[논문]간암 호흡동조 방사선치료 환자의 호흡신호분석

강동임; 정상훈; 김철종; 박희철; 최병기

초록
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목 적 : 외부표지자 호흡움직임 측정 장치(RPM; Real-time Position Management, Varian Medical System, USA)를 이용한 간암 호흡동조 방사선치료 시 호흡신호와 방사선 조사 시간 및 실제 조사된 호흡위상을 분석하여 호흡움직임 측정 장치를 이용한 호흡동조 방사선 치료의 정확도를 평가하였다. 대상 및 방법 : 2014년 5월부터 9월까지 Novalis Tx.(Varian Medical System, USA)와 RPM을 이용하여 간암 호흡동조 방사선치료(Duty Cycle 20%, Gating window 40% ~ 60%)를 시행한 환자 총 16명의 치료 시 기록된 호흡움직임을 분석하였다. RPM에 기록된 외부표지자의 호흡움직임을 후행적 분석을 통해 호흡위상으로 재구성하였으며, 재구성된 호흡위상을 이용하여 기록된 Beam-on Time과 Duty Cycle에 대해 RPM을 사용한 호흡동조 방사선치료의 예측 정확도를 분석하고, 호흡움직임의 재현성에 따른 Duty Cycle과 예측 정확도의 상관관계를 분석하였다. 결 과 : 대상 환자 16명의 치료계획 시와 실제 치료 시 호흡주기 차이는 평균 -0.03초(범위 -0.50초 ~ 0.09초)로 분석되었으며 두 호흡간의 통계적 차이는 확인할 수 없었다(p=0.472). 치료 시 평균 호흡주기는 4.02 sec (${\pm}0.71sec$), 치료 중 호흡주기 표준편차의 평균값은 7.43%(범위 2.57% ~ 19.20%)로 분석되었다. 실제 Duty Cycle은 평균 16.05%(범위 13.78% ~ 17.41%)로 나타났고 이 중 후행적 분석을 통해 평균 56.05%(범위 39.23% ~ 75.10%)가 계획된 호흡위상(40% ~ 60%)에서 조사되었음을 확인하였다. 호흡주기의 표준편차와 Duty Cycle과 계획된 호흡위상에서 조사된 비율의 상관관계는 각각 -0.156 (p=0.282)와 -0.385 (p=0.070)으로 분석되었다. 결 론 : 본 연구는 실제 치료 중 기록된 외부표지자의 호흡움직임을 후행적으로 분석하여 치료 중 호흡움직임의 재현성 및 Duty Cycle, 계획된 호흡동조창에서의 실제 치료 비율 등을 확인하였다. 4DCT를 이용한 치료계획과의 오차를 최소화하고 효율적인 치료를 위해 호흡훈련 및 호흡신호 모니터링의 강화가 필요 할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose : External markers respiratory movement measuring device (RPM; Real-time Position Management, Varian Medical System, USA) Liver Cancer Radiation Therapy Respiratory gated with respiratory signal with irradiation time and the actual research by analyzing the respiratory phase with the breathi...

