding treatment delay time. The X-ray panel was the main reason for delays in the wobbling treatment; this decreased continually from January to June 2016, related closely to the proficiency of the human operators involved. The main reason for delays in the scanning treatment was interlocks during scanning pattern delivery; this was resolved by proton machine engineers. Through this work, we hope to provide other institutes with useful insight for initial operation of their proton therapy machines.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제19권4호
• /
• pp.241-246
• /
• 2008

방사선 치료 시 환자 호흡에 의한 종양부위와 주변 장기 움직임의 영향을 줄이기 위하여 일반적으로 환자의 복부 위에 외부 표식자를 두고 환자의 호흡과 복부의 움직임과의 상관관계를 통하여 호흡신호를 얻는다. 이를 기반으로 하여 안정된 호흡 신호의 일정한 부분에만 방사선이 조사되도록 하는 방사선 치료 방법들에 관한 많은 연구들이 수행되고 있고 임상에서 활용되고 있다. 하지만 이러한 호흡 연동 방사선 치료 시 진폭 기반 방사선 치료 방법은 환자의 호흡 신호의 안정성에 한계가 있기 때문에 위상 기반 방사선 치료 방법이 선호 되고 있다. 본 연구에서는 위상 기반 호흡 연동 방사선 치료 시 갑작스럽게 발생할 수 있는 환자의 불규칙한 호흡 신호의 적합성을 분석하고, 호흡 신호의 위상을 재구성하는 프로그램을 개발하였다. 다양한 불규칙한 호흡 패턴을 임상 실험 지원자를 통하여 얻은 후, 방사선 조사 구간과 직접적인 연관이 있는 위상 변환에 큰 영향을 주는 인자들을 프로그램을 통하여 분석하였다. 이후 자체 개발 알고리듬을 통하여 불규칙한 신호를 제거하여 위상 변환에 있어 정확도를 향상 시키도록 하였다. 본 연구는 기존의 RPM 시스템의 위상 변환을 통한 이미지 재구성 및 방사선 전달의 정확도를 향상시킴과 동시에, 환자의 호흡 신호 분석에 있어 유용한 도구로 활용될 것으로 생각된다. 또한 이를 바탕으로 프로그램을 이용하여 추후 4D CT 영상 개선여부를 팬톰 연구 또는 임상 실험을 통해 확인할 예정이다.

• Radiation Oncology Journal
• /
• 제26권3호
• /
• pp.181-188
• /
• 2008

목 적: 호흡을 고려한 사차원방사선치료의 효용성 증대를 위하여, 규칙적이고 안정된 호흡주기 및 호흡량을 갖도록 환자를 교육하고 호흡을 연습시키는 호흡연습장치 및 프로그램을 자체 제작하여 유용성을 평가하였다. 대상 및 방법: 호흡연습장치를 사용시 및 사용후의 호흡의 규칙도의 변화를 측정하기 위해 11명(자원자 9명, 환자 2명)을 대상으로 실험을 실시하였다. 자유롭게 호흡하는 '자유호흡(free-breathing)'법, 자유호흡 시 시뮬레이션 된 표준 호흡주기를 따라함으로써 일정한 호흡주기를 만드는 '신호모니터-호흡(guided-breathing)'법 및 호흡연습 후 시뮬레이션 신호 없이 호흡하는 '연습 후 호흡(postguided-breathing)'법 등 3가지 방법으로 호흡주기를 기록하여 호흡주기(PTP (Peak To Peak))와 호흡크기(Amplitude) 및 호흡패턴(Area, RMS (Root Mean Square))의 변화를 정량적으로 분석하였다. 결 과: 호흡주기를 보여주는 PTP 값은 '신호모니터-호흡'에서 표준편차 값(standard deviation)이 의미 있게 감소하여 호흡주기가 더 규칙적이었고(자유호흡 0.568 vs 신호모니터-호흡 0.344, p=0.0013), '연습 후 호흡'법에서는 '자유호흡' 시보다 표준변동치가 낮아 호흡주기가 보다 안정적이었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(자유호흡 0.568 vs 연습 후 호흡 0.512, p=ns). 호흡량 측정 결과는 '자유호흡'보다 '신호모니터-호흡'의 경우 호흡량의 표준편차 값이 낮아 호흡량이 보다 일정하게 유지되었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(자유호흡 1.317 vs 신호모니터-호흡 1.068, p=0.187). 호흡 패턴은 '자유호흡'과 '모니터 호흡' 사이에는 큰 차이가 발생하지 않았지만, '연습 후 호흡'에서는 호흡주기 내 호흡함수의 평균 면적이 7% 감소하였고 RMS 값은 5.9% 감소를 보였다. 결 론: '신호모니터-호흡'에서 호흡주기 및 호흡량이 가장 일정하게 유지되었다. 호흡연습의 효과는 시뮬레이션 신호 없이 호흡하는 '연습 후 호흡'의 경우 시간 경과에 따라 감소할 것으로 판단되었다. 본 연구에서 제작한 호흡연습장치 및 프로그램은 호흡의 주기의 규칙성과 호흡량을 일정하게 유지시키는데 효과적으로 평가되었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제25권2호
• /
• pp.100-109
• /
• 2014

