• Journal of the Korean Physical Society
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• 제80권
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• pp.516-525
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• 2022

This study is to assess the clinical use of commercial PerFRACTION^TM for patient-specific quality assurance of volumetric-modulated arc therapy. Forty-six pretreatment verification plans for patients treated using a TrueBeam STx linear accelerator for lesions in various treatment sites such as brain, head and neck (H&N), prostate, and lung were included in this study. All pretreatment verification plans were generated using the Eclipse treatment planning system (TPS). Dose distributions obtained from electronic portal imaging device (EPID), ArcCHECK^TM, and two-dimensional (2D)/three-dimensional (3D) PerFRACTION^TM were then compared with the dose distribution calculated from the Eclipse TPS. In addition, the correlation between the plan complexity (the modulation complexity score and the leaf travel modulation complexity score) and the gamma passing rates (GPRs) of each quality assurance (QA) system was evaluated by calculating Spearman's rank correlation coefficient (r_s) with the corresponding p-values. The gamma passing rates of 46 patients analyzed with the 2D/3D PerFRACTION^TM using the 2%/2 mm and 3%/3 mm criteria showed almost similar trends to those analyzed with the Portal dose imaging prediction (PDIP) and ArcCHECK^TM except for those analyzed with ArcCHECK^TM using the 2%/2 mm criterion. Most of weak or moderate correlations between GPRs and plan complexity were observed for all QA systems. The trend of mean rs between GPRs using PDIP and 2D/3D PerFRACTION^TM for both criteria and plan complexity indices as in the GPRs analysis was significantly similar for brain, prostate, and lung cases with lower complexity compared to H&N case. Furthermore, the trend of mean rs for 2D/3D PerFRACTION^TM for H&N case with high complexity was similar to that of ArcCHECK^TM and slightly lower correlation was observed than that of PDIP. This work showed that the performance of 2D/3D PerFRACTION^TM for pretreatment patient-specific QA was almost comparable to that of PDIP, although there was small difference from ArcCHECK^TM for some cases. Thus, we found that the PerFRACTION^TM is a suitable QA system for pretreatment patient-specific QA in a variety of treatment sites.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제29권3호
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• pp.92-100
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• 2018

The manufacturer of a linear accelerator (LINAC) has reported that the target melting phenomenon could be caused by a non-recommended output setting and the excessive use of monitor unit (MU) with intensity-modulated radiation therapy (IMRT). Due to these reasons, we observed an unexpected beam interruption during the treatment of a patient in our institution. The target status was inspected and a replacement of the target was determined. After the target replacement, the beam profile was adjusted to the machine commissioning beam data, and the absolute doses-to-water for 6 MV and 10 MV photon beams were calibrated according to American Association of Physicists in Medicine (AAPM) Task Group (TG)-51 protocol. To verify the beam data after target replacement, the beam flatness, symmetry, output factor, and percent depth dose (PDD) were measured and compared with the commissioning data. The difference between the referenced and measured data for flatness and symmetry exhibited a coincidence within 0.3% for both 6 MV and 10 MV, and the difference of the PDD at 10 cm depth ($PDD_{10}$) was also within 0.3% for both photon energies. Also, patient-specific quality assurances (QAs) were performed with gamma analysis using a 2-D diode and ion chamber array detector for eight patients. The average gamma passing rates for all patients for the relative dose distribution was $99.1%{\pm}1.0%$, and those for absolute dose distribution was $97.2%{\pm}2.7%$, which means the gamma analysis results were all clinically acceptable. In this study, we recommend that the beam characteristics, such as beam profile, depth dose, and output factors, should be examined. Further, patient-specific QAs should be performed to verify the changes in the overall beam delivery system when a target replacement is inevitable; although it is more important to check the beam output in a daily routine.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제12권2호
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• pp.177-184
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• 2001

방사선 치료목표는 정해진 방사선량을 병변부위에 정확하게 조사시키고 주위 정상조직에는 방사선이 조사되지 알도록 하는 것이다. 이때에 조사야 배치, 차폐체 배치의 부정확성, 환자의 움직임 등으로 병변부위와 치료부위 사이에서 변위오차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 방사선 치료 위치의 확인을 위한 방법으로서 랜드마크를 이용하여 포탈영상과 x선 시뮬레이터 영상을 비교하는 알고리즘을 개발하여 방사선 치료 시 발생하는 부정확도를 이동, 스케일, 회전 정도로 나타내어 정량적으로 확인하였다. 등록 알고리즘은 랜드마크 정합 후 필드 경계 정합에 의해 두 영상의 변위오차를 분석하는 순서로 구현된다. 우선 각 영상의 두개의 랜드마크를 이은 대응선분들을 이용하여 변환변수 (이동, 스케일, 회전)를 구하여 랜드마크를 정합하였다. 다음으로 포탈영상의 필드경계를 추출한 후 $\rho$-$\theta$ technique을 적용하여 두 필드의 변위오차를 계산하였다. 팬톰 포탈영상에 적용하여 이동에서 2mm 이내, 회전에서 1$^{\circ}$ 이내, 스케일에서 1% 이내의 오차를 보였다. 본 연구의 결과를 통하여 방사선 치료 시 시뮬레이터 영상과 포탈영상을 정량적으로 분석함으로서, 환자 치료의 정확도 확인 연구에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.105-109
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• 2020

