방사선치료의 실물 볼루스와 RTPS 기반 가상 볼루스의 선량분포 비교 분석 = Comparative Study of Dose Distributions between Physical Bolus and RTPS-Based Virtual Bolus in Radiotherapy

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 방사선치료계획시스템(RTPS)에서 적용하는 가상 볼루스와 CT영상으로 획득한 실물 볼루스를 기반으로 두 볼루스의 선량계산 결과의 차이를 정량적으로 비교하여, 가상 볼루스의 임상적 활용 가능성과 정확성을 평가하고자 하였다. 실물 볼루스 15 cm 두께를 CT영상으로 획득하였으며, 해당 영상에 RTPS(CorePLAN)를 사용하여 6 MV 및 10 MV 엑스선 조건 하에서 선량을 계산하였다. 가상 볼루스는 실물 볼루스 위에 0 - 40 mm 범위에서 5 mm 간격으로 쌓으며, 빔 중심축을 따라 150 mm 깊이까지 5 mm 간격으로 선량값을 계산하였다. 동일한 두께의 가상 볼루스와 실물 볼루스의 심부선량을 비교하기 위하여 CT 영상의 실물 볼루스 위에 10 cm의 가상 볼루스를 형성하고 빔 붕심축을 따라 1 mm 간격으로 심부선량을 계산하고 비교하였다. 각 상황의 심부선량곡선을 구하여 비교하였으며 분산분석과 Bland–Altman 분석을 이용하여 차이를 검정하였다. 6 MV 엑스선에서 가상 볼루스 두께에 따른 유의한 선량 차이가 나타나지 않았으며, 10 MV에서는 통계적으로 유의성이 관찰되었으나 사후분석에서는 뚜렷한 차이를 보이는 그룹이 없었다. Bland–Altman 분석 결과, 두 볼루스 간의 체계적 편향은 크지 않고 대부분의 데이터가 동의한계 내에 포함되어 수용 가능한 수준으로 나타났다. 다만, 6 MV보다 10 MV에서 비교적 편향이 높으며, 표면에서 빌드 업 영역에서는 두 볼루스 간 선량 차이가 상대적으로 크게 나타나는 경향이 관찰되었다. RTPS에서 적용하는 가상 볼루스는 전반적인 심부선량의 계산에 있어 실물 볼루스를 대체할 수 있는 신뢰성 있는 수단으로 판단되나 고에너지 엑스선의 치료 또는 얕은 부위의 선량 정밀도가 중요한 치료에서는 실물 볼루스를 포함한 CT 기반 계획 수립이 보다 적절할 수 있을 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to quantitatively compare the dose calculation results between a virtual bolus applied in a radiotherapy treatment planning system (RTPS) and a physical bolus acquired through CT imaging, in order to evaluate the clinical applicability and accuracy of the virtual bolus. 15 cm-thick physical bolus was scanned using CT, and the dose distribution was calculated using RTPS (CorePLAN) under 6 MV and 10 MV photon beam conditions. The virtual bolus was applied on top of the physical bolus in 5 mm increments ranging from 0 mm to 40 mm in thickness. Doses were calculated along the central axis of the beam at 5 mm intervals to a depth of 150 mm. For direct comparison, a 10 cm-thick virtual bolus was added atop the CT image containing the physical bolus, and the depth dose distribution was calculated at 1 mm intervals. Depth dose curves were generated and compared, and statistical analysis was performed using ANOVA and Bland–Altman analysis. In the 6 MV condition, no statistically significant differences in dose were observed across different virtual bolus thicknesses. For 10 MV, statistical significance was found, but post-hoc analysis did not reveal significant group differences. Bland–Altman analysis showed minimal systematic bias between the physical and virtual bolus doses, with most data points falling within the limits of agreement, indicating clinically acceptable consistency. However, noticeable dose discrepancies were observed between the two bolus types in the surface and build-up regions. The virtual bolus implemented in RTPS can be considered a reliable alternative to the physical bolus for general depth dose calculations, contributing to improved treatment planning flexibility and patient convenience. However, in treatment scenarios where precise surface or build-up region dosing is critical, CT-based planning including the physical bolus may be more appropriate.