Purpose : External markers respiratory movement measuring device (RPM; Real-time Position Management, Varian Medical System, USA) Liver Cancer Radiation Therapy Respiratory gated with respiratory signal with irradiation time and the actual research by analyzing the respiratory phase with the breathing motion measurement device respiratory tuning evaluate the accuracy of radiation therapy Materials and Methods : May-September 2014 Novalis Tx. (Varian Medical System, USA) and liver cancer radiotherapy using respiratory gated RPM (Duty Cycle 20%, Gating window 40% ~ 60%) of 16 patients who underwent total when recording the analyzed respiratory movement. After the breathing motion of the external markers recorded on the RPM was reconstructed by breathing through the acts phase analysis, for Beam-on Time and Duty Cycle recorded by using the reconstructed phase breathing breathing with RPM gated the prediction accuracy of the radiation treatment analysis and analyzed the correlation between prediction accuracy and Duty Cycle in accordance with the reproducibility of the respiratory movement. Results : Treatment of 16 patients with respiratory cycle during the actual treatment plan was analyzed with an average difference -0.03 seconds (range -0.50 seconds to 0.09 seconds) could not be confirmed statistically significant difference between the two breathing (p = 0.472). The average respiratory period when treatment is 4.02 sec (${\pm}0.71sec$), the average value of the respiratory cycle of the treatment was characterized by a standard deviation 7.43% (range 2.57 to 19.20%). Duty Cycle is that the actual average 16.05% (range 13.78 to 17.41%), average 56.05 got through the acts of the show and then analyzed% (range 39.23 to 75.10%) is planned in respiratory research phase (40% to 60%) in was confirmed. The investigation on the correlation between the ratio Duty Cycle and planned respiratory phase and the standard deviation of the respiratory cycle was analyzed in each -0.156 (p = 0.282) and -0.385 (p = 0.070). Conclusion : This study is to analyze the acts after the breathing motion of the external markers recorded during the actual treatment was confirmed in a reproducible ratios of actual treatment of breathing motion during treatment, and Duty Cycle, planned respiratory gated window. Minimizing an error of the treatment plan using 4DCT and enhance the respiratory training and respiratory signal monitoring for effective treatment it is determined to be necessary.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 간암 호흡동조 방사선치료 시 호흡신호와 방사선 조사 시간 및 조사된 실제 호흡 위상을 분석하여 호흡움직임 측정장치(RPM)를 이용한 호흡동조 방사선 치료의 정확도를 평가하고자 하였다.

제안 방법

본 연구를 통해 실제 치료 시 RPM으로 획득한 호흡움직 임을 분석하여 간암 호흡동조 방사선 치료 시의 호흡주기 및 Duty Cycle, 계획된 호흡동조 창 내에서의 조시 시간 등을 분석하였다. 이를 통해 환자의 치료 시 평균적 호흡주기는 모의치료 시 및 실제 치료 시와 통계적 차이가 없음을 확인하였으나, Duty Cycle 및 계획된 호흡동조 창 내에서의 조사 시간 등은 차이가 나타남을 확인하였고, 호흡 주기의 재현성을 나타내는 호흡주기 표준편차와 상관관계의 경향 성을 확인할 수 있었다.
실제 치료 시 환자의 호흡신호를 분석하기 위하여 치료시 RPM에서 저장된 호흡주기 및 방사선 조사 시간(BeamOn TIme), 치료 시 RPM에 의해 예측된 호흡위상 등을 분석하는 프로그램을 MATLAB(MathWorks)을 이용하여 자체 적으로 개발하였다.

대상 데이터

2014년 5월부터 9월까지 간암 호흡동조 방사선치료를 시행한 환자를 대상으로 총 16명의 실제 치료 시 기록, 저장된 호흡신호 파일을 수집하였다. 모든 환자는 호흡동조 방사선 치료 시 일정하고 안정적인 호흡을 유지하도록 모의치료 전에 개별 환자의 호흡움직임을 모니터링하여 가장 편안한 환자의 호흡주기를 도출하였다.

성능/효과

결론적으로, 본 연구결과를 통해 간암 호흡동조 방사선 치료 시 호흡주기 재현성과 외부 표지자를 사용한 치료 정확도를 확인할 수 있었다. 호흡 모니터링 시스템이 정확한 예측을 할 수 있도록 환자의 호흡교육 강화를 통해 호흡 재현성을 높이고 사용자의 정확한 사용을 통해 방사선 치료 정확도를 높일 수 있을 것으로 사료된다.
또한 본 기관에서는 간암 호흡동조 방사선 치료 시 전체 환자에 대해 호흡교육 및 시각적 영상유도 방식을 사용하여 호흡움직임의 재현성을 높이고자 하고 있으며 이에 따라 치료계획 시와 실제 치료시의 평균 호흡 주기의 통계적 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 이러한 노력에도 불구하고 Duty Cycle은 평균 16.
본 기관에서는 호흡동조 방사선 치료계획을 수립하는데 있어 호흡 움직임 및 움직임 예측에 대한 불확도를 고려하여 충분한 Margin(0.8 cm ~ 1.2 cm)을 치료계획에 적용하 고 있었으며, 본 논문에는 결과를 기재하지 않았지만, 실제 방사선 조사 위상은 30% ~ 60% 이내에서 조사되어, 실제 호흡동조 방사선 조사 시간의 위상 불확도로 인한 표적위치 불확도가 치료계획에 적용된 Margin 이내에 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

