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재셩 독고
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1 Original Article PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 3, September, Evaluation of Dosimetric Leaf Gap (DLG) at Different Depths for Dynamic IMRT Kyung Hwan Chang, Jungwon Kwak, Byungchul Cho, Chiyoung Jeong, Jae Beom Bae, Sang Min Yoon, Sang-wook Lee Department of Radiation Oncology, Asan Medical Center, Seoul, Korea This study is to evaluate thedosiemtric leaf gap (DLG) at different depths for dynamic intensity-modulated radiation therapy (IMRT) in order to evaluate the absolute dose and dose distribution according to the different positions of tumors and compare the measured and planned the multileaf collimator (MLC) transmission factor (T.F.) and DLG values. We used the 6 MV and 15 MV photon beam from linear accelerator with a Millenium 120 MLC system. After the import the DICOM RT files, we measured the absolute dose at different depths (2 cm, 5 cm, 10 cm, and 15 cm) to calculate the MLC T. F. and DLG. For 6 MV photon beam, the measured both MLC T. F. and DLG were increased with the increase the measured depths. When applying to treatment planning systemas fixed transmission factor with its value measured under the reference condition at depth of 5 cm, although the difference fixed and varied transmission factor is not significant, the dosiemtric effect could be presented according to the depth that the tumor is placed. Therefore, we are planning to investigate the treatment planning system whichthe T. F. and DLG factor according to at the different depths can be applied in the patient-specific treatment plan. Key Words: Dosimetric leaf gap (DLG), MLC transmission factor, MLC files, Intensity-modulated radiation therapy (IMRT), Patient-specific plan 서 세기조절방사선치료 (IMRT: Intensity Modulated Radiation Therapy), 체적조절회전방사선치료 (VMAT: Volumetric Modulated Arc Therapy) 및정위적체부방사선치료 (SBRT: Stereotactic Body Radiation Therapy) 기법들은정상장기에전달되는방사선량을최소화하는동시에종양에전달되는방사선량을최적화할수있기때문에사용률이증대되고있다. 1-3) 이러한치료기법들을이용하여종양치료면적에최적화된선량분포및치료계획을수립하기위해서는다엽콜리메이 This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (2014R1A1A ) and by Biomedical Engineering Research Center, Asan Medical Center ( ). Received 15 September 2015, Revised 18 September 2015, Accepted 21 September 2015 Correspondence: Jungwon Kwak (jwkwak0301@gmail.com) Tel: , Fax: cc This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 론 터 (MLC: Multileaf Collimator) 가필요하다. 