세기조절방사선치료(IMRT)는 치료범위의 선량분포를 향상시키고 주변 정상조직을 보호한다는 점에서 두경부, 전립선, 뇌와 같은 부위에 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 세기조절방사선치료는 입체조형방사선치료에 비해 많은 방사선조사량으로 인해 누적선량이 증가하고 다엽콜리메이터의 누설선량이나 투과선량으로 인한 저선량이 증가하는 양상을 보인다. 이러한 누적선량이나 저선량의 증가는 악성 종양의 재발생율을 증가시키는 것으로 보고되고 있다. 본 논문에서는 뇌종양의 방사선치료에 있어 기존 선형가속기의 단점을 보완하고 다엽콜리메이터의 누설선량이나 투과선량을 줄이기 위해 개발된 Varian사의 TRUEBEAM 의 Jaw Tracking 기능의 임상적인 유용성을 검증하고자 하였다. Jaw tracking 기능의 임상적 유용성을 검증하기 위해 Varian사의 Eclipse11을 이용하여 치료범위에서 1) Organ At Risk(OAR)에 2 cm 이상 떨어진 경우 2) OAR에 2 cm 이하로 떨어진 경우 3) OAR를 포함하는 경우 3 가지의 원본 치료계획을 만들고 이를 복사한 후, Smart LMC Version 11.0.31을 이용하여 Jaw tracking 기능을 사용한 치료계획을 만들었다. 비교는 두 치료계획 간의 Cumulative Dose Volume Histogram(DVH) 에서 OAR의 평균선량 및 최대선량의 차이를 통해 평가하였다. 두 치료계획 간의 DVH 비교 결과 PTV가 OAR에 2 cm 이상 떨어진 경우 두 치료계획 간의 차는 최대 0.5 % 차이, 2 cm 이하로 떨어진 경우 최대 0.6 % 차이, PTV가 OAR을 포함하는 경우 최대 2.3 % 차이를 가졌다. 이 결과에 의하면 OAR과 PTV 간의 거리가 가까워짐에 따라 인접해있는 OAR 평균선량 및 최대선량에 있어 두 치료계획간 차가 커짐을 알 수 있다. 따라서 Jaw Tracking을 사용한 경우 일관성 있게 선량 감소가 있고 표면선량이 증가하지 않으므로 임상적인 유용성을 검증할 수 있었다. 향후 본 연구결과를 토대로 뇌, 두경부, 전립선과 같은 부위에 방사선 치료 시 선량감소 정도에 대한 추가 연구를 진행하여 각 부위에 따른 Jaw Tracking의 임상적 유용성 검증이 가능할 것으로 사료된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제30권1_2호
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• pp.177-183
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• 2018

목 적 : 체적변조회전방사선치료(VMAT)는 종양의 모양에 맞게 균일하면서도 정밀한 방사선 조사를 하면서 동시에 정상조직의 방사선 손상위험을 줄이는 장점이 있어 뇌암, 두경부암 및 전립선암 등의 종양과 정상장기가 가까운 암의 치료에 사용되고 있다. 본 연구의 목적은 뇌암 및 두경부암 환자의 VMAT 방사선 치료 시 Jaw-Tracking technique(JTT)의 선량학적 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 본원에서 VMAT 치료기법으로 방사선치료를 받은 뇌암 및 두경부암 환자 8명을 선택하였다. 환자의 종양 및 정상 장기의 윤곽그리기(contouring) 정보를 Velocity(Varian, USA)의 deformable registration을 이용하여 Rando phantom에 fusion하였다. Varian Eclipse(ver 15.5, Varian, USA)를 사용하여 Jaw-Tracking 사용 유무를 제외하고 환자 치료 시 사용한 beam parameter와 동일하게 치료계획을 진행하였다. 평가 지표로써 target과 OAR의 최대선량, 평균선량을 사용하여 비교하였고 치료계획 검증을 위해 Portal dosimetry를 시행하였다. 결 과 : JTT를 사용했을 경우는 Static-Jaw technique(SJT)을 사용하였을 경우보다 OAR의 상대 선량이 각각 평균선량은 5.24 %, 최대선량은 7.05 % 감소한 것으로 나타났다. 다양한 OAR에서 평균선량과 최대선량의 감소의 범위는 각각 0.01~3.16 Gy, 0.12~6.27 Gy로 나타났다. Target의 경우는 JTT의 경우가 SJT보다 GTV, CTV, PTV의 최대선량이 각각 0.17 %, 0.43 %, 0.37 % 감소하였으며, 평균선량은 0.24 %, 0.47 %, 0.47% 감소하였다. 감마분석은 3 %/3 mm, 통과율 95 % 이상을 통과 기준으로 설정하였고 JTT, SJT 통과율은 각각 $98{\pm}1.73%$, $97{\pm}1.83%$이었다. 실험에 적용된 모든 OAR의 선량을 비교해 보았을 때, JTT을 사용하였을 경우가 SJT보다 MLC 외에 추가적인 jaw 차폐로 인하여 선량이 유의미하게 줄어들었다는 것을 알 수 있었다. 결 론 : VMAT 치료계획을 이용한 방사선 치료시 뇌암, 두경부암과 같이 종양과 정상 장기가 인접한 경우와 MLC를 통한 누설선량을 증가시킬 수 있는 넓은 조사야 및 높은 에너지의 사용을 필요로 하는 방사선 치료 시 JTT를 적용함으로써 종양주변 정상조직의 피폭선량을 낮추고 이로 인해 PTV의 target coverage를 높일 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권3호
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• pp.253-260
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• 2010