정위신체방사선치료(SBRT)에서 환자의 호흡에 대한 정확한 치료위치의 확보는 필수적으로 고려되어야 하며 그 정확성에 관련하여 많은 연구들이 진행되어왔다. 본 연구에서는 실제 호흡에 의한 움직임과 실제 환자 폐의 형태를 고려한 팬텀실험으로 실제 치료에서 일어나는 임상적 상황을 모사함으로 호흡 동조 부피적조절회전 방사선치료(Volumeric Modulated Arc Therapy, VMAT) 기법을 이용한 폐부 SBRT의 정확성을 분석하는 방법을 제시하고자 하였다. SBRT을 받은 폐암 환자의 CT 영상을 기반으로 3D 프린터를 이용하여 치료부위와 유사하게 폐 팬텀을 제작하였고 환자 호흡과 동일하게 움직임을 재현할 수 있도록 $QUASAR^{TM}$ 호흡 동조 구동 팬텀(Modus Medical Devices, London, Canada)에 장착하여 호흡동조 VMAT에서의 2차원 선량 분포를 평가할 수 있는 시스템을 구축하였다. 폐 팬텀은 종양부위를 중심으로 2등분하여 EBT3 필름을 삽입하고 선량분포를 측정할 수 있도록 제작되었다. 비균질 조건에서의 선량계산의 정확성을 확인하기 위하여 균질한 플라스틱 팬텀과 제작된 비균질 폐 팬텀에서 Analytical Anisotropic Algorithm (AAA)와 AcurosXB (AXB) 두가지 알고리즘으로 선량계산을 하여 비교, 분석하였다. 움직임에 대한 치료의 정확성을 평가하기 위하여 호흡동조와 비 호흡동조의 경우, 그리고 움직임이 없는 조건에서 선량분포를 취득하여 치료계획 선량에 대한 감마지표를 분석하였다. 치료부위 GTV에서의 CT number는 실제 환자의 경우 78 HU를 나타내었고 모사된 폐 팬텀의 경우 92 HU를 나타내었다. 팬텀 내 폐 조직부분은 3D프린터로 적층하는 과정에서 격자구조의 형태를 이용하여 구현하였다. 측정된 필름선량은 AAA 알고리즘을 이용한 치료계획 선량에 대하여 움직이는 팬텀에서 호흡동조의 유무에 따라 3%/3 mm 감마지표 조건하에서 각각 88%와 78%의 감마합격률을 나타내었으며, 움직임이 없는 경우 95% 이상의 감마합격률을 보였다. AXB 알고리즘을 적용하였을 경우에는 모든 경우에서 98% 이상의 합격률을 나타내었다. 균질한 플라스틱 팬텀에 대하여 측정하였을 때 두가지 선량계산 알고리즘을 포함한 모든 조건에서 99% 이상의 감마합격률을 나타내었다. 선택된 환자의 호흡 진폭이 비교적 작고 inhale보다는 exhale에 더 오래 머무르는 호흡패턴 때문에 3%/3 mm 감마 기준에서는 호흡에 따른 차이가 거의 나타나지 않은 것으로 이해되었다. 선량계산의 정확성에서는 AAA 알고리즘을 적용하였을 때보다 AXB 알고리즘을 적용하였을 때가 균질과 비균질 환경에서의 선량 분포에 따른 감마 합격률의 차이가 적게 나타남을 확인 할 수 있었다. 본 논문에서는 환자와 유사하게 제작된 폐 팬텀에 실제 환자 호흡 패턴을 연동함으로 새로운 4D 치료선량 분포 검증 방법을 제시하였고 보다 사실적인 선량분포를 반영한 개별 환자 치료의 정확성 검증이 가능할 것으로 평가되었다.