4-5) 그리고다엽콜리메이터를이용할경우엽투과계수 (leaf transmission factor) 및선량학적엽간격 (DLG: Dosimetric Leaf Gap) 값등을측정하여치료계획시스템에입력해주어야한다. 다엽콜리메이터의구조는제조사별로 (Varian, Elekta, and Siemens) 다른형태및선량학적특징을가지고있다. 6) 이중 Varian 사에서제작한 Millenium 120 MLC (Varian Medical System, Palo, Alto, CA, USA) 는 rounded leaf 형태이다. 중심으로부터가운데 40 쌍의엽폭은 0.5 cm이고, 나머지엽의폭은 1.0 cm이다. 다엽콜리메이터의반지름은 8 cm이고, 6 MV 광자선에서의 intra-leaf transmission은약 1.8% 이다. 7,8) 다수의연구자들은엽두께및모양, 다엽콜리메이터의속도에따른치료계획및선량학적인분포의영향에대해서연구를진행하였다. 9-14) 또한다엽콜리메이터파라메터중의하나인선량분포와선량계산의최적화에영향을미치는 DLG 값의영향에대하여다수의연구자들은연구를진행하였다 ) Lallth K. et al. 등 15) 은밀레니엄 120 다엽콜리메이터를이용하여다엽콜리메이터의이동구간에서모든쌍의다엽콜리메이터에대해서 DLG 값을측정하였고,

2 Kyung Hwan Chang, et al:evaluation of Dosimetric Leaf Gap (DLG) at Different Depths for Dynamic IMRT MapCHECK 다이오드 array 시스템을사용하여 2차원적으로변화되는 DLG 값을측정하였다. 이연구에서는 0.5 cm 의폭으로된안쪽 40쌍들의다엽콜리메이터에서의 DLG값은 0.2 mm로매우비슷하였고, 바깥쪽 20쌍 ( 폭 : 1.0 cm) 들은약 0.3 mm에서 0.5 mm까지 DLG 값의변화가발생하였다고보고하였다. Yao W 등 17) 은세개의다른다엽콜리메이터의구조를지닌 Varian millenum 120 MLC, HD 120 MLC, Siemen 160 MLC 시스템에서균일하고비균일한다엽콜리메이터의테스트조사면적을이용하여최적화된 DLG 값을측정하였다. 그리고측정된각각의 DLG 값을치료계획시스템에적용하여최적화된치료계획을다시한번수립하여환자맞춤형치료계획의필요성을설명하였다. Lee 등 18) 은세기조절방사선수술치료기법에서측정된 DLG 값이치료계획시스템에적용된 DLG 값과 1.0 mm 차이가발생하였을때는측정된내부장기의선량값과치료계획시스템에서계산된선량값이최대 30.8% 차이를나타낸다고설명하였다. Mei 등 19) 은 1차원다이오드배열시스템과 2차원전자포털영상장치 (EPID: Electronic portal imaging device) 시스템에서의 DLG 값을측정하여중심부의다엽콜리메이터에서 6.0 cm의축이탈지점까지 DLG 값이변화한다는것을확인하였다. 하지만현재치료계획시스템에적용된 DLG 값은고정된단일측정깊이 ( 선원표면간거리 : 95 cm, 깊이 : 5 cm) 에서측정한 leaf transmission factor ( 엽투과계수 ) 및 DLG 값이며단일 DLG 값으로모든환자를대상으로치료계획을수 립하고선량계산을하고있다. 따라서환자맞춤형치료계획또는최적화된치료계획및선량분포를획득하기위해서는종양이위치하는깊이의변화에따른다른 DLG 값을치료계획시스템에반영하여야한다. 본연구의목적은동적세기조절방사선치료시종양이위치한깊이에따른선량및선량분포를평가하기위하여측정깊이변화에따른 DLG 값의변화를평가하고측정된 DLG 값과치료계획시스템에서계산된 DLG 값을비교하는것이다. 재료및방법 1. 실험설정본연구에서는 Millenium 120 MLC시스템이장착된선형가속기 (Clinac IX, Varian Medical Systems, Palo, Alto, CA, USA) 를이용하였다. 모든측정은 cm 3 의 1차원소형물팬톰 (MT100T, CIVCO Medical Solutions, Orange City, Iowa, USA) 에서 0.65 cm 3 의체적을가진 Farmer type 의이온전리함 (FC65-G, Scanditronix-Wellhofer, IBA, Germany) 을이용하여수행하였다. 선형가속기의갠트리 (gantry) 와콜리메이터의각도는 0 o 로설정하였다. 이온전리함의전하수집체적의중심부가방사선빔의중심에수직이되도록설정하고, 이온전리함은선형가속기에서길이 (inline) 방향으로위치하였다. 이온전리함은전하를측정하기위하여전위계 (electrometer, Dose 1, Scanditronix-Wellhofer, Fig. 1. Start (a) and end (b) positions of the 10 mm sliding slit movementfor dosimetric leaf separation file

