영상 유도 방사선 치료

Image-guided radiation therapy
이 기사는 전자 포탈 이미징 장치로서 PRID를 포함한 방사선 치료에 관한 것이다. 컴퓨터 보안 및 개인 정보 ID 기술인 PRID는 향상된 개인 정보 ID를 참조하십시오.
영상 유도 방사선 치료
기타 이름IGRT
전문중재적 방사선/종양학

영상유도방사선요법은 방사선 치료 과정 중 치료 방향을 정하고 환자를 배치하며 치료 계획에서 사전 치료 영상과 비교하기 위해 자주 영상을 촬영하는 과정이다.[1] 시술 직전 또는 시술 도중에는 기준 영상 데이터 세트에서 계획한 것과 동일한 위치에 환자가 시술실에 국부적으로 배치된다. IGRT의 예로는 치료 시스템에서 획득한 콘 빔 컴퓨터 단층 촬영(CBCT) 데이터 세트와 계획에서 얻은 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 세트를 비교하는 것이 포함된다. 또한 IGRT는 계획 CT의 디지털 재구성 방사선 촬영(DRR)과 일치하는 평면 킬로볼트(kV) 방사선 사진 또는 메가볼트(MV) 영상을 포함할 수 있다.

이 과정은 방사선 치료 계획 과정에서 대상과 장기를 묘사하기 위해 이미지를 사용하는 것과 구별된다. 그러나 IGRT는 환자의 국소화를 위한 기준 좌표로서 계획에서 영상 양식에 직접 의존하기 때문에 영상 처리 과정 사이에 연관성이 있다. 계획에 사용되는 다양한 의료 영상 기술로는 X선 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI), 양전자 방출단층촬영(PET) 등이 있다.

IGRT는 설정 및 위치 지정의 오류를 줄이고, 축소 계획 시 대상 조직 주위의 여백을 허용하며, 전반적인 결과 개선을 목적으로 과정 중에 치료를 조정할 수 있도록 도울 수 있다.[2][3]

목표 및 임상적 이점

IGRT 공정의 목표는 방사선 현장 배치의 정확성을 향상시키고 방사선 치료 중 건강한 조직의 노출을 줄이는 것이다. 과거에는 치료 중 국산화 오류를 보상하기 위해 더 큰 계획 대상 볼륨(PTV) 마진이 사용되었다.[4] 이로 인해 건강한 인체 조직은 치료 중 불필요한 방사선량을 받게 되었다. PTV 마진은 기하학적 불확실성을 설명하기 위해 가장 널리 사용되는 방법이다. IGRT를 통해 정확도를 개선함으로써 주변의 건강한 조직으로 방사선을 감소시켜 종양에 대한 방사선을 증가시켜 제어한다.[4]

현재 특정 방사선 치료 기법은 강도 변조 방사선 치료(IMRT) 과정을 채택하고 있다. 이러한 형태의 방사선 치료는 컴퓨터와 선형 가속기를 사용하여 대상의 위치, 형태 및 움직임 특성에 특정한 3차원 방사선량 지도를 조각한다. IMRT에 요구되는 정밀도 수준 때문에 종양 위치에 대한 자세한 데이터를 수집해야 한다. 임상 실무에서 혁신의 가장 중요한 단일 분야는 위치 주변의 계획 대상 볼륨 여유도의 감소다. 더 많은 정상 조직을 피하는 능력(따라서 잠재적으로 선량 에스컬레이션 전략을 채택할 수 있음)은 가장 정확하게 치료를 실행하는 능력의 직접적인 부산물이다.[4]

양성자 및 전하입자 방사선 치료와 같은 현대적이고 진보된 방사선 치료 기술은 유효 선량의 선량 전달과 공간 분포에서 우수한 정밀도를 가능하게 한다. 오늘날, 그러한 가능성들은 요구되는 정확성과 신뢰성에 관하여 IGRT에 새로운 도전을 추가한다.[5] 따라서 적절한 접근은 강도 높은 연구의 문제다.

