• 정보과학회 논문지
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• 제43권3호
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• pp.353-361
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• 2016

폐암 환자의 영상유도 방사선 치료의 경우 환자의 호흡 및 심장박동에 따라 종양의 움직임이 변화할 수 있으므로 치료 시 종양의 움직임을 추적하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 치료계획용 4D MDCT 영상과 치료 시 획득한 4D CBCT 영상의 3차원 영상 정보를 기반으로 종양 움직임을 추적하는 방법을 제안한다. 첫째, 효율적으로 치료 시 종양의 움직임을 추적하기 위해 치료계획용 4D MDCT 영상에서 획득한 종양 움직임 모델을 통해 종양의 전역적 움직임을 예측한다. 둘째, 종양 움직임 추적의 정확성을 높이기 위해 4D CBCT 영상에서 종양 주변의 구조적 정보를 이용해 세부적 움직임을 보정하여 종양의 지역적 움직임을 예측한다. 제안방법의 성능 평가를 위해 디지털 팬텀을 이용해 실험한 결과, 지역적 움직임을 고려했을 때 전역적 움직임만 보정한 경우보다 종양 위치화 오류가 45% 감소하였다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제33권4호
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• pp.379-386
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• 2010

본 연구는 사이버나이프 Synchrony 호흡추적 장치를 이용하여 방사선 수술을 시행한 폐종양 환자 48명을 대상으로 전 치료기간 중 종양의 움직임과 방사선수술의 정확성을 평가하였다. 폐종양의 움직임은 종양이나 종양주변에 삽입된 금침의 좌표를 사이버나이프 영상유도 장치로 측정하였으며, 방사선수술의 정확성은 움직임 추적 컴퓨터(MTS)로 계산된 상관관계 오차로 평가하였다. 폐종양의 움직임은 두미방향으로 평균 $2.63{\pm}1.87\;mm$며, 좌우방향 $1.13{\pm}0.71\;mm$, 전후방향 $1.74{\pm}1.16\;mm$의 움직임을 보였으며, 회전 움직임 정도는 X축 $1.66{\pm}1.66^{\circ}$, Y축 $1.20{\pm}0.97^{\circ}$, Z축 $1.18{\pm}0.73^{\circ}$로 측정되었다. 직선 움직임의 벡터 값은 평균 $3.78{\pm}2.00\;mm$값을 나타냈다. 연구 결과에서 두미방향(p<0.001)과 전후방향(p<0.029), 3차원 벡터 값(p<0.002)들은 종양의 위치가 상부보다 하부의 움직임이 크게 나타나 통계적 유의성을 보였다. 사이버나이프 Synchrony 호흡추적 장치를 이용한 폐종양의 방사선 수술시 상관관계 오차는 전체 평균 $0.95{\pm}0.62\;mm$로 매우 정확한 조사로 종양의 움직임을 보상하여 방사선 수술이 이루어졌으며 그 유용성을 확인할 수 있었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권3호
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• pp.174-179
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• 2009

사이버나이프 로봇 방사선 수술 시스템은 환자를 치료하는 동안 환자의 내부 기준 마커를 이용하여 종양의 위치를 실시간으로 추적 할 수 있는 시스템이다. 최근 폐종양 치료의 경우 기준 마커의 삽입 없이 폐종양의 밀도 차이를 이용하여 실시간 종양 추적을 할 수 있는 폐종양추적시스템이 개발되어 치료에 적용되고 있다. 최근 개발되어 국내 최초 도입된 폐종양 추적치료시스템의 위치 추적 정확도의 분석은 동적흉부 팬톰과 GafChromic film을 이용하였다. 폐종양추적시스템을 이용하여 종양의 위치 추적 정확도는 평균 오차 $0.85{\pm}0.22$ mm로 분석되었다. 기준마커 삽입 없이 폐종양추적시스템을 이용하여 폐종양 치료에 매우 유용한 것으로 판단되었다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제26권4호
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• pp.263-270
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• 2008