• Radiation Oncology Journal
• /
• 제33권4호
• /
• pp.337-343
• /
• 2015

Purpose: The purpose of this report is to describe the proton therapy system at Samsung Medical Center (SMC-PTS) including the proton beam generator, irradiation system, patient positioning system, patient position verification system, respiratory gating system, and operating and safety control system, and review the current status of the SMC-PTS. Materials and Methods: The SMC-PTS has a cyclotron (230 MeV) and two treatment rooms: one treatment room is equipped with a multi-purpose nozzle and the other treatment room is equipped with a dedicated pencil beam scanning nozzle. The proton beam generator including the cyclotron and the energy selection system can lower the energy of protons down to 70 MeV from the maximum 230 MeV. Results: The multi-purpose nozzle can deliver both wobbling proton beam and active scanning proton beam, and a multi-leaf collimator has been installed in the downstream of the nozzle. The dedicated scanning nozzle can deliver active scanning proton beam with a helium gas filled pipe minimizing unnecessary interactions with the air in the beam path. The equipment was provided by Sumitomo Heavy Industries Ltd., RayStation from RaySearch Laboratories AB is the selected treatment planning system, and data management will be handled by the MOSAIQ system from Elekta AB. Conclusion: The SMC-PTS located in Seoul, Korea, is scheduled to begin treating cancer patients in 2015.

• Radiation Oncology Journal
• /
• 제28권3호
• /
• pp.155-165
• /
• 2010

목 적: 4-dimensional computed tomography (4DCT) 영상과 on board imaging (OBI) 및 real time position management (RPM) 장치로 매 회 치료 시마다 얻은 호흡연동 직각 kilovolt (KV) 준비 영상(gated orthogonal kilovolt setup image)을 이용해 간암 환자를 치료하는 동안 발생하는 종양 위치의 불확실성을 평가하고자 했다. 대상 및 방법: 3차원입체조형치료가 예정된 20명의 간암 환자를 대상으로 RPM과 전산화단층촬영모의치료기를 이용해 치료계획용 4DCT를 시행했다. 표적 근처에 위치한 간동맥화학색전술 후 집적된 리피오돌(lipiodol) 혹은 횡격막을 종양의 위치 변이를 측정하는 표지자로 선택했다. 표지자의 위치 차이를 이용해 온라인 분할간 및 분할중 내부 장기 변이와 움직임 진폭을 측정했다. 측정된 자료의 정량적 평가를 위해 통계 분석을 실시했다. 결 과: 20명 환자로부터 측정된 표지자의 분할간변이의 중앙값은 X (transaxial), Y (superior-inferior), Z (anterior-posterior) 축에서 각각 0.00 cm (범위, -0.50~0.90 cm), 0.00 cm (범위, -2.4~1.60 cm), 0.00 cm (범위, -1.10~0.50 cm) 였다. 4명의 환자에서 X, Y, Z축 중 하나 이상에서 0.5 cm를 초과하는 변이가 관찰되었다. 4DCT와 호흡연동 직각 준비 영상으로부터 얻은 표적의 움직임 진폭의 차이는 X, Y, Z 축에서 각각 중앙값이 -0.05 cm (범위, -0.83~0.60 cm), -0.15 cm (범위, -2.58~1.18 cm), -0.02 cm (범위, -1.37~0.59 cm) 였다. 두 영상간 표적의 움직임 진폭 차이가 1 cm를 초과하는 환자가 Y축 방향으로 3명 관찰되었으며, 0.5 cm 초과 1 cm 미만의 차이를 보이는 환자도 Y축과 Z축 방향을 합쳐 5명 관찰되었다. 분할중 표지자 위치 변이의 중앙값은 X, Y, Z축에서 각각 0.00 cm (범위, -0.30~0.40 cm), -0.03 cm (범위, -1.14~0.50 cm), 0.05 cm (범위, -0.30~0.50 cm)였으며 2명의 환자에서 1 cm를 초과하는 변이가 Y축 방향으로 관찰되었다. 결 론: 4DCT와 호흡연동 직각 KV 준비 영상으로 얻은 표지자의 분할간, 분할중 및 움직임 진폭에서 큰 변이가 관찰되었다.