3 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 3, September, 2015 IBA, Germany) 에연결하였다. 2. MLC DICOM files DLG 값을계산하기위해서는엽투과계수를계산하기위해필요한열림조사면 (open field), 닫힘조사면 (closed field) 의의료용디지털영상및통신 (DICOM: Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일과제조회사에제공한선량학적엽간격 (DLS: dosimetric leaf separation) 이 2, 6, 10, 14, 20 mm인다엽콜리메이터파일이필요하다 cm 2 조사면적에서선택된각각의엽간격파일에서의다엽콜리메이터는방사선이조사되는동안중심에서 50 mm 에서 +50 mm까지 100 mm를이동하게된다 (Fig. 1). 3. 측정모든측정은조사면적 cm 2 에서 6 MV, 15 MV광자선에너지에서 100 MU를 400 MU/min로전달되도록설정하였다. DLG 값을계산하기위해서는콜리메이터투과계수와위에서설명한 5개의선량학적엽간격 (DLS) 에서의절대선량값을측정해야한다. 콜리메이터투과계수를계산하기위해서는열림조사면 (open field), A 캐리지 (carrage) 방향으로콜리메이터가닫힌조사면과 B carrage 방향으로닫힌 DICOM RT (Radiation therapy) 파일을들여와서 3가지의파 일에서의절대선량값을측정하였다. 또한 5개의 DLS파일을들여와서절대선량값을측정하였다. 이와같은과정을수면에서부터아래로 2 cm, 5 cm, 10 cm 및 15 cm 지점에서이온전리함을이동시켜가며절대선량값을측정하였고, 각각의측정깊이마다선원-표면간거리 (SSD: sourcesurface distance) 를 98 cm, 95 cm, 90 cm, 85 cm로변경하여선원-중심축간의거리 (SAD: source-axis distance) 가 100 cm 가되도록설정하였다 (Fig. 2). 모든측정은각각의깊이에서 3회반복적으로측정하였다. 4. DLG 계산 위에서측정한값들을이용해서다엽콜리메이터투과계수와 DLG 값을계산하였다. 먼저, 투과계수는두종류의 closed field에서측정한평균절대선량값과 open field에서측정한절대선량값의비로써아래공식을이용하여계산하였다. 여기에서, Open은 open field에서측정한절대선량값이고, D A 와 D B 는각각 A 방향과 B방향으로닫힌조사면 (closed field) 에서측정한절대선량값을나타낸다. 그리고 Wasbø E 등 21) 은 DLG를구하는계산방법에대해서발표 Fig. 2. Schematic diagram for calculating of DLG under various depths and source-surface distances

4 Kyung Hwan Chang, et al:evaluation of Dosimetric Leaf Gap (DLG) at Different Depths for Dynamic IMRT 하였다. 본연구에서는발표된논문을참고하여 DLG를계산하였다 (Fig. 3). 5. 치료계획시스템에서의 DLG 계산 (Calculation in treatment planning system) 본연구에서는측정된 DLG 값을비교및증명하기위해서치료계획시스템 (Eclipse treatment planning system version 10, Varian Medical Systems) 에서 DLG 값을계산하였다. 위에서설명한것과같이같은설정조건을만들기위해서 cm 3 의체적을가진물팬톰을생성하고제 조회사에서제공한 5개의 DLS파일을들여왔고 open field 와두종류의 close fields를만들었다. 그리고위에서설명한실험을통해획득한두종류 (6 MV, 15 MV) 의광자선에너지에대한단일 MLC투과계수와 DLG 값을 dosimetric beam data에입력한후, 비등방성분석알고리즘 (AAA: anisotropic analytical algorithm) 을선량계산알고리즘을이용하여측정깊이가다른위치에서의점선량값을획득하였다. 결과 1. 다엽콜리메이터투과계수 (Transmission Factor, T.F.) 6 MV와 15 MV광자선에너지에서의측정된다엽콜리메이터의투과계수와치료계획시스템에서계산된다엽콜리메이터의투과계수 Fig. 4a와 Table 1에서나타내고있다. 두종류의에너지와다른깊이에서측정된값과치료계획시스템에서계산된값은전반적으로약 2.1% 범위내에서차이가나는것을확인하였다. 하지만 6 MV 광자선의경우, 5 cm의깊이에서의투과계수값이약 2.1% 차이가나는것을확인할수있었다. 그리고 6 MV 광자선의경우, 측정깊이가증가함에따라서투과계수값이증가한다는것을확인하였다. 2. DLG 값 Fig. 3. An example of linear extrapolation for derivation of a DLG at different depths (2 cm, 5 cm, 10 cm,15 cm) for 6 MV photon beam. Fig. 4b와 Table 2에서는 6 MV와 15 MV 광자선에너지에서의측정된 DLG 값과치료계획시스템에서계산된 DLG값을나타내고있다. 6 MV 광자선의경우, 양군간의 Fig. 4. Measured and planned transmission factor (a) and dosimetric leaf gap (b) at different depths for 6 MV and 15 MV photon beam