목 적: 본 연구에서는 로봇 사이버나이프의 호흡추적장치($Synchrony^{TM}$ Respiratory motion tracking system)을 이용하여 방사선수술을 시행한 간 종양환자를 대상으로 치료 중 실시간 종양의 움직임을 정량적으로 측정하고 방사선 수술시 호흡추적장치의 정확성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 사이버나이프 치료를 시행한 간 종양 환자 24명을 대상으로 호흡추적 장치를 이용하여 총 64회의 시술을 시행하였다. 모든 환자에서 초음파를 이용하여 간 종양 근처에 $4{\sim}6$개의 금침을 삽입하였고 치료계획용 컴퓨터 단층촬영 영상을 이용하여 치료계획을 세웠다. 매 치료 시 금침의 위치는 치료계획 시 만들어진 디지털 재구성 방사선 영상(Digitally Reconstructed Radiography; DRR)과 실시간으로 촬영되어진 방사선영상(X-ray image)으로 확인하고, 이 결과를 MTS (Motion Tracking System)을 통해 Mtsmain.log 치료파일 형식으로 저장하여 종양의 움직임을 측정하였다 또한 사이버나이프를 이용한 방사선 수술 시 호흡추적장치의 정확성은 실시간 금침의 위치와 미리 예측된 좌표 사이의 상관관계 오차(Correlation Error)로 평가하였다. 결 과: 간 종양의 직선형태 움직임은 SI (Superior-Inferior)방향으로 최대 23.5 mm, 평균 $13.9{\pm}5.5\;mm$, LR (Left-Right)방향으로 최대 3.9 mm, 평균 $1.9{\pm}0.9\;mm$, AP (Anterior-Posterior)방향으로 최대 8.3 mm, 평균 $4.9{\pm}1.9\;mm$였으며 간 종양의 회전 운동 정도는 X (Left-Right)축 회전은 최대 $3.3^{\circ}$, 평균 $2.6{\pm}1.3^{\circ}$, Y (Cranio-Caudal)축회전은 최대 $4.8^{\circ}$, 평균 $2.3{\pm}1.0^{\circ}$, Z (Anterior-Posterior)축 회전은 최대 $3.9^{\circ}$, 평균 $2.8{\pm}1.1^{\circ}$로 측정되었다. 또한 치료의 정확성을 평가하는 상관관계 오차는 평균 $1.1{\pm}0.7\;mm$였다. 결 론: 본 연구에서 방사선 수술 중 간 종양의 실시간 움직임을 정량적으로 확인할 수 있었고 로봇 사이버나이프의 호흡추적 장치를 이용한 방사선 수술의 정확성을 평가할 수 있었다 이를 토대로 간 종양의 방사선 수술이나 일반적인 방사선치료에 있어서 치료용적의 결정과 움직임에 대한 유용한 정보를 제공할 것이라 생각된다.

• 디지털융복합연구
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• 제13권1호
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• pp.331-339
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• 2015

사이버나이프치료에서 삽입된 금표지자의 삽입 개수 및 인식의 제한으로 인하여 3D DOF로 치료하는 경우 척추구조물 정렬을 가능하게 하는 Xsight spine tracking system으로 회전방향의 위치오차를 보정함으로서 표적위치오차를 개선하고, 치료방법의 대안을 제시하고자 한다. 실험결과 6D DOF에서 표적위치오차는 $0.214{\pm}0.058mm$, 종양내부에 삽입된 2개 금표지자를 이용한 3D DOF에서 $0.673{\pm}0.142mm$, 종양외부에 삽입된 2개 금표지자를 이용한 3D DOF에서 $1.126{\pm}0.253mm$, Xsight spine tracking system의 적용 한 3D DOF에서 $0.542{\pm}0.103mm$로 나타났다. 실험결과 척추 구조물로 회전방향에 대한 보정을 시행하였을 때 표적위치에 대한 정확성이 약 48% 향상되었다. 또한, 선량분포의 일치성도 약 3%가 향상되어 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 척추구조물 정렬을 병용한 Xsight spine tracking system의 회전방향에 대한 보정은 유용한 것으로 평가 되었다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제12권3호
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• pp.343-349
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• 2018

선량률을 조절하면서 종양을 추적하는 방법은 호흡이 불규칙한 환자를 치료할 때 방사선을 적응적으로 전달하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 이 연구에서는 빔 켜기/끄기 스위칭을 제공하는 모션 관리 인터페이스 (MMI, Varian Medical System, CA)를 이용한 불규칙 호흡에 대해 적응성 종양 추적을 시행 할 수 있는지 확인하였다. 폐암 환자로부터 획득한 55개의 호흡 정보를 사용하였다. 첫날 환자의 RPM 흔적을 사용하여 사전 프로그래밍 된 추적 MLC 패턴을 디자인하는데, 치료 기간 중 환자의 호흡 불규칙성의 변화를 따라 잡기 위해 기간을 의도적으로 20% 줄였다. 이 기술의 적정성 기준은 진폭 및 주기의 20 % 미만의 표준편차이다. 사전 프로그래밍 된 MLC 위치와 현재 호흡 위치를 고려하여 100 ms마다 빔 켜기 / 끄기를 결정하는 알고리즘이 개발되었다. 추적 오류 및 전달 효율성은 RPM 추적에서 빔 스위칭 적응형 추적을 시뮬레이션하여 계산되었다. 38 명의 환자(70%)의 호흡 양상이 적합 기준을 충족 시켰습니다. 기준을 충족하는 모든 사례의 추적 오류는 2 mm 미만 (평균 1.4 mm)이며 평균 전달 효능은 71 % 였다. 기준을 충족하지 못한, 나머지 경우의 추적오류와 전달 효율은 1.9 mm와 48% 였다. 본 연구를 통해, 환자 선택이 적격 기준을 기반으로 하는 경우 빔 스위칭을 통한 적응형 추적 치료가 가능한 것을 확인하였다.

• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제63권2호
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• pp.248-260
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• 2020

Objective : To investigate the efficiency of diffusion tensor imaging (DTI) fiber-tracking based neuronavigation and assess its usefulness in the preoperative surgical planning, prognostic prediction, intraoperative course and outcome improvement. Methods : Seventeen patients with cerebral masses adjacent to corticospinal tract (CST) were given standard magnetic resonance imaging and DTI examination. By incorporation of DTI data, the relation between tumor and adjacent white matter tracts was reconstructed and assessed in the neuronavigation system. Distance from tumor border to CST was measured. Results : The sub-portion of CST in closest proximity to tumor was found displaced in all patients. The chief disruptive changes were classified as follows : complete interruption, partial interruption, or simple displacement. Partial interruption was evident in seven patients (41.2%) whose lesions were close to cortex. In the other 10 patients (58.8%), delineated CSTs were intact but distorted. No complete CST interruption was identified. Overall, the mean distance from resection border to CST was 6.12 mm (range, 0-21), as opposed to 8.18 mm (range, 2-21) with simple displacement and 2.33 mm (range, 0-5) with partial interruption. The clinical outcomes were analyzed in groups stratified by intervening distances (close, <5 mm; moderated, 5-10 mm; far, >10 mm). For the primary brain tumor patients, the proportion of completely resected tumors increased progressively from close to far grouping (42.9%, 50%, and 100%, respectively). Five patients out of seven (71.4%) experienced new neurologic deficits postoperatively in the close group. At meantime, motor deterioration was found in six cases in the close group. All patients in the far and moderate groups received excellent (modified Rankin Scale [mRS] score, 0-1) or good (mRS score, 2-3) rankings, but only 57.1% of patients in the close group earned good outcome scores. Conclusion : DTI fiber tracking based neuronavigation has merit in assessing the relation between lesions and adjacent white matter tracts, allowing prediction of patient outcomes based on lesion-CST distance. It has also proven beneficial in formulating surgical strategies.

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

• 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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• 제26권3호
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• pp.143-152
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• 2015

본 연구에서는 두 개의 치료빔 가속기가 사용되는 구조에서 종양 위치 추적을 하는 두 쌍의 kV 영상시스템의 기하학적 설계 및 종양 위치 추적 정확도 분석을 목표로 하고 있다. 특히, 병변의 위치추적을 위한 수식 및 알고리즘을 수립하였고, 두 쌍의 kV 영상 시스템이 비직교 위치에 놓일 때 검출기 해상도가 종양 위치 추적 오차에 미치는 영향에 대해서 모의실험으로 분석하여 보았다. 병변의 위치추적을 위한 수식 및 알고리즘을 수립하기 위해서 각 엑스선원, 검출기 등의 절대좌표는 동차방정식을 이용하여 설정하였으며, 삼차원 상의 두 직선의 방정식을 통하여 병변의 절대위치를 찾아내도록 하였다. XCAT 프로그램을 이용한 모의실험을 통해서 영상 검출기의 해상도가 미치는 영향을 두 개의 kV 영상시스템의 각도에 따라서 분석하여보았다. XCAT 소프트웨어를 이용하여서 팬텀에 병변 추적을 위한 금속 기점 마커를 삽입하였고, CT projection 프로그램을 이용하여 각 kV 영상시스템의 각도별, 검출기의 해상도별 영상을 획득할 수 있다. 모의실험 결과, 두 kV영상시스템의 각도가 $90^{\circ}$에서 $50^{\circ}$까지는 검출기 해상도가 1.5 mm/pixel보다 고해상도 일 때 약 1 mm 이하의 위치 오차를 보였다. 하지만, 검출기의 해상도가 1.5 mm/pixel 이상으로 나빠질수록 오차가 약 1 mm 이상으로 나타날 뿐만 아니라 각도에 따른 오차의 변동이 컸다. 검출기의 해상도가 개선될 수록 그 각도별 오차의 변동이 줄어들고, $90^{\circ}$에서 가장 적은 오차가 발생 하는 것을 볼 수 있었다. 충분한 해상도의 검출기가 사용된다면 듀얼헤드 겐트리 시스템과 같이 공간적으로 제한된 방사선 치료기기에 두 개의 kV 영상시스템을 예각으로 설치하여도 된다는 결론을 도출할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 모의실험 방법론은 병변의 위치, 검출기의 특성, kV 영상 시스템의 기하학적 배치에 따른 종양추적 위치 추적시스템의 정확도를 분석하는 도구로서 유용하게 사용될 수 있을 것이다.