• 대한방사선치료학회지
• /
• 제27권2호
• /
• pp.157-166
• /
• 2015

목 적 : 사이버나이프 종양 추적 시스템(Cyber-knife tumor tracking system)은 환자 외부에 부착한 LED marker에서 얻어진 실시간 호흡 주기 신호와 호흡에 따라 움직이는 종양의 위치와의 상관관계를 바탕으로 종양의 위치를 미리 예측하고 종양의 움직임을 치료기와 동기화 (Synchronize) 시켜 실시간으로 종양을 추적하며 치료하는 시스템이다. 본 연구의 목적은 사이버나이프 종양 추적 방사선 치료 중 기침이나 수면 등으로 인해 예측 불가능한 갑작스러운 호흡 형태 변화에 따른 종양 추적 방사선 치료 시스템의 정확도를 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 연구에 사용된 호흡 Log 파일은 본원에서 호흡 동조 방사선치료(Respiratory gating radiotherapy)나 사이버나이프 호흡 추적 방사선수술(Cyber-knife tracking radiosurgery)을 받았던 환자의 호흡 Log 파일을 바탕으로, 정현곡선 형태(Sinusoidal pattern)와 갑작스런 변화 형태(Sudden change pattern)의 Log 파일을 이용하여 측정이 가능하도록 재구성하였다. 재구성 된 호흡 Log 파일을 사이버나이프 동적 흉부 팬텀에 입력하여 호흡에 따른 움직임을 구현할 수 있도록 기존 동적 흉부 팬텀의 구동장치를 추가 제작하였고, 호흡의 형태를 팬텀에 적용 시킬 수 있는 프로그램을 개발하였다. 팬텀 내부 표적(Ball cube target)의 움직임은 호흡의 크기에 따라 상하(Superior-Inferior)방향으로 5 mm, 10 mm, 20 mm 3가지 크기의 변위로 구동하게 하였다. 팬텀 내부 표적에 EBT3 필름 2장을 교차 삽입하여 표적 움직임의 변화에 따라 사이버나이프 제조사에서 제공된 End-to-End(E2E) test를 호흡의 형태에 따라 각각 5회씩 실시하고 측정하였다. 종양 추적 시스템의 정확도는 삽입된 필름을 분석하여 표적 오차(Targeting error)로 나타내었고, 추가로 E2E test가 진행되는 동안 상관관계 오차(Correlation error)를 측정하여 분석하였다. 결 과 : 표적 오차는 정현곡선 호흡 형태일 경우 표적 움직임의 크기가 5 mm, 10 mm, 20 mm 에 따라 각각 평균 $1.14{\pm}0.13mm$, $1.05{\pm}0.20mm$, $2.37{\pm}0.17mm$이고, 갑작스런 호흡 변화 형태일 경우 각각 평균 $1.87{\pm}0.19mm$, $2.15{\pm}0.21mm$, $2.44{\pm}0.26mm$으로 분석되었다. 표적 추적에 있어 변위 벡터의 길이로 정의할 수 있는 상관관계 오차는 정현곡선 호흡 형태일 경우 표적 움직임의 크기가 5 mm, 10 mm, 20 mm 에 따라 각각 평균 $0.84{\pm}0.01mm$, $0.70{\pm}0.13mm$, $1.63{\pm}0.10mm$이고, 갑작스런 호흡 변화 형태일 경우 각각 평균 $0.97{\pm}0.06mm$, $1.44{\pm}0.11mm$, $1.98{\pm}0.10mm$으로 분석되었다. 두 호흡 형태에서 모두 상관관계 오차 값이 클수록 표적 오차 값이 크게 나타났다. 정현곡선 호흡 형태의 표적 움직임 크기가 20 mm 이상일 경우, 두 오차 값 모두 사이버나이프 제조사의 권고치인 1.5 mm 이상으로 측정되었다. 결 론 : 표적 움직임의 크기가 클수록 표적 오차 값과 상관관계 오차 값이 증가하는 경향이 있었으며, 정현곡선 호흡 형태보다 갑작스런 호흡 변화 형태에서 오차 값이 크게 나타났다. 호흡의 형태가 규칙적인 정현 곡선 형태더라도 표적의 움직임이 클수록 종양 추적 시스템의 정확도가 감소하는 것으로 판단할 수 있다. 사이버나이프 종양 추적 시스템의 알고리즘을 이용하여 치료 시행 시 환자의 기침 등으로 인하여 갑작스럽게 예측 불가능한 호흡 변화가 있는 경우 치료를 멈추고 내부 표적 확인 과정을 재실시 하여야 하며 호흡 형태를 재조정해야 할 필요가 있다. 치료 중 환자가 본인의 호흡 형태를 관찰 할 수 있는 고글 모니터 등을 착용하여 규칙적인 호흡 형태를 유도하는 것이 치료의 정확도는 향상될 수 있다고 판단된다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
• /
• 제34권4호
• /
• pp.341-349
• /
• 2011