IGRT는 치료 과정 내내 수집되는 데이터의 양을 증가시킨다. 시간이 지남에 따라, 개인이나 환자의 모집단에 관계없이, 이 정보는 치료 기법의 지속적인 평가와 추가적인 개선을 가능하게 할 것이다. 환자에 대한 임상적 이점은 방사선 치료 과정에서 발생할 수 있는 변화를 모니터링하고 적응할 수 있는 것이다. 그러한 변화에는 종양의 수축이나 팽창, 또는 종양과 주변 해부학의 형상의 변화가 포함될 수 있다.[4]

N-localizer[6], Sturm-Pastyr localizer 등 원래 영상유도 수술용으로 개발된 기술을 이러한 의료 영상 기술과 연계하여 사용할 경우 IGRT의 정밀도가 크게 향상된다.[7]

이론적 근거

방사선 치료는 정의된 종양을 치료하고 주변 정상 조직이 지정된 선량 허용오차를 초과하는 선량을 받지 않도록 설계된 국소 치료법이다. 계획된 선량 분포와 전달된 선량 분포 간의 차이에 기여할 수 있는 많은 요인이 있다. 그러한 요인 중 하나는 치료 장치에 대한 환자 위치의 불확실성이다. IGRT는 환자가 치료실에서 올바르게 정렬되도록 전달될 치료계획의 영상 좌표를 통합한 방사선 치료 과정의 구성요소다.[8]

또한 IGRT 접근방식을 통해 제공되는 국소화 정보는 본 글의 범위를 벗어난 강력한 치료 계획 전략을 촉진하고 환자 모델링을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다.[citation needed]

치료에 대한 "가이드라인"의 이력

표면 및 피부 자국

일반적으로 '계획' 당시(임상 마크 업 또는 전체 시뮬레이션) 치료의 의도된 영역은 방사선 종양학자에 의해 윤곽이 잡힌다. 일단 시술 부위가 결정되면 피부에 자국이 생겼다. 잉크 표시의 목적은 현장 배치의 재현성을 개선하기 위한 치료를 위해 환자를 매일 정렬하고 배치하는 것이었다. 방사선 치료실의 방사선장(또는 그 표현)과 표식을 정렬함으로써 치료장의 정확한 위치를 파악할 수 있었다.[8]

시간이 지남에 따라 기술이 개선되고 - 십자모, 등신성 레이저가 있는 라이트 필드 - 그리고 '타투'의 실천으로 전환되면서 - 잉크 표시가 문서화된 위치에서 바늘을 사용하여 첫 번째 피부 층 바로 아래에 잉크를 바름으로써 영구적인 표시로 대체되는 절차 - 환자의 재현성 -설정이 개선되었다.[9]

포털 이미징

포털 이미징은 환자에게 방사선 치료를 하는 데 사용되는 방사선 빔을 사용하여 영상을 획득하는 것이다.[10] 모든 방사선 빔이 환자에게 흡수되거나 산란되지 않을 경우, 통과하는 부분을 측정하여 환자의 이미지를 생성하는 데 사용할 수 있다.

방사선 현장 배치를 정의하기 위해 포털 이미징의 초기 사용을 확립하는 것은 어렵다. 방사선 치료 초기부터 엑스레이나 감마선을 이용해 검사용 대형 형식 방사선 필름을 개발했다. 1950년대 코발트-60 기계의 도입으로 방사선은 몸속 깊이까지 들어갔지만 대비가 낮고 주관적인 가시성이 떨어지는 것으로 나타났다. 오늘날, 디지털 영상 장치의 발전을 이용하여 전자 포털 영상화의 사용은 정확한 현장 배치를 위한 도구와 검사 필름 리뷰 동안 방사선학자의 검토를 위한 품질 보증 도구로 발전했다.[8]

전자 포털 이미징

이 기사는 전자 포털 이미지 장치를 이용한 방사선 치료에 관한 것이다. 컴퓨터 보안 및 개인 정보 ID 기술인 PRID는 향상된 개인 정보 ID를 참조하십시오.

