목 적 : 호흡연동 용적변조 회전방사선치료(Gated Volumetric Modulated Arc Therapy)에서 환자의 호흡주기 변화에 따른 선량전달의 정확성을 검증하고자 한다. 대상 및 방법 : 실험에는 TrueBeam STxTM(Varian Medical Systems, Palo Alto, CA)치료기를 사용하였다. 인체모형등가팬텀(Rando Phantom, Alderson Resarch Laboratories Inc. Stamford. CT, USA)의 전산화단층영상에 전산화치료계획시스템(Eclipse 10.0, Varian, USA)을 이용하여 10 MV FFF(Flatenning Filter Free), 선량률 1200 MU/min으로 1500 cGy/fx(Case1, 2, 3)과 220 cGy/fx(Case4, 5, 6)의 치료계획을 수립하였다. $QUASAR^{TM}$ Respiratory Motion Phantom(Modus Medical Devices Inc)을 이용하여 1.5, 2.5, 3.5, 4.5 sec의 일정한 호흡주기와 평균호흡주기가 2.2, 3.5 sec인 환자의 호흡주기를 재현하였고 위상모드 30~70% 구간에서 방사선이 조사되도록 설정하였다. 각각의 호흡 조건에서 2차원 이온전리함 배열 검출기(I'mRT Matrixx, IBA Dosimetry, Germany)와 MultiCube Phantom(IBA Dosimetry, Germany)을 이용하여 측정하였고 세기변조 방사선치료 분석 프로그램(OmniPro I'mRT, IBA Dosimetry, Germany)을 이용하여 Gamma passrate(3 mm, 3%)을 비교하였다. 결 과 : Case 1, 2, 3, 4, 5, 6의 Gamma pass rate은 일정한 호흡주기 1.5 sec에서 100.0, 97.6, 98.1, 96.3, 93.0, 94.8%, 2.5 sec에서 98.8, 99.5, 97.5, 99.5, 98.3, 99.6%, 3.5 sec에서 99.6, 96.6, 97.5, 99.2, 97.8, 99.1%, 4.5 sec에서 99.4, 96.3, 97.2, 99.0, 98.0, 99.3%의 결과를 보였다. 환자의 호흡을 재현한 경우 평균 호흡주기 2.2 sec에서는 97.7, 95.4, 96.2, 98.9, 96.2, 98.4%, 3.5 sec에서는 97.3, 97.5, 96.8, 100.0, 99.3 99.8%의 결과를 보였다. 결 론 : 2.5 sec이상의 일정한 호흡주기와 환자의 호흡을 재현한 실험에서 Gamma pass rate 95%이상의 임상적으로 신뢰할 만한 결과를 보였다. 일정한 호흡주기 1.5 sec의 Case 5, 6 에서 93.0, 94.8%의 결과를 보였으나 100명의 환자 호흡주기 분석 결과 1.5 sec의 호흡을 지속했던 경우는 없었던 점으로 보아 대부분의 호흡조건에서 정확한 선량전달이 가능함을 확인 하였다. 다만 극히 짧은 호흡주기로 인한 오차발생 가능성을 배제할 수 없기 때문에 치료전 선량전달 정확성 검증이 선행되어야 하며 모의치료시 환자 교육으로 안정된 호흡을 유지하고 정확한 모니터링을 통해 치료중 환자 호흡변화에 대처한다면 더욱 안정적이고 정확한 치료가 이루어질 것으로 사료된다.
