호흡주기에 따른 방사선입체조형치료법의 개발
Development of Conformal Radiotherapy with Respiratory Gate Device
추성실, 조광환, 이창걸, 서창옥,
소속 상세정보
추성실 ( )
연세대학교 의과대학 방사선종양학교실
조광환 ( )
연세대학교 의과대학 방사선종양학교실
이창걸 ( )
연세대학교 의과대학 방사선종양학교실
서창옥 ( )
연세대학교 의과대학 방사선종양학교실
KMID : 0859320020200010041
Abstract
목적: 호흡주기에 따른 위치변동 감지센서를 이용하여 종양의 위치가 일정위치에 있을 때만 방사선을 치료하는 호흡 동기치료기구를 제작하고 일정한 호흡주기 상태에서 수행된 CT simulation과 3차원 입체조형치료계획에 따라 방사선을 치료하는 시스템을
개발하고자 하였다. 호흡유무에 따른 종양의 치료 마진(margin)을 측정하고 계획용표적체적(planning target volume : PTV)의 크기에 따른 선량체적표(dose volume histogram : DVH)와 종양억제확률(tumor control probability : TCP), 건강조직손상확률(normal
tissue
complication probability : NTCP) 및 선량 통계자료를 통하여 치료성과를 평가하고 선량증강 범위를 예측하고자 하였다. 대상 및 방법: 종양이 비교적 작고 전이가 없는(T1N0M0) 5명의 폐암환자를 선택하여 X-선 조준장치를 이용하여 횡격막의 이동거리를
측정하는
방법으로 내부장기의 운동을 평가하였다. 호흡동기치료기구는 끌어당김 센서가 부착된 허리띠 모양으로 구성되었으며 이를 흉곽 또는 복부에 부착하여 호흡주기에 의한 흉곽의 크기변동에 따라 센서의 회로가 개폐되고 이것을 선형가속기의 조종간에 연결하는
간단한
기구로서 감도와 재현성이 높았다. 호흡을 배기한 후 일시적 호흡이 정지된 상태에서 Spiral-CT (PQ-5000)로 3차원 영상을 획득하고 Virtual CT-simulator (AcQ-SIM)에 의하여 종양의 위치와 주위 장기들을 확인 도시하였으며 3차원 치료계획장치(Pinnacle, ADAC
Co.)를
이용하여 3차원 입체조형치료를 계획하였다. 치료계획의 평가는 호흡동기치료기구의 사용유무에 따른 PTV의 크기에 따라 최적 선량분포를 구사하였으며 각각의 DVH, TCP, NTCP 및 선량통계자료를 도출 비교 검토하였다. 결과: X-선 simulation에서
폐암환자의
횡격막 이동은 약 1 ㎝에서 2.5 ㎝로서 평균 1.5 ㎝로 측정되었고 자유호흡시 PTV는 CTV (clinical target volume)에 약 2 ㎝ 마진을 주었으며 호흡동기치료기구를 사용하였을 때는 0.5 ㎝ 마진이 적당한 것으로 측정되었다. 종양의 PTV는 연장 마진의 거의
자승비로
증가하였으며 TCP의 값은 마진 범위 (0.5∼2.0 ㎝)에 관계없이 거의 일정하였고 NTCP의 값은 마진 크기에 따라 평균 65%로 급속히 증가하였다. 결론: 호흡주기에 따른 위치변동 감지센서를 이용한 호흡동기치료기구는 종양의 위치가 일정할 때만 방사선이
조사되는
간단하고 정확한 장치로서 3차원 입체조형치료 및 강도변조방사선치료에서 매우 유용한 장치임을 확인할 수 있었다. 또한 호흡조절 방사선입체조형치료방법의 기술과 시술절차를 확립시키고 정량적인 선량평가를 위하여 DVH, TCP, NTCP 등의 정량분석과 종양의 투여
선량
증가량(dose escalation)을 예측하는 기초자료를 제공할 수 있었다.
Purpose: 3D conformal radiotherapy, the optimum dose delivered to the tumor and provided the risk of normal tissue unless marginal miss, was restricted by organ motion. For tumors in the thorax and abdomen, the planning target volume (PTV)
is
decided including the margin for movement of tumor volumes during treatment due to patients breathing. We designed the respiratory gating radiotherapy device (RGRD) for using during CT simulation, dose planning and beam delivery at identical
breathing
period conditions. Using RGRD, reducing the treatment margin for organ (thorax or abdomen) motion due to breathing and improve dose distribution for 3D conformal radiotherapy. Materials and Methods: The internal organ motion data for lung
cancer
patients were obtained by examining the diaphragm in the supine position to find the position dependency. We made a respiratory gating radiotherapy device (RGRD) that is composed of a strip band, drug sensor, micro switch, and a connected on-off
switch
in a LINAC control box. During same breathing period by RGRD, spiral CT scan, virtual simulation, and 3D dose planing for lung cancer patients were performed, without an extended PTV margin for free breathing, and then the dose was delivered at
the
same
positions. We calculated effective volumes and normal tissue complication probabilities (NTCP) using dose volume histograms for normal lung, and analyzed changes in doses associated with selected NTCP levels and tumor control probabilities (TCP)
at
these new dose levels. The effects of 3D conformal radiotherapy by RGRD were evaluated with DVH (Dose Volume Histogram), TCP, NTCP and dose statistics. Results: The average movement of a diaphragm was 1.5 ㎝ in the supine position when
patients
breathed freely. Depending on the location of the tumor, the magnitude of the PTV margin needs to be extended from 1 ㎝ to 3 ㎝, which can greatly increase normal tissue irradiation, and hence, results in increase of the normal tissue
complications
probability. Simple and precise RGRD is very easy to setup on patients and is sensitive to length variation (＋2 ㎜), it also delivers on-off information to patients and the LINAC machine. We evaluated the treatment plans of patients who had
received
conformal partial organ lung irradiation for the treatment of thorax malignancies. Using RGRD, the PTV margin by free breathing can be reduced about 2 ㎝ for moving organs by breathing. TCP values are almost the same values (4∼5% increased) for
lung
cancer regardless of increasing the PTV margin to 2.0 ㎝ but NTCP values are rapidly increased (60∼70% increased) for upon extending PTV margins by 2.0 ㎝. Conclusion: Internal organ motion due to breathing can be reduced effectively
using
our
simple RGRD. This method can be used in clinical treatments to reduce organ motion induced margin, thereby reducing normal tissue irradiation. Using treatment planning software, the dose to normal tissues was analyzed by comparing dose statistics
with
and without RGRD. Potential benefits of radiotherapy derived from reduction or elimination of planning target volume (PTV) margins associated with patient breathing through the evaluation of the lung cancer patients treated with 3D conformal
radiotherapy.
키워드
호흡동기방사선치료기구; 종양억제확률; 건강조직손상확률; 선량체적표; 방사선입체조형치료; 호흡동기 방사선입체조형치료; Respiratory gating radiotherapy device (RGRD); Internal organ motion; Dose volume Histogram (DVH); Normal tissue complication probabilitie
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