5 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 3, September, 2015 Table 1. Comparison of measured and planned transmission factor at different depths for 6 MV and 15 MV photon beam. Depth (cm) 6 MV 15 MV Measurement (%) RTP (%) Difference (%) Measurement (%) RTP (%) Difference (%) Table 2. Comparison of measured and planned dosimetric leaf gap (DLG) at different depths for 6 MV and 15 MV photon beam. Depth (cm) 6 MV 15 MV Measurement (cm) RTP (cm) Difference (%) Measurement (cm) RTP (cm) Difference (%) 값이차이가 4.09% 로최소차이가나는깊이는 2 cm 깊이였고, 14.82% 로써가장큰차이를보이는깊이는 15 cm라는것을확인하였다. 6 MV 광자선의경우, 측정값에서는측정깊이가증가함에따라서 DLG 값이증가하는것을확인할수있었지만계산된값에서는 5 cm 깊이까지는 DLG 값이증가하지만그이후에측정깊이가깊어짐에따라서 DLG값이변동된다는것을확인하였다. 15 MV 광자선의경우, 15 cm 깊이에서측정된값과계산된값의최대차이가 3.4% 이었고, 10 cm의깊이 10 cm에서측정한값의차이가 0.7% 로가장작은것을확인하였다. 또한측정된값과계산된 DLG 값모두 5 cm 깊이까지는증가하였지만그이상의깊이에서는다시감소하는경향을보였다. 고찰본연구에서는동적세기조절방사선치료시종양이위치한깊이에따른선량및선량분포를평가하기위하여측정깊이변화에따른 DLG 값의변화를평가하고측정된 DLG 값과치료계획시스템에서계산된 DLG 값을비교하였다. 또한 5 cm의측정깊이와 95 cm의선원-표면간거리의기준조건에서측정한다엽콜리메이터투과계수를치료계획시스템에적용했을때다른깊이에서의 DLG변화에대한연구를수행하였다. 6 MV 광자선의결과를보면, 측정한값과치료계획시스 템에서계산된투과계수값은측정깊이가증가함에따라증가하는것을확인할수있다 (Fig. 4a). 하지만, 15 MV 광자선의경우, 측정깊이에상관없이투과계수의값이거의동일하다는것을확인할수있었다. 이결과로보았을때, 6 MV 광자선을이용하여심부에위치한종양을치료할경우다엽콜리메이터투과계값을고려해야한다는것을확인할수있었다. 또한치료계획시스템의결과를보면깊이가증가함에도불구하고투과계수의값이변화가없어서두값에서최대 2.1% 차이를보이는것을확인하였다. 치료계획시스템의오류인지확인하기위해재선량계산을하고투과계수를획득하였지만결과값은변하지않았다. 이원인은정확하게는모르겠지만, 본연구에서는이온전리함이위치한 1차원소형물팬텀에대해서전산화단층촬영장치 (CT: computed tomography) 영상을획득하지않고치료계획시스템에서가상의물팬톰을만들었기때문에이러한차이가날수있지않을까추측해보았다. 향후이차이에대한분석을위해연구를진행할필요가있다고생각된다. Wasbø E 등 21) 은 6 MV와 15 MV 광자선에서측정깊이를 5 cm, 10 cm, 15 cm에서투과계수와 DLG를측정하였을때 6 MV의경우깊이가증가함에따라서두값약간증가하는현상을보였지만 15 MV의경우에서는크게변화하지않는다는것을보고하였다. 본연구에서의결과와비교하였을때, 6 MV의경우 Wasbø E 등 21) 의결과와유사하게측정깊이가증가함에따라서다엽콜리메이터투과계수와

6 Kyung Hwan Chang, et al:evaluation of Dosimetric Leaf Gap (DLG) at Different Depths for Dynamic IMRT DLG 값은증가된다는것을확인하였다. 하지만 15 MV의경우, 본연구에서는 10 cm의측정깊이에서 DLG 값이약간감소하는것을확인하였다 (Table 2 and Fig. 4). 본연구에서는 DLG값을계산하는데영향을미치는다엽콜리메이터투과계수를기준조건하에서측정한고정된값을치료계획시스템에적용하였을때다른측정깊이에서의 DLG 값이어떻게변하는지를평가하였다. 본연구에서는실제임상에서종양이위치하는깊이에따른선량학적영향에대한연구는포함하지않은제한점이있다. 따라서, 종양의위치가다른두경부암과췌장또는전립선암종류에대해서 DLG값의변화에따른각각의종양의선량학적분포에대한연구를진행하여종양이위치하는깊이에따른다엽콜리메이터투과계수및 DLG 값을각각의치료계획에반영하여최종적으로는환자맞춤형치료계획이될수있도록연구를진행할예정이다. 