목 적 : 호흡연동 용적변조 회전방사선치료(Gated Volumetric Modulated Arc Therapy)에서 환자의 호흡주기 변화에 따른 선량전달의 정확성을 검증하고자 한다. 대상 및 방법 : 실험에는 TrueBeam STxTM(Varian Medical Systems, Palo Alto, CA)치료기를 사용하였다. 인체모형등가팬텀(Rando Phantom, Alderson Resarch Laboratories Inc. Stamford. CT, USA)의 전산화단층영상에 전산화치료계획시스템(Eclipse 10.0, Varian, USA)을 이용하여 10 MV FFF(Flatenning Filter Free), 선량률 1200 MU/min으로 1500 cGy/fx(Case1, 2, 3)과 220 cGy/fx(Case4, 5, 6)의 치료계획을 수립하였다. $QUASAR^{TM}$ Respiratory Motion Phantom(Modus Medical Devices Inc)을 이용하여 1.5, 2.5, 3.5, 4.5 sec의 일정한 호흡주기와 평균호흡주기가 2.2, 3.5 sec인 환자의 호흡주기를 재현하였고 위상모드 30~70% 구간에서 방사선이 조사되도록 설정하였다. 각각의 호흡 조건에서 2차원 이온전리함 배열 검출기(I'mRT Matrixx, IBA Dosimetry, Germany)와 MultiCube Phantom(IBA Dosimetry, Germany)을 이용하여 측정하였고 세기변조 방사선치료 분석 프로그램(OmniPro I'mRT, IBA Dosimetry, Germany)을 이용하여 Gamma pass rate(3 mm, 3%)을 비교하였다. 결 과 : Case 1, 2, 3, 4, 5, 6의 Gamma pass rate은 일정한 호흡주기 1.5 sec에서 100.0, 97.6, 98.1, 96.3, 93.0, 94.8%, 2.5 sec에서 98.8, 99.5, 97.5, 99.5, 98.3, 99.6%, 3.5 sec에서 99.6, 96.6, 97.5, 99.2, 97.8, 99.1%, 4.5 sec에서 99.4, 96.3, 97.2, 99.0, 98.0, 99.3%의 결과를 보였다. 환자의 호흡을 재현한 경우 평균 호흡주기 2.2 sec에서는 97.7, 95.4, 96.2, 98.9, 96.2, 98.4%, 3.5 sec에서는 97.3, 97.5, 96.8, 100.0, 99.3 99.8%의 결과를 보였다. 결 론 : 2.5 sec이상의 일정한 호흡주기와 환자의 호흡을 재현한 실험에서 Gamma pass rate 95%이상의 임상적으로 신뢰할 만한 결과를 보였다. 일정한 호흡주기 1.5 sec의 Case 5, 6 에서 93.0, 94.8%의 결과를 보였으나 100명의 환자 호흡주기 분석 결과 1.5 sec의 호흡을 지속했던 경우는 없었던 점으로 보아 대부분의 호흡조건에서 정확한 선량전달이 가능함을 확인 하였다. 다만 극히 짧은 호흡주기로 인한 오차발생 가능성을 배제할 수 없기 때문에 치료전 선량전달 정확성 검증이 선행되어야 하며 모의치료시 환자 교육으로 안정된 호흡을 유지하고 정확한 모니터링을 통해 치료중 환자 호흡변화에 대처한다면 더욱 안정적이고 정확한 치료가 이루어질 것으로 사료된다.
Purpose : The purpose of this study is to verify the accuracy of dose delivery according to the patient's breathing cycle in Gated Volumetric Modulated Arc Therapy Materials and Methods : TrueBeam STxTM(Varian Medical System, Palo Alto, CA) was used in this experiment. The Computed tomography(CT) im...