대다수의 근접치료용 방사선치료계획장치는 AAPM TG-43의 계산식에 기반을 둔 선량계산 알고리듬을 적용하고 있으나 이는 조직의 비균질성을 적절히 고려하지 못한다. 본 연구에서는 몬테칼로 방법을 이용하여 강내고선량근접치료계획을 검증하는 체계를 구축하고자 하였으며, 특히 환자의 CT 영상을 이용하여 물질정보로 변환한 후 직접 몬테칼로 계산을 수행하는 방법의 타당성에 초점을 맞추었다. 판형 팬텀 및 자궁경부암 환자의 CT 영상을 Plato (Nucletron, Netherlands) 치료계획장치를 이용하여 근접치료계획을 수행한 후 여기서 얻어진 인자들을 이용하여 EGSnrc 기반의 DOSXYZnrc 코드로 몬테칼로 계산을 수행하였으며, EBT 필름측정 결과와 비교하였다. DOSXYZnrc 코드의 선원 모델링 특성 상 후장전 장치의 $^{192}Ir$ 선원들을 직육면체 형태로 근사화하여 모델링하였으며 계산 시 체적소의 크기는 $2{\times}2{\times}2\;mm^3$로 하였다. 균질 매질 내에서는 TG-43 기반의 선량계산 결과와 몬테칼로 선량계산 결과가 잘 일치함을 확인할 수 있었으나 고밀도 물질이 포함된 비균질 매질 내에서는 오차가 커졌다. 환자의 경우 A점 및 B점의 오차는 3% 이내, 평균선량 오차는 5% 정도였다. 그러나 기존 선량계산 알고리듬의 경우 고밀도 물질의 영향을 적절히 고려하지 못하여 표적의 선량을 과대평가하여 실제로는 더 적은 선량이 들어갈 우려가 있다. 본 연구에서 제안된 선량계산 검증체계는 타당하며 선량 계산 결과도 실제와 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 또한 기존의 선량계산 알고리듬으로 계산된 치료계획결과를 확인할 경우에는 주의가 필요하며, 몬테칼로 방법과 같은 독립적인 검증 시스템이 유용할 것이다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제11권1호
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• pp.9-17
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• 2017