결 동적세기조절방사선치료시종양이위치한깊이에따른선량및선량분포를평가하기위하여측정깊이변화에따른 DLG 값의변화를평가하고측정된 DLG 값과치료계획시스템에서계산된 DLG 값에대해서비교및평가하였다. 비록측정깊이에따른다엽콜리메이터의투과계수및 DLG의절대적인값은크게차이가나지는않지만, 이러한영향이실제치료계획에선량학적영향을미칠수있을개연성을확인하였다. 향후다엽콜리메이터투과계수및 DLG 값을각각의치료계획에반영할수있는자동시스템을만들어최종적으로는환자맞춤형치료계획이될수있도록연구를진행할예정이다. 론 References 1. Otto K: Volumetric modulated arc therapy: IMRT in a single gantry arc. Med Phys. 35: (2008) 2. Xing L, Thorndyke B, Schreibmann E, Yang Y, Li TF, Kim GY, Luxton G, Koong A: Overview of image-guided radiation therapy. Med Dosim. 31: (2006) 3. Yoon SM, Lim YS, Park MJ, et al: Stereotactic body radiation therapy as an alternative treatment for small hepatocellular carcinoma. PLoS One. 8:e79854 (2013) 4. Kantz S, Söhn M, Troeller A et al: Impact of MLC properties and IMRT technique in meningioma and head-and-neck treatments. RadiatOncol. 10:184 (2015) 5. Yu CX1, Li XA, Ma L, et al: Clinical implementation of intensity-modulated arc therapy. Int J RadiatOncolBiol Phys. 53: (2002) 6. Huq MS, Das IJ, Steinberg T, Galvin JM: A dosimetric comparison of various multileaf collimators. Phys Med Biol. 47:N (2002) 7. Williams MJ, Metcalfe P: Verification of a rounded leaf-end MLC model used in a radiotherapy treatment planning system. Phys Med Biol. 51:N65-78 (2006) 8. Mohan R, Jayesh K, Joshi RC, et al: Dosimetric evaluation of 120-leaf multileaf collimator in a Varian linear accelerator with 6-MV and 18-MV photon beams. J Med Phys. 33:114-8 (2008) 9. Wu QJ, Wang Z, Kirkpatrick JP, et al: Impact of collimator leaf width and treatment technique on stereotactic radiosurgery and radiotherapy plans for intra- and extracranial lesions. RadiatOncol. 21:4 (2009) 10. Hong CS, Ju SG, Kim M, et al: Dosimetric effects of multileaf collimator leaf width on intensity-modulated radiotherapy for head and neck cancer. Med Phys. 41: (2014) 11. Sharma DS, Dongre PM, Mhatre V, Heigrujam M: Physical and dosimetric characteristic of high-definition multileaf collimator (HDMLC) for SRS and IMRT. J ApplClin Med Phys. 12:3475 (2011) 12. LoSasso T, Chui CS, Ling CC: Physical and dosimetric aspects of a multileaf collimation system used in the dynamic mode for implementing intensity modulated radiotherapy. Med Phys. 25: (1999) 13. Wijesooriya K, Bartee C, Siebers JV, et al: Determination of maximum leaf velocity and acceleration of a dynamic multileaf collimator: implications for 4D radiotherapy. Med Phys. 32: (2005) 14. Shang