방사선치료를 위한 CT 검사 시 동일 환자에 대하여 3차원영상과, 호흡주기영상을 획득하기 위한 컴퓨터단층촬영에서 환자의 피폭선량을 측정하고자 SOMATON SENSATION OPEN(SIEMENS, GERMANY)을 이용하여 내원환자 중 폐암환자 10명, 간암환자 10명의 CT 검사 시 피폭선량을 측정했다. 환자가 받는 피폭선량은 The volume CT dose index(CTDIvol), Dose Length Product(DLP)를 이용하여 분석하였으며 각각의 장기들이 받는 피폭선량의 실측은 환자의 장기를 대상으로 할 수 없어 Rando 팬텀을 이용 흉부검사 시 폐와 심장, 척수를, 복부검사 시 간과 신장의 위치를 선택하여 in-vitro와 in-vivo 계측이 가능한 광유도발광선량계(Optically Stimulated Luminescent Dosimeter, Landauer, Inc., USA)를 이용하여 측정하였다. 폐암환자의 CT 검사 시 10명의 CTDIvol값은 5.7배, DLP값은 약 2.4배, 간암환자의 CTDIvol값은 3.8배, DLP값은 약 1.6배의 값을 나타내었고, OSLD를 이용한 실측정치 역시 폐암환자의 경우 6배, 간암환자의 경우 5.5배의 차이를 보이는 등 4DCT 검사에서 전체적인 피폭선량의 증가를 볼 수 있었다. 방사선치료 시 호흡에 의한 치료부위의 위치변화를 4DCT 검사를 이용하여 움직임을 보정하여 치료계획시 치료용적의 정확성을 높일 수 있으나 4DCT 검사로 인한 환자의 피폭선량 증가를 고려하여 검사시간과 검사범위를 줄여 피폭선량을 감소시키기 위한 노력이 필요하다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제20권3호
• /
• pp.132-138
• /
• 2009

호흡으로 인한 방사선 치료 표적의 움직임을 고려함으로써 치료 성적 향상과 동시에 주변 장기 보호를 지향하는 4차원 방사선 치료의 구현, 성능 개선의 연구가 활발히 진행되고 있다. 환자가 자연스럽게 호흡하도록 하는 장점이 있는 호흡 동기방식이나 종양추적방식을 사용하는 경우, 방사선조사 표적의 움직임을 예측, 방사선조사 시 이를 보정하여 줌으로써 방사선치료 효과를 극대화할 수 있다. 신경회로망은 통계 수식에 의존하지 않고 주어진 자료를 표현하는 일종의 규칙을 찾아내므로, 방사선 치료 표적의 실시간 움직임과 같은 비선형성을 가진 시계열(Time Series)을 표현하는 데에 유리하다. 본 연구에서는 신경회로망 예측 알고리즘의 4차원 방사선치료에 적용 가능성을 평가하였다. Multi-layer Perceptron으로 신경회로망을 구성하였고 Scaled Conjugate Gradient 알고리즘을 신경회로망 학습 알고리즘으로 사용하였다. RPM 시스템을 이용하여 획득한 실제 임상 현장의 환자에 대한 호흡 자료를 기반으로 학습한 신경회로망 예측 결과를 RPM 시스템의 측정치와 상호 비교하였다. 10명의 환자에의 적용 결과, 신경회로망 학습에 사용된 자료가 환자의 호흡 범위 전체를 포함하지 않는 경우를 제외하고는, 최대절대오차 3 mm 미만의 우수한 예측 성능을 보였다. 학습 영역 이외의 호흡 자료 예측 시 발생하는 상당한 오차는 신경회로망의 외삽에 대한 학습능력 부족을 보이는 것으로, 오차의 원인을 제거하기 위한 일환으로, 호흡자료를 측정할 때 최대 호흡을 하도록 하여 충분한 학습 자료를 확보하는 방안을 고려해 볼 수있겠다. 4차원 방사선치료 시스템 성능 개선에의 직접 활용을 위하여, 다양한 시스템 대기시간에 따른 예측 성능 평가와 방사선 조사 장치와 연동, 실용 타당성 검증의 추가 연구가 진행될 것이다.