We developed an intensity-weighted region-of-interest (IWROI) imaging method in exact half-fan geometry to reduce imaging radiation dose to the patient in cone-beam CT (CBCT) for image-guided radiation therapy. By use of an intensity-weighting filter and an exact half-fan scanning, one can reduce the overall imaging radiation dose to the patient substantially.
An intensity-weighting (IW) filter made of copper was mounted on the X-ray tube unit in the onboard imager (OBI) system. Since a half-fan full-scan mode is the choice of scanning for most treatment sites including the chest and the abdomen due to its enlarged field-of-view (FOV), the half-fan scan mode has been used in this study. The IW filter was placed so as to cover outside the ROI within the FOV. In addition to mounting the IW filter, the lead-blade collimation of the OBI was adjusted to produce an exact half-fan scanning geometry for further reduction of radiation dose. A humanoid pelvis phantom was used for the IWROI
imaging experiment. The rebinned backprojection-filtration (BPF) algorithm in circular CBCT was implemented for image reconstruction. Correction of image artifacts caused by the heterogeneity in beam-quality was also made. Image registration between the IWROI image and the reference image was conducted to validate the clinical utility of the IWROI image for image-guidance. Additionally, we measured the radiation dose by use of the EBT2 film to estimate the dose reduction.
The IWROI image of the phantom was successfully reconstructed after beam-quality correction, and it was registered to the reference image within an acceptable tolerance. The dosimetric measurements revealed that the dose is reduced approximately by 42% in the inner ROI and by 33% in the outer ROI compared to the unfiltered conventional half-fan scan.
The proposed half-fan-based IWROI imaging technique can be a valuable option for low-dose CBCT in IGRT applications.
세기 조절 관심 영역 법이란, 기존의 관심 영역 법에서 확장 된 개념으로 세기 조절
필터 (구리 필터)를 x 선 소스 앞에 위치시킴으로써 전체적인 방사선 선량을 낮추는 것을
의미한다. 이번 연구에서는 영상 유도 방사선 치료를 위한 정확한 half-fan 모드에서의 세기
조절 관심 영역 법이 연구되었다. 세기 조절 필터와 정확한 half-fan 모드를 이용하면 환자에게
가해지는 선량을 상당히 감소시킬 수 있다.
Half-fan 모드는 확장된 FOV 를 가지기 때문에 가슴이나 복부 촬영에 빈번하게
사용된다. 관심 영역 밖의 부분에 낮은 세기의 빔이 가해지도록 세기 조절 필터를 소스 앞에
반만 위치시킨다. 일반 half-fan 모드가 아닌 정확한 half-fan 모드를 사용하므로 관심 영역
안에도 추가적인 납 콜리메이션을 통해 관심 영역 밖뿐만 아니라 관심 영역 안까지도 선량을
줄일 수 있다. 본 실험에서는 humanoid 팬텀이 사용되었다. 이미지 복원을 위해 rebinning
타입의 backprojection-filtration 알고리즘이 사용되었다. Rebinned BPF 알고리즘은 기존
알고리즘이 갖는 절단 artifact 를 가지지 않고, 수치적으로도 더욱 효율적이다. 또한 물리적
필터를 사용하면서 재건된 영상에서 발생한 beam-quality artifact 의 수정이 이루어졌다. 세기
조절 관심 영역 법을 사용하여 얻어진 영상이 실제로 영상 유도 방사선 치료에 사용될 수
있는지 검증하기 위하여 필터를 사용하지 않고 얻은 영상과 영상 정합을 시행하였다. 또한
방사선 선량의 감소를 정량적으로 측정하기 위하여 EBT2 필름을 사용하여 선량 측정을
수행하였다.
세기 조절 관심 영역 법을 사용하여 얻은 영상을 beam-quality artifact 수정 후,
rebinned BPF 알고리즘을 통해 복원이 이루어졌다. 또한, 선량 측정 실험을 통해 본 연구에서
제안한 방식이 필터를 사용하지 않을 때에 비해, 관심 영역 안은 약 42%, 관심 영역 바깥은 약
33%의 선량이 감소됨을 확인하였다.
제안된 half-fan 방식의 세기 조절 관심 영역 법은 저선량 콘빔 CT 를 사용한 영상 유도
방사선 치료에 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
