뇌종양 환자의 3차원 입체조형 치료를 위한 뇌내 주요 부위의 모델치료계획의 개발
Development of Model Plans in Three Dimensional Conformal Radiotherapy for Brain Tumors
소속 상세정보
표홍렬/Hong Ryull Pyo
이상훈/김귀언/금기창/장세경/서창옥/Sang Hoon Lee/Gwi Eon Kim/Ki Chang Keum/Se Kyung Chang/Chang Ok Suh
KMID : 0859320020200010001
Abstract
목적: 3차원 입체조형치료계획(3D 치료계획)이 점차 많이 쓰이고 있으나 이를 이용한 치료계획 수립시간이 많이 걸려서 모든 환자에게 이 방법을 적용하는데 걸림돌이 되고 있다. 3D 치료계획의 효율성을 높이기 위해서 뇌의 각 부위 종양에 대한 모델 3D
치료계획을 개발하고자 본 연구를 시행하였다. 재료 및 방법: 임상에서 가장 흔히 접한다고 생각되는 가상의 종양을 뇌의 각 부위별로 컴퓨터단층촬영(CT) 영상위에 그렸다. 각 종양의 계획용표적체적(PTV)은 다음과 같다. 측두엽 종양 : 5.7×8.2×7.6 ㎝,
터어키안상부 종양 : 3×4×4.1 ㎝, 시상의 종양 : 3.1×5.9×3.7 ㎝, 전두정엽 종양 : 5.5×7×5.5 ㎝, 후두정엽 종양 : 5×5.5×5 ㎝. 2D 치료계획으로 2문 대항 조사법과 두정위조사야를 포함한 3문 조사법을 수작업으로 수립하였고, 3D 치료계획은
빔방향상기법과
자동
3차원 차폐물제작프로그램을 이용하여 수립하였다. 총방사선량은 터어키안 상부종양에는 54 Gy, 다른 종양에는 59.4 Gy와 선량증가를 시행한 72 Gy를 설정하였다. 2D 치료계획을 포함한 모든 치료계획의 선량분포계산은 3D 치료계획 소프트웨어를 이용하여
계산하였다.
수립된 2D와 3D 치료계획들을 선량체적히스토그램(DVH), 정상조직손상확률(NTCP), 그리고 여러 선량통계값(최소값, 최대값, 평균값, D5, V83, V85, V95)을 이용하여 비교하였다. 최종적으로 각 부위별로 가장 적절한 치료계획을 각각의 모델치료계획으로
선정하였다.
결과: 1) 측두엽 종양 : 모든 3D 치료계획들의 NTCP와 DVH가 2D 치료계획들에 비하여 우수하였으며, 이 경향은 총방사선량이 72 Gy로 증가하였을때 더욱 뚜렷하였다(정상뇌의 NTCP가 2D 치료계획들에서 27%, 8% → 3D 치료계획에서 1%, 1%로 감소).
선량통계값들은
치료계획 선정에 도움이 될 만한 일정한 경향을 보여주지 못했다. 3개의 비동일평면(non-coplanar) 조사야를 이용한 3D 치료계획이 모델치료계획으로 선정되었다. 2) 터어키안 상부 종양 : 종양에 대한 총방사선량이 54 Gy였기 때문에 모든 3D 치료계획과 2D
치료계획의
NTCP가 차이를 보이지 않았다. 정상뇌와 뇌간의 DVH는 각 치료계획간에 일관성있는 뚜렷한 차이를 보였다. D5, V85, V95, 그리고 조사선량의 평균값이 각 치료계획의 DVH의 결과와 어느정도 일치하는 경향을 보였다. 2D 치료계획에서 두정위조사야를 포함한 3개의
조사야를
사용한다 하여도 3D 치료계획이 모든 경우에서 이보다 우수하였다. 7개의 조사야를 사용한 3D 치료계획은 더 적은 개수의 조사야를 사용한 치료계획보다 좋지 못하였다. 5개의 조사야를 사용한 3D 치료계획이 모델치료계획으로 선정되었다. 3) 시상의 종양 :
총방사선량을
72 Gy로 증가시켰을 경우에 모든 3D 치료계획의 NTCP값이 2D 치료 계획에 비하여 우수하였다. 정상조직들의 DVH도 비슷한 결과를 보였다. V83, V85, V95값들이 정상조직들에 대한 치료계획간 조사선량의 차이를 반영하는 모습을 보였으나 DVH에서 보이는 정도의
일관된
차이를 보이지 못했다. 5개의 조사야를 사용한 3D 치료계획이 모델 계획으로 선정되었다. 4) 전두정엽 혹은 후두정엽 종양 : 모든 경우에서 2D 치료계획에 비하여 3D 치료계획에서 NTCP값이 더 낮았다. DVH도 같은 경향을 보였다. V83, V85, V95도 NTCP와 DVH의
경향에
일치하는 일관된 경향을 나타냈다. 전두정엽 종양에서는 5개의 조사야를 사용한 3D 치료계획이, 후두정엽 종양에서는 6개의 조사야를 사용한 3D 치료계획이 모델치료계획으로 선정되었다. 결론: NTCP와 DVH가 치료계획간의 차이를 비교적 합리적으로
반영한다고
판단되었으며, 각각의 치료계획을 비교하는데 유용한 것으로 생각된다. 모든 3D 치료계획이 2D 치료계획에 비하여 우수한 것으로 나타났다. 뇌의 각 부위별 종양에 대하여 치료계획간 NTCP, DVH, 그리고 마지막으로 설계자의 판단에 의하여 가장 적절한
치료계획들을
모델치료계획으로 선정하였다.
