다양한 TPS에서 DICOM 기반 DVH를 간단히 재생성하는 방법 연구

초록

본 연구는 DICOM 형식으로 내보낸 구조와 선량 데이터를 이용해, 초과표본화와 삼선형 보간을 적용해 DVH를 재계산하는 간단한 알고리즘을 제시한다. 35개의 치료계획을 대상으로 기존 TPS와 상용 비교툴(MIM)과의 차이를 평가했으며, 제안 방법이 특히 작은 체적(10 cc 이하) 구조에서 TPS와 MIM보다 낮은 오차를 보임을 확인하였다.

상세 요약

본 논문은 방사선 치료 계획 시스템(TPS) 간 데이터 연계와 독립적인 정보 관리의 필요성에 주목한다. 현재 대부분의 TPS는 DICOM‑RT 구조와 선량 정보를 제공하지만, DVH(용량‑부피 히스토그램) 자체를 텍스트 혹은 표준 포맷으로 내보내지 못하는 경우가 있다. 또한, 여러 TPS에서 동일 환자를 비교하기 위해서는 각 시스템이 제공하는 DVH를 재계산해야 하는데, 재계산 알고리즘(예: 기하학적 보간, 체적 평균 등)의 차이로 인해 원본 TPS와의 값 차이가 발생한다. 이러한 차이는 임상 의사결정, 연구 데이터베이스 구축, 품질 관리 등에 큰 영향을 미친다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하고자, DICOM‑RT 파일에서 구조(ROI)와 3D 선량 매트릭스를 추출한 뒤, 초과표본화(supersampling)와 삼선형 보간(trilinear interpolation) 기법을 적용해 고해상도 선량 분포를 재구성한다. 초과표본화 비율을 2×, 4×, 8× 등으로 변화시키며 DVH를 계산하고, 각 비율별로 TPS에서 직접 추출한 DVH와의 차이를 정량화하였다.

평가 대상은 35개의 임상 치료계획(전립선, 두경부, 뇌 등)이며, 비교 항목은 구조 부피, 최소·최대·평균 선량이다. 결과는 초과표본화 비율이 증가할수록 오차가 감소함을 보여준다. 특히, 4× 초과표본화에서 평균 절대 오차가 1.2 % 이하로 수렴했으며, 이는 상용 비교툴인 MIM Software가 제공하는 DVH와 비교했을 때 통계적으로 유의하게 낮은 값이었다.

작은 체적(10 cc 미만) 구조, 예를 들어 안구, 수정체, 시신경 등에서는 오차가 상대적으로 크게 나타났지만, 제안된 방법 역시 MIM보다 작은 편차를 보였다. 이는 초과표본화가 작은 구조의 경계와 선량 그래디언트를 보다 정밀하게 포착하기 때문으로 해석된다. 또한, 알고리즘 구현이 단순하고, 기존 DICOM‑RT 파서를 이용해 자동화할 수 있어 병원 내 독립 정보시스템(Independent Information System, IIS) 구축에 실용적이다.

논문은 다음과 같은 기술적 시사점을 제공한다. 첫째, DICOM‑RT만으로도 충분히 정확한 DVH를 재생성할 수 있음을 증명했다. 둘째, 초과표본화와 삼선형 보간이라는 저비용 계산 방법이 복잡한 체적 평균이나 Monte‑Carlo 기반 재계산에 비해 실시간 혹은 대량 데이터 처리에 적합함을 보여준다. 셋째, 작은 구조에 대한 오차 특성을 정량화함으로써 임상에서 주의해야 할 한계를 명시하였다. 마지막으로, 제안된 파이프라인은 다양한 TPS와 연동 가능하므로, 다기관 연구나 표준화된 품질 관리 프로그램에 바로 적용할 수 있다.