전자 포털 이미징은 CCD 비디오 카메라, 액상 이온실, 비정형 실리콘 평면 패널 검출기 등 디지털 이미징을 활용해 기존의 포털 이미징보다 화질과 대비가 향상된 디지털 이미지를 만드는 과정이다. 이 시스템의 이점은 검토와 지도를 위해 디지털로 이미지를 캡처할 수 있는 능력이다.[11] 이러한 시스템은 임상 실습 전반에 걸쳐 사용되고 있다.[12] 현재 전자 포털 이미지 장치(EPID)의 리뷰는 이미지 조사와 대부분의 임상 실습에서 허용 가능한 결과를 보여주며, 충분히 넓은 시야를 제공한다. kV는 포털 이미징 기능이 아니다.[4]

치료 지침을 위한 영상촬영

형광 투시

주요 기사: 형광 투시

형광 투시술은 형광 투시법을 사용하여 화면 또는 영상 캡처 장치와 협력하여 환자의 내부 구조를 실시간으로 촬영하는 기법이다.

디지털 X선

주요기사: X선

방사선 치료기기에 탑재된 디지털 X선 장비는 치료 전이나 치료 중 환자의 내부 해부도를 그려내는 데 자주 사용되며, 이는 원래 계획 CT 영상 시리즈와 비교할 수 있다. 매우 정확한 환자 위치 확인을 위한 수단을 제공하기 위해 두 개의 방사선 축의 직교 설정의 사용이 일반적이다.[5]

컴퓨터단층촬영(CT)

주요 기사: 컴퓨터 단층 촬영

단층 촬영법을 채택한 의료 영상법으로, 단일 회전 축을 중심으로 촬영한 대규모의 2차원 X선 영상 시리즈에서 물체의 내부 구조를 3차원 영상으로 생성한다. CT는 입사 X선 빔의 감쇠 및 전송 방지 능력을 바탕으로 다양한 구조를 시연하기 위해 윈도잉이라고 알려진 공정을 통해 조작할 수 있는 데이터의 양을 생산한다.

재래식 CT

주요 기사: CT 스캐너

치료 용적 위치 및 치료 현장 배치와 일치하는 안내 전략을 사용하는 데 있어 CT 이미징의 효용성이 점차 인정됨에 따라, 실제 재래식 2-D CT 기계를 치료실 선형 가속기와 나란히 배치하는 여러 시스템이 설계되었다. 이점은 기존 CT가 선량 계산에 중요한 조직 감쇠의 정확한 측정치를 제공한다는 점이다(예: 레일 위의 CT).[8]

원뿔빔

주요 기사: 원뿔 빔 재구성

콘빔 컴퓨터단층촬영(CBCT) 기반 영상유도시스템이 의료용 선형가속기와 통합돼 큰 성공을 거두고 있다. 평판 기술의 향상으로 CBCT는 체적 영상을 제공할 수 있게 되었고 치료 과정 전반에 걸쳐 방사선 또는 형광 투시 모니터링이 가능해졌다. 콘 빔 CT는 각 투영에서 관심 볼륨 전체에 걸쳐 많은 투영을 획득한다. Feldkamp가 개척한 재구성 전략을 사용하여 2D 투영은 CT 계획 데이터 세트와 유사한 3D 볼륨으로 재구성된다.