Purpose: Three dimensional conformal radiotherapy planning is being used widely for the treatment of patients with brain tumor. However, it takes much time to develop an optimal treatment plan, therefore, it is difficult to apply this
technique
to all patients. To increase the efficiency of this technique, we need to develop standard radiotherapy plans for each site of the brain. Therefore we developed several 3 dimensional conformal radiotherapy plans (3D plans) for tumors at each site
of
brain, compared them with each other, and with 2 dimensional radiotherapy plans. Finally model plans for each site of the brain were decided. Materials and Methods: Imaginary tumors, with sizes commonly observed in the clinic, were
designed
for
each site of the brain and drawn on CT images. The planning target volumes (PTVs) were as follows; temporal tumor-5.7×8.2×7.6 ㎝, suprasellar tumor-3×4×4.1 ㎝, thalamic tumor-3.1×5.9×3.7 ㎝, frontoparietal tumor-5.5×7×5.5 ㎝, and
occipitoparietal tumor-5×5.5×5 ㎝. Plans using parallel opposed 2 portals and/or 3 portals including fronto-vertex and 2 lateral fields were developed manually as the conventional 2D plans, and 3D noncoplanar conformal plans were developed
using
beam's eye view and the automatic block drawing tool. Total tumor dose was 54 Gy for a suprasellar tumor, 59.4 Gy and 72 Gy for the other tumors. All dose plans (including 2D plans) were calculated using 3D plan software. Developed plans were
compared
with each other using dose-volume histograms (DVH), normal tissue complication probabilities (NTCP) and variable dose statistic values (minimum, maximum and mean dose, D5, V83, V85 and V95). Finally a best radiotherapy plan for each site of brain
was
selected. Results: 1) Temporal tumor; NTCPs and DVHs of the normal tissue of all 3D plans were superior to 2D plans and this trend was more definite when total dose was escalated to 72 Gy (NTCPs of normal brain 2D plans : 27%, 8% → 3D
plans
:
1%, 1%). Various dose statistic values did not show any consistent trend. A 3D plan using 3 noncoplanar portals was selected as a model radiotherapy plan. 2) Suprasellar tumor; NTCPs of all 3D plans and 2D plans did not show significant
difference
because the total dose of this tumor was only 54 Gy. DVHs of normal brain and brainstem were significantly different for different plans. D5, V85, V95 and mean values showed some consistent trend that was compatible with DVH. All 3D plans were
superior
to 2D plans even when 3 portals (fronto-vertex and 2 lateral fields) were used for 2D plans. A 3D plan using 7 portals was worse than plans using fewer portals. A 3D plan using 5 noncoplanar portals was selected as a model plan. 3) Thalamic
tumor;
NTCPs
of all 3D plans were lower than the 2D plans when the total dose was elevated to 72 Gy. DVHs of normal tissues showed similar results. V83, V85, V95 showed some consistent differences between plans but not between 3D plans. 3D plans using 5
noncoplanar
portals were selected as a model plan. 4) Parietal (fronto- and occipito-) tumors; all NTCPs of the normal brain in 3D plans were lower than in 2D plans. DVH also showed the same results. V83, V85, V95 showed consistent trends with NTCP and DVH.
3D
plans using 5 portals for frontoparietal tumor and 6 portals for occipitoparietal tumor were selected as model plans. Conclusion: NTCP and DVH showed reasonable differences between plans and were thought to be useful for comparing plans.
All
3D
plans were superior to 2D plans. Best 3D plans were selected for tumors in each site of brain using NTCP, DVH and finally by the planner's decision.
키워드
3차원입체조형치료; 뇌종양; 정상조직손상확률; 선량체적히스토그램; 모델치료계획; 3 dimensional conformal radiotherapy; brain tumor; Normal Tissue Complication Probability; Dose Volume Histogram; model radiotherapy plan;
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