Q, Qi P, Ferjani S, Xia P: Effect of MLC leaf width on treatment adaptation and accuracy for concurrent irradiation of prostate and pelvic lymph nodes. Med Phys. 40: (2013) 15. Kumaraswamy LK, Schmitt JD, Bailey DW, et al: Spatial variation of dosimetric leaf gap and its impact on dose delivery. Med Phys. 41: (2014) 16. Kielar KN, Mok E, Hsu A, Wang L, Luxton G: Verification of dosimetric accuracy on the TrueBeamSTx: rounded leaf effect of the high definition MLC. Med Phys. 39: (2012) 17. Yao W, Farr JB: Determining the optimal dosimetric leaf gap setting for rounded leaf-end multileaf collimator systems by simple test fields. J ApplClin Med Phys. 16(4):5321 (2015) 18. Lee JW, Choi KS, Hong S, et al: Effects of static dosimetric leaf gap on MLC-based small-beam dose distribution for intensity-modulated radiosurgery. J ApplClin Med Phys. 8:2397 (2007) 19. Mei X, Nygren I, Villarreal-Barajas JE: On the use of the MLC dosimetric leaf gap as a quality control tool for accurate dynamic IMRT delivery. Med Phys. 38: (2011) 20. Szpala S, Cao F, Kohli K: On using the dosimetric leaf gap to model the rounded leaf ends in VMAT/RapidArc plans. J ApplClin Med Phys. 15:4484 (2014) 21. Wasbø E, Valen H: Dosimetric discrepancies caused by differing MLC parameters for dynamic IMRT. Phys Med Biol. 53(2): (2008)

7 PROGRESS in MEDICAL PHYSICS Vol. 26, No. 3, September, 2015 동적세기조절방사선치료에서깊이에따른 DLG 변화분석 서울아산병원방사선종양학과 장경환ㆍ곽정원ㆍ조병철ㆍ정치영ㆍ배재범ㆍ윤상민ㆍ이상욱 본연구에서는동적세기조절방사선치료에서깊이에따른 DLG (Dosimetric Leaf Gap) 의변화가치료계획시스템에서의선량계산의정확성에미치는영향을평가하고자하였다. 6 MV와 15 MV광자선에대하여동일한 SAD 조건하에 4개의다른깊이 (2 cm, 5 cm, 10 cm, 15 cm) 에서측정된다엽콜리메이터의투과계수와 DLG 값을치료계획시스템에적용하여 DLG 측정과정을모사하였을때계산된투과계수와 DLG 값들을각각의측정값들과비교하여분석하였다. 이를위하여 Millenium 120 MLC시스템이장착된단일선형가속기가사용되었다. 각각다른깊이에서측정된 DLG와투과계수값을적용하였을때치료계획시스템을이용한모사에서는투과계수의경우 1% 이내로계산과측정이일치함을보이는반면에 DLG 값은 15 MV 경우 5% 이내의차이를보이고 6 MV에서는최대깊이인 15 cm에서 15% 이상차이가보였다. 실제의경우 15 MV 경우 15 cm 깊이까지 DLG의변화에의한실험과계산의차이가작은반면 6 MV 경우, 10 cm 이상의깊이에서는치료계획시스템에서계산된값이측정과크게차이를나타냈다. 다엽콜리메이터투과계수를기준조건하에서측정한고정된값을치료계획시스템에적용하였을때측정깊이에따른고정된투과계수값과변화된투과계수값의차이는크지는않지만종양이위치하는깊이에따라서선량학적영향이나타날수있으므로깊이에따른다엽콜리메이터투과계수및 DLG 값을각각의치료계획에반영하여환자맞춤형치료계획이될수있도록해야할것이다. 중심단어 : 선량학적엽간격, 다엽콜리메이터투과계수, 다엽콜리메이터파일, 세기조절방사선치료, 환자맞춤형치료계획

012임수진

012임수진 Received : 2012. 11. 27 Reviewed : 2012. 12. 10 Accepted : 2012. 12. 12 A Clinical Study on Effect of Electro-acupuncture Treatment for Low Back Pain and Radicular Pain in Patients Diagnosed with Lumbar