MVCT

메가볼트 컴퓨터단층촬영(MVCT)은 X선의 메가볼트 범위를 이용해 몸 안의 뼈 구조나 대리 구조물의 이미지를 만드는 의료 영상촬영 기법이다. MVCT에 대한 원래 합리성은 치료 계획을 위한 정확한 밀도 추정의 필요성에 의해 촉진되었다. 환자와 대상 구조물의 국산화 모두 2차 사용이었다. 75개의 카드뮴 텅스테이트 결정으로 구성된 단일 선형 검출기를 사용한 시험 장치가 선형 가속기 갠트리 위에 장착되었다.[citation needed] 테스트 결과 이 방법을 사용한 공간 분해능은 0.5mm, 대비 분해능은 5%로 나타났다. 또 다른 접근방식은 시스템을 MLA에[clarification needed] 직접 통합하는 것을 수반할 수 있지만, 그것은 회전수를 규칙적으로 사용할 수 없는 숫자로 제한할 것이다.[citation needed]

광학추적

광학적 추적은 카메라의 사용을 통해 자외선, 가시광선 및 적외선에 걸쳐 있는 파장의 전자파 스펙트럼의 일부를 이용하여 고유 좌표계 내에 있는 물체의 위치 정보를 중계하는 것을 포함한다. 광학 항법 수술은 영상 유도 수술(신경외과, 이비인후과, 정형외과) 내에서 지난 10년간 사용되어 왔으며, 방사선 치료 내 유행이 증가하여 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)에서 시각 신호를 통해 실시간 피드백을 제공하고 있다. 후자의 경우, 카메라의 기본 좌표계를 방사선 치료 전달실의 등전위 기준 프레임과 정렬하는 보정 방법이 사용된다. 그런 다음 광학적으로 추적된 도구를 사용하여 환자 기준 설정 지점의 위치를 식별하고 계획 CT 좌표계 내의 위치와 비교한다. 최소 사각형 방법론에 기초한 계산은 이 두 가지 좌표를 사용하여 환자가 계획한 등각점과 시술실의 등각점을 정렬시키는 치료용 소파 변환을 결정한다. 이러한 도구는 방사선 전달(즉, 게이트 방식) 또는 조치(즉, 위치 조정)를 시작하기 위해 관심 영역에 광학적으로 추적된 도구를 배치하여 환자 위치의 굴절 내 모니터링에도 사용할 수 있다. 또는 AlignRT(Vision RT에서)와 같은 제품은 환자를 직접 영상화하고 환자의 피부 표면을 추적하여 실시간 피드백이 가능하다.

MRI

최초의 임상적으로 활성화된 MRI 유도 방사선 치료 기계인 ViewRay 장치가 St에 설치되었다. Louis, MO, Barnes-Jewish 병원과 Washington University School of Medicine의 Alvin J. Siteman Cancer Center. 첫 번째 환자에 대한 치료는 2014년 2월에 발표되었다.[13] 종양의 실시간 MRI 추적을 통합한 다른 방사선 치료기도 현재 개발 중이다. MRI 유도 방사선 치료를 통해 임상의사는 지속적인 소프트 이슈 영상촬영을 통해 환자의 내부 해부도를 실시간으로 볼 수 있으며 치료 중 종양이 이동할 때 방사선 빔을 목표물에 유지할 수 있다.[14]

초음파

초음파는 일상적인 환자 설정에 사용된다. 가슴이나 전립선 같은 연조직에 유용하다. BAT(Best Nomos)와 Clarity(Elekta) 시스템은 현재 사용되고 있는 두 가지 주요 시스템이다. Clarity 시스템은 경막간 영상촬영을 통해 수축내 전립선 모션 추적을 가능하게 하기 위해 추가적으로 개발되었다.

전자기 트랜스폰더

전자파 트랜스폰더 시스템은 IGRT per se는 아니지만, CBCT 또는 kV X선과 정확히 동일한 임상 기능을 제공하려고 하지만 광학 추적 전략과 유사한 설정 오류의 더 임시로 연속적인 분석을 제공한다. 따라서 이 기술("이미지" 사용을 수반하지만)은 대개 IGRT 접근법으로 분류된다.