Purpose : The purpose of this study is to verify the accuracy of dose delivery according to the patient's breathing cycle in Gated Volumetric Modulated Arc Therapy Materials and Methods : TrueBeam STxTM(Varian Medical System, Palo Alto, CA) was used in this experiment. The Computed tomography(CT) images that were acquired with RANDO Phantom(Alderson Research Laboratories Inc. Stamford. CT, USA), using Computerized treatment planning system(Eclipse 10.0, Varian, USA), were used to create VMAT plans using 10MV FFF with 1500 cGy/fx (case 1, 2, 3) and 220 cGy/fx(case 4, 5, 6) of doserate of 1200 MU/min. The regular respiratory period of 1.5, 2.5, 3.5 and 4.5 sec and the patients respiratory period of 2.2 and 3.5 sec were reproduced with the $QUASAR^{TM}$ Respiratory Motion Phantom(Modus Medical Devices Inc), and it was set up to deliver radiation at the phase mode between the ranges of 30 to 70%. The results were measured at respective respiratory conditions by a 2-Dimensional ion chamber array detector(I'mRT Matrixx, IBA Dosimetry, Germany) and a MultiCube Phantom(IBA Dosimetry, Germany), and the Gamma pass rate(3 mm, 3%) were compared by the IMRT analysis program(OmniPro I'mRT system software Version 1.7b, IBA Dosimetry, Germany) Results : The gamma pass rates of Case 1, 2, 3, 4, 5 and 6 were the results of 100.0, 97.6, 98.1, 96.3, 93.0, 94.8% at a regular respiratory period of 1.5 sec and 98.8, 99.5, 97.5, 99.5, 98.3, 99.6% at 2.5 sec, 99.6, 96.6, 97.5, 99.2, 97.8, 99.1% at 3.5 sec and 99.4, 96.3, 97.2, 99.0, 98.0, 99.3% at 4.5 sec, respectively. When a patient's respiration was reproduced, 97.7, 95.4, 96.2, 98.9, 96.2, 98.4% at average respiratory period of 2.2 sec, and 97.3, 97.5, 96.8, 100.0, 99.3, 99.8% at 3.5 sec, respectively. Conclusion : The experiment showed clinically reliable results of a Gamma pass rate of 95% or more when 2.5 sec or more of a regular breathing period and the patient's breathing were reproduced. While it showed the results of 93.0% and 94.8% at a regular breathing period of 1.5 sec of Case 5 and 6, it could be confirmed that the accurate dose delivery could be possible on the most respiratory conditions because based on the results of 100 patients's respiratory period analysis as no one sustained a respiration of 1.5 sec. But, pretreatment dose verification should be precede because we can't exclude the possibility of error occurrence due to extremely short respiratory period, also a training at the simulation and careful monitoring are necessary for a patient to maintain stable breathing. Consequently, more reliable and accurate treatments can be administered.
Purpose : The purpose of this study is to verify the accuracy of dose delivery according to the patient's breathing cycle in Gated Volumetric Modulated Arc Therapy Materials and Methods : TrueBeam STxTM(Varian Medical System, Palo Alto, CA) was used in this experiment. The Computed tomography(CT) images that were acquired with RANDO Phantom(Alderson Research Laboratories Inc. Stamford. CT, USA), using Computerized treatment planning system(Eclipse 10.0, Varian, USA), were used to create VMAT plans using 10MV FFF with 1500 cGy/fx (case 1, 2, 3) and 220 cGy/fx(case 4, 5, 6) of doserate of 1200 MU/min. The regular respiratory period of 1.5, 2.5, 3.5 and 4.5 sec and the patients respiratory period of 2.2 and 3.5 sec were reproduced with the $QUASAR^{TM}$ Respiratory Motion Phantom(Modus Medical Devices Inc), and it was set up to deliver radiation at the phase mode between the ranges of 30 to 70%. The results were measured at respective respiratory conditions by a 2-Dimensional ion chamber array detector(I'mRT Matrixx, IBA Dosimetry, Germany) and a MultiCube Phantom(IBA Dosimetry, Germany), and the Gamma pass rate(3 mm, 3%) were compared by the IMRT analysis program(OmniPro I'mRT system software Version 1.7b, IBA Dosimetry, Germany) Results : The gamma pass rates of Case 1, 2, 3, 4, 5 and 6 were the results of 100.0, 97.6, 98.1, 96.3, 93.0, 94.8% at a regular respiratory period of 1.5 sec and 98.8, 99.5, 97.5, 99.5, 98.3, 99.6% at 2.5 sec, 99.6, 96.6, 97.5, 99.2, 97.8, 99.1% at 3.5 sec and 99.4, 96.3, 97.2, 99.0, 98.0, 99.3% at 4.5 sec, respectively. When a patient's respiration was reproduced, 97.7, 95.4, 96.2, 98.9, 96.2, 98.4% at average respiratory period of 2.2 sec, and 97.3, 97.5, 96.8, 100.0, 99.3, 99.8% at 3.5 sec, respectively. Conclusion : The experiment showed clinically reliable results of a Gamma pass rate of 95% or more when 2.5 sec or more of a regular breathing period and the patient's breathing were reproduced. While it showed the results of 93.0% and 94.8% at a regular breathing period of 1.5 sec of Case 5 and 6, it could be confirmed that the accurate dose delivery could be possible on the most respiratory conditions because based on the results of 100 patients's respiratory period analysis as no one sustained a respiration of 1.5 sec. But, pretreatment dose verification should be precede because we can't exclude the possibility of error occurrence due to extremely short respiratory period, also a training at the simulation and careful monitoring are necessary for a patient to maintain stable breathing. Consequently, more reliable and accurate treatments can be administered.
