A New Approach with Combined Stereotactic Trans-multiarc Beams for Radiosurgery Based on the Linear Accelerator : Photon Knife

입체적횡다증회전조사를 병합한 방사선수술의 새로운 접근 : 포톤나이프

Purpose : To get an accute steepness of dose gradients at outside the target volume in intracranial lesion and a less limitation of beam selection avoiding the high dose at normal brain tissue, this Photon Knife Radiosurgery System was developed in order to provide the three-dimensional dose distribution through the reconstruction of CT scan and the combined stereotactic trans-multiarc beam mode based on linear accelerator photon beam. Materials and methods : This stereotactic radiosurgery, Photon Knife based on linear accelerator photon beam was provided the non-coplanar multiarc and trans-multiarc irradiations. The stereotactic trans-multiarc beam mode can be obtained from the patient position in decubitus. This study has provided the 3-dimensional isodose curve and anatomical structures with the surface rendering technique. The dose distribution from the combined two trans-multiarcs (2M 2TM) was compared to that of four non-coplanar multiarcs (4M) with same collimator size of 25 mm in a diameter and total gantry movements. Results : In this study, it shows that the dose distributions of stereotactic beam mode are significantly depended on the selected couch and gantry angle in same collimator size. Practical dose distribution of combined stereotactic trans-multiarc beam has shown a more small rim thickness than that of the non-coplanar multiarc beam mode in axial, sagittal and coronal plane in our study. 3-Dimensional dose line displayed with surface rendering of irregular target shape is helpful to determine the target dose and to predict the prognosis in follow-up radiosurgery. Conclusions : 3-Dimensional dose line displayed with surface rendering of irregular target shape is essential in stereotactic radiosurgery. This combined stereotactic trans-multiarc beam has shown a less limitation of the selection couch and gantry beam angles for the target surrounding critical organs. It has shown that the dose distribution of combined trans-multiarc beam greatly depended on the couch and gantry angles. In our experiments, the absorbed dose has been decreased to $27%$ / mm in maximum at the interval of $50\%$ to $80\%$ of isodose line.

목적 : 선형가속기의 광자선을 이용한 두개내 소병변의 방사선수술에서 다중회전조사와 횡다중회전조사를 병용한 방사선 수술방법을 개발하고, 컴퓨터단층영상을 재구성한 방사선수술계획을 통해 선량분포를 비교하여 병변이외 정상조직의 선량을 줄이기 위한 선량변수를 구하였다. 대상 및 방법 : 선형가속기 6 MV 광자선을 이용하여 치료대 각과 선원지지체 회전 및 환자체위변위를 이용한 입체적 다중 및 횡다중회전조사를 조사하여 선량분포를 비교하였다. 입체적 선량분포와 횡단면, 시상면 및 관상면 치료대 영상재구성의 선량분포는 본 대학에서 개발한 방사선수술기구 및 소프트웨어 (Photon Knife)를 통해 이루어졌다. 입체적 다중회전조사에 의해 얻은 선량은 치료대 각이 20, 50, 120, 160 도, 각각의 선원지지체 회전각은 20-160도이며, 다중회전조사의 치료대각 30, 150도와 횡다중회전조사의 치료대각 30, 150도에 선원 회전각 20-160도를 입체조사하여 비교하였다. 결과 : 선형가속기를 이용한 방사선수술선량분포는 동일 콜리메이터에서도 치료대와 선원지지체 각에 따라 크게 변하였다. 입체횡다중회전조사를 시행한 경우 표적을 중심으로 전후방향의 선량분포는 다중회전조사만을 사용한 경우보다 선량기울기가 증가하여 정상뇌조직의 손상을 더 감소시킬 수 있음을 알 수 있었으며, 병변주위의 치명장기 위치에 따라 방사선 회전 방향을 적절히 정할 수 있다. 방사선수술의 입체선량과 주위 장기 및 표적의 On-Target 입체화는 방사선수술의 정확성, 복수개의 표적중심결정과 주위정상장기의 선량포함범위를 비교적 정확하게 보여줌을 알 수 있다. 결론 : 방사선수술선량계획의 입체화는 선량과 표적 및 주위장기의 선량범위를 입체적으로 정할 뿐만 아니라, 표적의 모양이 불규칙형일 때는 복수개의 표적중심결정에 필수적임을 알 수 있었다. 다중회전조사와 횡다중회전조사를 병합한 방사선수술은 표적주위의 치명정상장기의 손상을 줄이기 위해 총회전각의 변화없이 치명장기에 도달될 선량을 줄일 수 있으며, 25 mm 직경의 콜리메이터를 사용한 선량분포는 $80-50\%$의 간격이 $1.1\~3.0 mm$, $90\~50\%$는 $2.0\~3.0mm$를 나타내었다.