IGRT 중 환자 위치 지정을 위한 보정 전략

가장 유익한 환자 위치와 빔 구조를 결정하면서 사용하는 두 가지 기본 보정 전략은 온라인과 오프라인 보정이다. 둘 다 임상 환경에서 목적을 달성하며, 나름대로 장점이 있다. 일반적으로 두 전략의 조합이 사용된다. 흔히 환자는 첫 번째 방사선 치료 동안 온라인 전략을 통해 치료를 수정 받고 의사는 검사 필름 회진 중에 오프라인으로 후속 조정을 한다.[4]

온라인

온라인 전략은 시술 내내 지속적으로 업데이트된 정보를 기반으로 시술 프로세스 중에 환자 및 빔 위치를 조정한다.[8] 온라인 접근법은 소프트웨어와 하드웨어의 높은 수준의 통합을 요구한다. 이 전략의 장점은 체계적 오류와 무작위 오류의 감소다. 프린세스 마가렛 병원의 전립선암 치료에 마커 기반의 프로그램을 사용하는 것이 그 예다. 금색 표지는 전립선에 이식되어 분비선의 대리 위치를 제공한다. 매일 치료하기 전에 포털 영상 시스템 결과가 반환된다. 질량의 중심이 3mm 이상 이동한 경우 소파를 재조정하고 후속 기준 영상이 생성된다.[4] 다른 클리닉은 측정된 축에서 1 mm 미만의 오차를 허용하지 않고 위치 오류에 대해 교정한다.

오프라인

오프라인 전략은 치료 세션 중에 수집된 누적 데이터, 거의 항상 초기 치료로 최상의 환자 위치를 결정한다. 의사와 직원은 영상의 정보를 사용하는 동안 치료의 정확성을 측정하고 치료 지침을 마련한다. 온라인 전략보다 더 큰 조정이 필요한 전략이다. 그러나 오프라인 전략을 사용하면 체계적인 오류의 위험을 줄일 수 있다. 그러나 무작위 오류의 위험은 여전히 지속될 수 있다.

향후 연구 분야

  • 온라인 전략과 오프라인 전략의 이점 간 논쟁이 계속된다.
  • 생물학적 기능과 움직임에 대한 추가 연구가 치료 전과 치료 사이, 그리고 치료 중 체내 종양 움직임에 대한 더 나은 이해를 만들어낼 수 있는지 여부.
  • 규칙이나 알고리즘을 사용하면 PTV 여백의 큰 편차를 줄일 수 있다. "정상" 변동을 설명하는 선형 방정식과 알고리즘을 만드는 여유 "수집"이 개발되고 있다. 이 규칙들은 정상 모집단에서 만들어지며, 치료 계획에 오프라인으로 적용된다. 가능한 부작용에는 목표의 고유성으로 인한 무작위 오류가 포함된다.
  • 더 많은 양의 데이터가 수집되고 있는 상황에서, 정보의 분류와 저장을 위한 시스템이 어떻게 구축되어야 하는지가 결정된다.