분석한 결과를 바탕으로 QUASAR™ Respiratory Motion Phantom을 이용하여 1.5, 2.5, 3.5, 4.5 sec의 일정한 호흡주기와 평균호흡주기 2.2 sec (최소 : 1.6 sec, 최대 : 3.8 sec)와 3.5 sec (최소 : 3.1 sec, 최대 : 4.0 sec)를 보였던 환자의 호흡주기를 재현하여 적용하였고 위상모드 30∼70% 구간에서 방사선이 조사되도록 설정하였다.
2차원 이온 전리함 배열 검출기(평판형 전리함 수 : 1020개, 범위 : 24.4 × 24.4 cm2, 용적 : 0.08 cm3, 직경 : 4.5 mm, 높이 : 5 mm, 배열간격 : 7.62 mm 가로, 세로 일정한 간격으로 32개씩 배열)와 MultiCube Phantom을 사용하여 각 호흡조건에서 2회씩 측정하였다.
또한, 호흡조건의 변화에 따른 조사시간의 차이를 확인하기 위하여 1500 cGy/fx가 조사되는 CASE 1, 2, 3의 기록과 220 cGy/fx가 조사되는 CASE 4, 5, 6의 기록을 평균하였다.
측정된 선량분포와의 비교를 위해 용적변조회전 방사선 치료계획을 품질관리용 치료계획으로 변환하고 관상면 방향의 선량 평가면을 픽셀 크기 512 × 512, 매트릭스 크기 40 × 40 cm2의 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일형식으로 변환하여 사용하였다.
호흡이 연동된 경우의 실험조건 설정을 위해 본원에서 2012년 4월 ∼ 2013년 4월까지 호흡연동 용적변조 회전방사 선치료를 받은 임의의 환자 100명의 4DCT(4-dimensional Computed Tomographygraphy)촬영동안의 호흡주기를 분석하였다.
데이터처리
각 조건에서 측정된 선량분포와 계획된 선량분포의 차이를 분석하기 위해 세기변조 방사선치료 분석 프로그램 (OmniPro I’mRT system software Version 1.7b, IBA Dosimetry, Germany)을 사용하였다.
선량에 대한 차이(dose difference, DD)와 거리상의 일치 (distance to agreement, DTA)에 대하여 이원화 된 정량적 평가방법으로 Gamma pass rate(3 mm, 3%)의 차이를 분석하였다.11-12)[Fig.
성능/효과
Case 1, 2, 3, 4, 5, 6의 Gamma pass rate은 호흡이 연동되지 않은 조건에서 99.8, 98.9, 98.7, 99.3, 98.9, 98.8%, 일정한 호흡주기 1.5 sec에서는 100.0, 97.6, 98.1, 96.3, 93.0,94.8%, 2.5 sec에서는 98.8, 99.5, 97.5, 99.5, 98.3, 99.6%, 3.5 sec에서는 99.6, 96.6, 97.5, 99.2, 97.8, 99.1%, 4.5 sec에서는 99.4, 96.3, 97.2, 99.0, 98.0, 99.3%의 결과를 보였다. 환자의 호흡을 재현한 경우 평균 호흡주기 2.
호흡이 연동된 경우의 실험조건 설정을 위해 본원에서 2012년 4월 ∼ 2013년 4월까지 호흡연동 용적변조 회전방사 선치료를 받은 임의의 환자 100명의 4DCT(4-dimensional Computed Tomographygraphy)촬영동안의 호흡주기를 분석하였다. 분석결과 평균 호흡주기는 3.5 sec에서 많은 분포를 보였고 가장 짧은 평균호흡주기는 2.2 sec였다. 또한 일시적으로 나타났던 가장 짧았던 호흡주기는 1.