감마나이프 방사선수술(GKRS)의 높은 정밀도와 정확성은 치료 성공을 위한 기본 요건이다. 방사선의 급격한 감소와 함께 정교한 방사선 전달 및 선량 기울기가 임상적으로 적용되어야 하므로 방사선량 측정 및 기하학적 정확성을 보장하고 감마나이프 방사선수술에서 발생할 수 있는 모든 위험 요인을 줄이기 위해서는 전용 정도관리(QA) 프로그램이 필요하다. 본 연구에서는 독립적인 검증 프로그램 가변 타원체 모형화기술(Variable Ellipsoid Modeling Technique: VEMT)을 적용해서 감마나이프 치료계획 시스템 렉셀 감마플랜의 알고리즘에 사용된 단일 샷 선량 분포의 정확성을 검증하였다. 감마나이프 퍼펙션(PFX)에 장착한 직경 160 mm의 구형 ABC 팬텀에 조사한 단일 샷의 선량 분포를 평가했다. 단일 샷의 조사는 ABC 팬텀의 중심으로 향하게 하여 x, y 및 z 축을 따라 4, 8 및 16 mm 크기의 시준기 배치가 고려되었다. 감마나이프 방사선수술에서 사용되는 감마나이프 퍼펙션 치료계획 시스템은 렉셀 감마플랜(LGP) 버전 10.1.1이 사용되었다. VEMT의 검증을 통해서 감마나이프 방사선수술의 정확성은 배가 될 것이다. 그래서 VEMT 검증 후 감마나이프 방사선수술의 정확성과 정밀성을 토대로 임상 적용이 최종적으로 수행되어야 한다. 특히 환자의 머리가 직경 160mm의 구형으로 시뮬레이션된 조건에서 50% 등선량 높이 수준의 너비, 즉 최대반값폭(FWHM)이 검토되었다. VEMT를 통해 예측된 x, y, z 축의 선량 분포에 관한 모든 데이터는 4 mm 및 8 mm 시준기 배치에 대해 z 축을 따라 최대반값폭과 반그늘(PENUMBRA)의 약간의 차이점을 제외하고는 사양 내(등선량 50%에서 1 mm 이내)에서 LGP의 선량 분포와 훌륭하게 일치했다. 최대반값폭의 최대 불일치는 모든 시준기 배치에서 2.3% 미만이었다. 반그늘의 최대 불일치는 z 축을 따라 8 mm 시준기에 대해서 0.07 mm로 주어졌다. VEMT와 LGP로 얻은 선량 분포에서 최대반값폭과 반그늘의 차이는 감마나이프 방사선수술에서 임상적 유의성을 부여하기에는 너무 작았다. 이 연구의 결과는 전 세계 감마나이프 방사선수술에 관련된 의학물리학자를 위한 참고 자료로 활용될 수 있으리라 사료된다. 따라서 우리는 LGP의 결과물에 대한 독립적인 검증방법 VEMT를 포함하는 정기 예방정비 프로그램을 통해 결정된 모든 시준기 배치에 대한 선량 분포의 유효성을 확인하고 감마나이프 방사선수술 환자에게 임상적으로 완벽한 치료를 보장할 수 있다. 그래서 VEMT의 활용은 시스템을 안전하게 검증하고 운영할 수 있는 정도관리의 한 부분이 될 것으로 기대한다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제29권2호
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• pp.66-72
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• 2018

The proper position of a multi-leaf collimator (MLC) is essential for the quality of intensity-modulated radiation therapy (IMRT) and volumetric modulated arc radiotherapy (VMAT) dose delivery. Task Group (TG) 142 provides a quality assurance (QA) procedure for MLC position. Our study investigated the QA validation of the mechanical leaf gap measurement and the maintenance procedure. Two $VitalBeam^{TM}$ systems were evaluated to validate the acceptance of an MLC position. The dosimetric leaf gaps (DLGs) were measured for 6 MV, 6 MVFFF, 10 MV, and 15 MV photon beams. A solid water phantom was irradiated using $10{\times}10cm^2$ field size at source-to-surface distance (SSD) of 90 cm and depth of 10 cm. The portal dose image prediction (PDIP) calculation was implemented on a treatment planning system (TPS) called $Eclipse^{TM}$. A total of 20 VMAT plans were used to confirm the accuracy of dose distribution measured by an electronic portal imaging device (EPID) and those predicted by VMAT plans. The measured leaf gaps were 0.30 mm and 0.35 mm for VitalBeam 1 and 2, respectively. The DLG values decreased by an average of 6.9% and 5.9% after mechanical MLC adjustment. Although the passing rates increased slightly, by 1.5% (relative) and 1.2% (absolute) in arc 1, the average passing rates were still within the good dose delivery level (>95%). Our study shows the existence of a mechanical leaf gap error caused by a degenerated MLC motor. This can be recovered by reinitialization of MLC position on the machine control panel. Consequently, the QA procedure should be performed regularly to protect the MLC system.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제27권4호
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• pp.213-219
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• 2016

The position verification of the radiation source utilized in brachytherapy forms a critical factor in determining the therapeutic efficiency. Currently, films are used to verify the source position; however, this method is encumbered by the lengthy time interval required from film scanning to analysis, which makes real-time position verification difficult. In general, the source position accuracy is usually tested in a monthly quality assurance check. In this context, this study investigates the feasibility of the real-time position verification of the radiation source in high dose rate (HDR) brachytherapy with the use of scintillating fibers. To this end, we construct a system consisting of scintillating fibers and a silicon photomultiplier (SiPM), optimize the dosimetric software setup and radiation system characteristics to obtain maximum measurement accuracy, and determine the relative ratio of the measured signals dependent upon the position of the scintillating fiber. According to the dosimetric results based on a treatment plan, in which the dwell time is set at 30 and 60 s at two dwell positions, the number of signals is 31.5 and 83, respectively. In other words, the signal rate roughly doubles in proportion to the dwell time. The source position can also be confirmed at the same time. With further improvements in the spatial resolution and scintillating fiber array, the source position can be verified in real-time in clinical settings with the use of a scintillating fiber-based system.

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