참고 항목

참조

  1. ^ "Image-guided Radiation Therapy (IGRT)". RadiologyInfo. Radiological Society of North America. 3 April 2018. Retrieved 21 December 2021.
  2. ^ Korreman, Stine; Rasch, Coen; McNair, Helen; Verellen, Dirk; Oelfke, Uwe; Maingon, Philippe; Mijnheer, Ben; Khoo, Vincent (February 2010). "The European Society of Therapeutic Radiology and Oncology–European Institute of Radiotherapy (ESTRO–EIR) report on 3D CT-based in-room image guidance systems: A practical and technical review and guide". Radiotherapy and Oncology. 94 (2): 129–144. doi:10.1016/j.radonc.2010.01.004. PMID 20153908.
  3. ^ Bujold, Alexis; Craig, Tim; Jaffray, David; Dawson, Laura A. (January 2012). "Image-Guided Radiotherapy: Has It Influenced Patient Outcomes?". Seminars in Radiation Oncology. 22 (1): 50–61. doi:10.1016/j.semradonc.2011.09.001. PMID 22177878.
  4. ^ a b c d e f g Jaffray, DA; Bissonnette, JP; Craig, T (1999). "X-ray Imaging for Verification and Localization in Radiation Therapy in Modern Technology of Radiation Oncology". The modern technology of radiation oncology : a compendium for medical physicists and radiation oncologists. Madison, Wis.: Medical Physics Pub. ISBN 978-0-944838-38-9.
  5. ^ a b Selby, Boris Peter; Walter, Stefan Ottmar; Sakas, Georgios, Wickler, David; Groch, Wolfgang-Dieter; Stilla, Uwe - 전체 자동 X선 기반 환자 배치 및 설정 검증 실무: 성과 및 제한 사항. 제49회 입자 치료 협동조합 회의(PTCOG)의 진행. 2010년 일본 군마
  6. ^ Galloway, RL Jr. (2015). "Introduction and Historical Perspectives on Image-Guided Surgery". In Golby, AJ (ed.). Image-Guided Neurosurgery. Amsterdam: Elsevier. pp. 2–4. doi:10.1016/B978-0-12-800870-6.00001-7. ISBN 978-0-12-800870-6.
  7. ^ Sturm V, Pastyr O, Schlegel W, Scharfenberg H, Zabel HJ, Netzeband G, Schabbert S, Berberich W (1983). "Stereotactic computer tomography with a modified Riechert-Mundinger device as the basis for integrated stereotactic neuroradiological investigations". Acta Neurochirurgica. 68 (1–2): 11–17. doi:10.1007/BF01406197. PMID 6344559. S2CID 38864553.
  8. ^ a b c d e Dawson, Laura A; Sharpe, Michael B (October 2006). "Image-guided radiotherapy: rationale, benefits, and limitations". The Lancet Oncology. 7 (10): 848–858. doi:10.1016/S1470-2045(06)70904-4. PMID 17012047.
  9. ^ Agarwal, Jaiprakash; Munshi, Anusheel; Rathod, Shrinivas (2012). "Skin markings methods and guidelines: A reality in image guidance radiotherapy era". South Asian Journal of Cancer. 1 (1): 27–9. doi:10.4103/2278-330X.96502. PMC 3876603. PMID 24455505.
  10. ^ Langmack, K A (September 2001). "Portal imaging". The British Journal of Radiology. 74 (885): 789–804. doi:10.1259/bjr.74.885.740789. PMID 11560826.
  11. ^ Greer PB, Vial P, Oliver L, Baldock C (2007). "The effect of amorphous silicon EPID spectral response on the dosimetry of IMRT beams". Medical Physics. 34 (11): 4389–4398. doi:10.1118/1.2789406. hdl:1959.13/33258. PMID 18072504.
  12. ^ Vial P, Hunt P, Greer PB, Oliver L, Baldock C (2008). "The impact of MLC transmission radiation on EPID dosimetry for dynamic MLC beams". Medical Physics. 35 (4): 1267–1277. doi:10.1118/1.2885368. PMID 18491519.
  13. ^ Imaging Technology News 매거진, 2014년 2월 10일, http://www.itnonline.com/article/viewray-mri-guided-radiation-therapy-used-treat-cancer-patients
  14. ^ 시트맨 암 센터 뉴스, 2014년 2월 5일 http://www.siteman.wustl.edu/ContentPage.aspx?id=7919

추가 읽기

  • Cossmann, Peter H. 진보된 이미지 유도 방사선 치료 - 미래는 움직이고 있다. 유럽 종양학 검토 2005 - 7월(2005)
  • Sharpe, MB; T Craig; DJ Moseley (2007) [2007]. "Image Guidance: Treatment Target Localization Systems in IMRT-IGRT-SBRT – Advances in the Treatment Planning and Delivery of Radiotherapy.". Frontiers in Radiation Therapy Oncology. Vol. 40. Madison, WI: Karger. ISBN 978-3-8055-8199-8.