3%의 결과를 보였다. 환자의 호흡을 재현한 경우 평균 호흡주기 2.2 sec에서는 97.7, 95.4, 96.2, 98.9, 96.2, 98.4%, 3.5 sec에서는 97.3, 97.5, 96.8, 100.0, 99.3, 99.8%의 결과를 보였다.[Table 2, 3]
각 실험에서 조사시간의 차이를 확인한 결과 호흡주기가 4.5 sec에서 3.5 sec, 2.5 sec로 짧아지면서 근소한 차이로 조사시간이 길어지는 양상을 보였으나 1.5 sec로 호흡주기가 짧아지면서 조사시간이 급격하게 길어지는 결과를 보였다.[Fig.
본 실험을 통하여 2.5 sec이상의 일정한 호흡주기와 환자의 호흡을 재현한 실험에서 Gamma pass rate 95%이상의 임상적으로 신뢰할 만한 결과를 보였다. 일정한 호흡주기 1.
5 sec이상의 일정한 호흡주기와 환자의 호흡을 재현한 실험에서 Gamma pass rate 95%이상의 임상적으로 신뢰할 만한 결과를 보였다. 일정한 호흡주기 1.5 sec의 Case 5, 6 에서 93.0%, 94.8%의 결과를 보였으나 100명의 환자 호흡주기 분석 결과 가장 짧은 평균호흡주기는 2.2 sec로, 1.5 sec의 짧은 호흡을 유지한 경우는 없었던 점으로 보아 실현 가능한 대부분의 호흡조건에서 정확한 선량전달이 가능함을 확인 할 수 있었다. 또한 조사시간 분석을 통해서 2.
5 sec의 짧은 호흡을 유지한 경우는 없었던 점으로 보아 실현 가능한 대부분의 호흡조건에서 정확한 선량전달이 가능함을 확인 할 수 있었다. 또한 조사시간 분석을 통해서 2.5 sec 이상의 호흡주기를 유지하는 것이 조사시간에 있어서도 더 효율적인 것을 알 수 있었다.
결과적으로 호흡연동 용적변조 회전방사선치료의 적용 시 환자가 2.5 sec 이상의 호흡주기를 안정적으로 유지할 수 있다면 계획된 선량을 정확히 전달할 수 있고, 치료 시간 또한 단축시킴으로써 치료중 환자의 자세유지에 이점이 있을 것으로 보인다. 다만 1.
후속연구
5 sec 이상의 호흡주기를 안정적으로 유지할 수 있다면 계획된 선량을 정확히 전달할 수 있고, 치료 시간 또한 단축시킴으로써 치료중 환자의 자세유지에 이점이 있을 것으로 보인다. 다만 1.5 sec이하의 극히 짧은 호흡주기로 인한 오차발생 가능성을 완전히 배제 할 수 없기 때문에 치료 전 환자호흡과 치료계획에 대한 선량전달 정확성 검증이 반드시 선행 되어야 하며 모의치료시 환자 교육을 통해 안정적인 호흡을 유지 할 수 있도록 하고, 정확한 모니터링을 통해 치료중 환자 호흡변화에 신속하게 대처한다면 더욱 안정적이고 정확한 호흡연동 용적변조 회전방사선치료가 이루어질 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
호흡연동 용적변조 회전방사선치료는 어떠한 어려움이 존재하는가?
하지만 호흡연동 용적변조 회전방사선치료는 최적화된 각각의 변수들이 환자의 호흡신호에 따라 주기적으로 멈추며 Beam on/off를 반복하는 매우 복잡하고 정교한 선량전달 과정이 요구되기 때문에 선량전달과정에서 계획된 선량의 정확도를 떨어뜨릴 수 있는 가능성을 완전히 배제할 수 없으며 각기 다른 호흡주기에 대한 선량적 영향 또한 불확실하다.7)
용적변조 회전방사선치료는 어떤 치료법인가?