결론적으로, 본 연구결과를 통해 간암 호흡동조 방사선 치료 시 호흡주기 재현성과 외부 표지자를 사용한 치료 정확도를 확인할 수 있었다. 호흡 모니터링 시스템이 정확한 예측을 할 수 있도록 환자의 호흡교육 강화를 통해 호흡 재현성을 높이고 사용자의 정확한 사용을 통해 방사선 치료 정확도를 높일 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	4차원 호흡동조 방사선치료란 무엇인가?	폐 · 간암과 같이 흉 · 복부에 대한 방사선치료는 환자의 호흡으로 인하여 암세포의 위치가 평균 2∼3 cm, 최대 6∼ 8 cm까지 변화하므로 호흡에 따른 장기의 움직임은 흉부 및 복부에 위치한 종양의 방사선치료에 있어 중요한 문제로 인식되어지며, 방사선치료의 성공률을 높이기 위해 호흡에 의한 종양의 움직임을 정확히 예측하고 이를 고려한 치료계획을 수립하는 연구가 계속적으로 진행되어 왔다.1-6) 4차원 호흡동조 방사선치료는 호흡으로 발생하는 종양 및 정상장기의 움직임을 치료에 적극적으로 반영하여 주변 정상장기에 고 선량의 방사선 조사를 줄일 수 있는 방사선치료 기법 중 하나이다.7-11) 이 방법은 치료실에서 환자의 호흡 주기를 모니터링하면서 치료계획 시 고려된 환자의 안정된 호흡주기에만 방사선이 조사되는 치료방법으로 호흡신호의 진폭을 기반으로 하는 방식(amplitude-based gating)과 위상을 기반으로 하는 방식(phase-based gating)으로 구분되며 임상에서는 주로 환자 호흡의 불균일성으로 인한 진폭 변화의 불안정성을 이유로 위상 기반 방식을 많이 사용하고 있다.
	임상에서 4차원 호흡동조 방사선치료 방식 중 위상 기반 방식을 많이 사용하는 이유는 무엇인가?	1-6) 4차원 호흡동조 방사선치료는 호흡으로 발생하는 종양 및 정상장기의 움직임을 치료에 적극적으로 반영하여 주변 정상장기에 고 선량의 방사선 조사를 줄일 수 있는 방사선치료 기법 중 하나이다.7-11) 이 방법은 치료실에서 환자의 호흡 주기를 모니터링하면서 치료계획 시 고려된 환자의 안정된 호흡주기에만 방사선이 조사되는 치료방법으로 호흡신호의 진폭을 기반으로 하는 방식(amplitude-based gating)과 위상을 기반으로 하는 방식(phase-based gating)으로 구분되며 임상에서는 주로 환자 호흡의 불균일성으로 인한 진폭 변화의 불안정성을 이유로 위상 기반 방식을 많이 사용하고 있다.12,13)
	4차원 호흡동조 방사선치료에는 무엇이 있는가?	1-6) 4차원 호흡동조 방사선치료는 호흡으로 발생하는 종양 및 정상장기의 움직임을 치료에 적극적으로 반영하여 주변 정상장기에 고 선량의 방사선 조사를 줄일 수 있는 방사선치료 기법 중 하나이다.7-11) 이 방법은 치료실에서 환자의 호흡 주기를 모니터링하면서 치료계획 시 고려된 환자의 안정된 호흡주기에만 방사선이 조사되는 치료방법으로 호흡신호의 진폭을 기반으로 하는 방식(amplitude-based gating)과 위상을 기반으로 하는 방식(phase-based gating)으로 구분되며 임상에서는 주로 환자 호흡의 불균일성으로 인한 진폭 변화의 불안정성을 이유로 위상 기반 방식을 많이 사용하고 있다.12,13)

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