Development of Error Analysis Program for Phase-based Respiratory Gating Radiation Therapy

위상기반 호흡연동 방사선치료 시 오차 분석 프로그램 개발

The respiratory gating radiation therapy which Irradiates only in the stable respiratory period with analyzing the periodic motion of a reflective marker on the patient's abdomen has been applied to the precise radiation treatment in order to minimize the effect of organ motion induced by the respiration. This respiratory gating system establishes irradiation region using the amplitude-based or phase-based method. Although phase-based method Is preferred because of the stability in the real treatment conditions, it has some limits to explain the exact correlation between the marker motion and organ motion. Even when the variation of amplitude which can introduce target motion considered as an error is produced, the phase-based method has the possibility to irradiate including the error positions. In this study, the error analysis program was developed for the verification of the tumor position's variation correlated with the variation of marker's amplitude which can be occurred during a phase-based respiratory sating treatment. The analysis program was tested with a virtual treatment record file and with a record file using moving phantom which were modified considering the irregular amplitude's variation simulating the real clinical situations. In both cases, accurate discrimination of error points and error calculation were produced. When the treatment record files of a real patient were analyzed with the program, the accurate recognition and calculation of the error points were also verified. The analysis program developed in this study will be applied as a useful tool for the analysis of errors due to the irregular variation of patients' respiration during the phase-base respiratory gating radiation treatment.

방사선 치료 시 환자 호흡에 의한 치료부위의 움직임 영향을 줄이기 위해 환자 복부에 배치한 적외선 반사체 표식자의 호흡에 따른 주기적 움직임을 분석하여 안정된 일정 영역에서만 방사선이 조사되도록 하는 호흡연동 방사선치료 방법이 임상에서 활용되고 있다. 이러한 호흡연동 방사선치료에서 표식자의 운동 주기 중 안정된 특정 위상영역을 기반으로 방사선 조사 구간을 설정하는 방법은 진폭변위를 기반으로 하는 방법보다 안정적으로 치료를 수행할 수 있는 장점이 있으나, 치료 시 방사선 조사 구간 내 표식자 진폭의 변화가 발생해도 설정 위상 기반영역에만 포함되면 방사선이 조사되는 경우가 발생할 수 있어, 실제 호흡량의 변위에 따른 내부 장기의 움직임 정도를 정확히 반영하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 이와 같은 위상기반 호흡연동 방사선치료 시 발생할 수 있는 표식자 진폭의 변화와 이로 인한 치료 부위의 움직임에 의한 오차를 분석할 수 있는 프로그램을 개발하여 정확성과 임상 적용 타당성을 분석하였다. 모의치료 시 설정된 방사선 조사 구간 내 가상의 진폭 변위를 주어 작성한 치료 기록 파일과 팬텀을 사용하여 임상에서 발생할 수 있는 진폭 변위의 크기와 불규칙한 변화가 발생하였을 경우의 환경 설정 후 방사선을 조사하고 생성된 치료 기록 파일들을 개발한 프로그램으로 분석하였을 때, 정확한 오차 구간의 판별과 오차 계산이 수행됨을 확인할 수 있었다. 실제 위상기반 호흡연동 방사선 치료 환자에 적용하였을 때에도 설정된 허용기준을 벗어나는 지점의 오차 영역 인식과 오차 계산이 정확히 수행됨을 확인하여, 향후 위상기반 호흡연동 방사선치료 시 발생할 수 있는 방사선 조사 구간 내 환자 호흡량의 변화로 인한 치료 표적의 변위 오차 분석에 유용한 도구로 사용될 것으로 생각된다.