양성자 스캐닝 치료에서 인터플레이 이펙트의 평가 연구

Abstract

양성자 펜슬 빔 스팟 스캐닝 방식은 비교적 진보된 방사선치료 방법 중 하나이다. 그러나 빔과 표적의 독립적인 움직임으로 발생하는 인터플레이 이펙트는 방사선치료계획 시스템에 충실히 반영되지 못하므로 계획과 다른 방사선량 전달의 요인으로 작용할 수 있어서 양성자 치료의 큰 이슈로 연구되어 왔다. 기존의 인터플레이 이펙트의 연구에서 4차원 선량계산이 시도되었으나 호흡 움직임의 모든 위상이 반영되지 못하고 10개 이하의 위상만이 사용되어 근사적 선량 계산이 시행되었다. 그러나 이러한 이산적 위상으로 환자의 움직임을 대표할 수 있는지에 대한 검증이 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 양성자 펜슬 빔 스팟 스캐닝과 관련하여 인터플레이 이펙트의 비교적 명확한 평가에 필요한 시간해상도를 알아보기 위하여 200 × 200× 200 ㎣의 물 팬텀과 폐를 모사한 팬텀을 대상으로 호흡 움직임을 모사하고 커널을 이용한 빠른 속도의 4차원 선량 계산을 수행하였다. 여러 종류의 시간해상도 시리즈를 설정하였으며 물 팬텀에 대하여 4, 10, 25, 50, 100, 1000개의 위상을 갖는 시리즈를 생성하고 10 ㎜와 20 ㎜ 진폭의 움직임에 대하여 선량 분포를 계산한 후 1000개의 위상을 갖는 영상을 기준으로 감마-인덱스를 비교하였다. 본 연구에 따르면 4개와 10개 위상의 시간해상도는 기준이 되는 선량분포와 10%를 초과하는 큰 차이를 보였다. 또한, 비균질 팬텀인 흉부 팬텀은 4, 10, 25, 50, 100개의 위상 시리즈를 생성하고 10 ㎜와 20 ㎜ 진폭의 움직임에 대하여 선량 분포를 계산한 후 100개 위상 영상을 기준으로 감마-인덱스를 비교하였고, 분석 결과 물 팬텀의 경우와 동일하게 10개 이하의 위상은 기준 선량분포와 감마-인덱스 10%를 초과하는 큰 차이를 보였다. 이에 결론적으로 10개 이하의 위상을 갖는 시간해상도는 양성자 펜슬 빔 스팟 스캐닝의 인터플레이 이펙트에 대한 평가에 한계가 있음을 확인하였다. 본 연구를 통하여 3D CAD 디자인을 4D CT DICOM으로 변환하는 방법을 고안하고 임상에서 활용이 가능한 속도의 커널을 사용한 4차원 선량계산 방식을 제시하였으며 인터플레이 이펙트의 평가를 위하여 진폭 등 여러 경우에 따른 적절한 시간해상도 위상 수를 판단할 수 있는 방향을 제시하였다. 향후에는 움직임에 따라 형태가 변형되는 물체를 대상으로 신속한 4차원 선량계산을 위한 지속적인 연구가 수반되어야 한다.