용적변조 회전방사선치료(Volumetric modulated arc therapy)는 겐트리 회전, MLC(Multileaf collimator)움직임, 선량률이 연동되어 방사선이 조사되는 방법이며 정상조직에 대한 선량을 최소화 하면서 치료부위에 매우 정교하고 균일한 선량분포를 만들 수 있다. 또한 선량을 전달하기 위한 MU(Monitor Unit)이 감소하여 세기변조 방사선치료에 비해 빠른시간에 선량전달이 가능한 장점을 가지고 있다.
용적변조 회전방사선치료의 장점은?
용적변조 회전방사선치료(Volumetric modulated arc therapy)는 겐트리 회전, MLC(Multileaf collimator)움직임, 선량률이 연동되어 방사선이 조사되는 방법이며 정상조직에 대한 선량을 최소화 하면서 치료부위에 매우 정교하고 균일한 선량분포를 만들 수 있다. 또한 선량을 전달하기 위한 MU(Monitor Unit)이 감소하여 세기변조 방사선치료에 비해 빠른시간에 선량전달이 가능한 장점을 가지고 있다.1-4)
참고문헌 (15)
Yen-Cho Huang, M.Sc, Chien-Yi Yeh at al.: Clinical practice and evaluation of electronic portal imaging device for VMAT. Medical Dosimetry 2013;38:35-41
Anton Mans, Peter Remeijer, Igor Olaciregui-Ruiz at al.: 3D Dosimetric Verification of volumetric modulated arc therapy by portal dosimetry. Radiotherapy and Oncology 2010;94:181-187
Bedford JL, Warrington AP: Commissioning of volumetric modulated arc therapy (VMAT). Int J Radiat Oncol Biol Phys 2009 Feb 1;73(2):537-45
Jiwon Sung, Myonggeun Yoon, Weon Kuu Chung at al.: Evaluation of the Accuracy for Respiratory-gated RapidArc. PROGRESS in MEDICAL PHYSICS 2013;June;2;24
Ruijiang Li, Edward Mok, Bin Han at al.: Evaluation of the geometric accuracy of surrogate-based gated VMAT using intrafraction kilovoltage x-ray images. Medical Physics 2012;39(5):2686-2693
Jiango Qian, Lei Xing, Wu Liu, et al.: Dose verification for respiratory-gated volumetric modulated arc therapy. Physics In Medicine And Biology 2011;56:4827-4838
Giorgia Nicolini, Eugenio Vanetti, Alessandro Clivio at al.: Pre-clinical evaluation of respiratory-gated delivery of volumetric modulated arc therapy with RapidArc. Physics In Medicine And Biology 2010;55:347-357
Ramesh Boggula, Mattias Birkner, Frank Lohr, et al.: Evaluation of a 2D detector array for patient-specific VMAT QA with different setups. Physics In Medicine And Biology 2011;56: 7163-7177
Varatharaj Chandraraj, Sotririos Stathakis, Ravikumar Manickam et al.: Comparison of four commercial devices for RapidArc and sliding window IMRT QA. Journal of Applied Clinical Medical Physics 2011;12:338-349
M.Stasi, S. Bresciani, A. Miranti at al.: Pretreatment patientspecific IMRT quality assurance: a correlation study between gamma index and patient clinical dose volume histogram. Medical Physics 2012;Dec;39(12):7626-34
Francisco CH, Silvia VC: A Probability Approach to the Study on Uncertainty Effects on Gamma Index Evaluations in Radiation Therapy. Computational and Mathematical Methods in Medicine 2011; 861869:10
Krishna Murthy K: Patient-specific quality assurance of RapidArc treatments: Portal prediction dosimetry compared with phantom studies. Biomedical Imaging and Intervention Journal 2012;8(4):e28
Eduard Schreibmann, Anees Dhabaan, Eric Elder at al.: Patient-specific quality assurance method for VMAT treatment delivery. Medical Physics 2009;Oct;36:4530
Giorgia Nicolini, Eugenio Vanetti, Alessandro Clivio at al.: The GLAaS algorithm for portal dosimetry and quality assurance of RapidArc, an intensity modulated rotational therapy. Radiation Oncology 2008;3:24
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