Evaluation of Difference between Skin Motion and Tumor Motion for Respiration Gated Radiotherapy

호흡조절방사선치료를 위한 피부움직임과 종양움직임 차이 평가

Accounting for tumor motion in treatment planning and delivery is one of the most recent and significant challenges facing radiotherapy. The purpose of this study was to investigate the correlation and clarified the relationship between the motion of an external marker using the Real-Time Position Management (RPM) System and an internal organ motion signal obtained fluoroscope. We enrolled 10 patients with locally advanced lung cancer and liver cancer, retrospectively. The external marker was a plastic box, which is part of the RPM used to track the patient's respiration. We investigated the quantitatively correlation between the motions of an external marker with RPM and internal motion with fluoroscope. The internal fiducial motion is predominant in the caraniocaudal direction, with a range of $1.3{\sim}3.5cm$ with fluoroscopic unit. The external fiducial motion is predominant in the caraniocaudal direction, with a range of $0.43{\sim}2.19cm$ with RPM gating. The two measurements ratio is from 1.31 to 5.56. When the regularization guided standard deviation is from 0.08 to 0.87, mean 0.204 cm, except only for patients #3 separated by a mean 0.13 cm, maximum of 0.23 cm. This result is a good correlation between internal tumor motion imaged by fluoroscopic unit and external marker motion with RPM during expiration within 0.23 cm. We have demonstrated that gating may be best performed but special attention should be paid to gating for patients whose fiducials do not move in synchrony, because targeting on the correct phase difference alone would not guarantee that the entire tumor volume is within the treatment field.

본 연구는 호흡조절방사선치료(Respiration gated radiotherapy)를 위해 종양의 실제 움직임과 호흡조절감시장치로 측정한 피부움직임과의 차이를 분석하여 호흡조절방사선치료 시 발생 가능한 오차를 예측하고자 하였다. 호흡에 따른 종양의 움직임을 알아보기 위해 본원에서 2007년1월 10일부터 2월 28일까지 횡경막 주위의 종양 움직임이 큰 폐부위 환자8명, 복부부위 환자 2명에 대해 투시검사기와 호흡조절감시장치를 이용하여 종양의 움직임 영상 및 복부에 위치시킨 적외선 반사장치의 움직임을 측정하였으며, 이 두 측정값의 차이를 정량적으로 비교 평가하였다. 투시검사기에서 종양의 움직임은 $1.3{\sim}3.5cm$ 종축방향(craniocaudal direction)으로 측정되었으며, 호흡조절감시장치는 $0.43{\sim}2.19cm$ 종축방향(craniocaudal direction)의 움직임이 측정되었다. 두 측정값의 비는 $1.31{\sim}5.56$으로 나타났으며 정규화 한 두 값의 표준편차는 $0.08{\sim}0.87cm$ (평균 0.204 cm)로 나타났다. 위상차가 존재한 patient 3를 제외하면 평균 0.13 cm, 최대 0.23 cm의 차이를 보이고 있다. 호흡조절감시장치로 종양의 움직임을 예측할 경우 0.23 cm 차이 이내에서 잘 예측됨을 말 수 있었고, 이 결과로 호흡조절방사선치료 시 0.2cm 정도 오차범위 내에서 치료가 가능할 것으로 예측된다. 다만 위상차이가 있는 환자는 호흡조절방사선치료를 적용하지 않는 것이 바람직하다고 생각된다.