Measurement of Respiratory Motion Signals for Respiratory Gating Radiation Therapy

호흡동조 방사선치료를 위한 호흡 움직임 신호 측정

Respiration motion causes movement of internal structures in the thorax and abdomen, making accurate delivery of radiation therapy to tumors in those areas a challenge. Accounting for such motion during treatment, therefore, has the potential to reduce margins drawn around the clinical target volume (CTV), resulting in a lower dose to normal tissues (e.g., lung and liver) and thus a lower risk of treatment induced complications. Among the techniques that explicitly account for intrafraction motion are breath-hold, respiration gating, and 4D or tumor-tracking techniques. Respiration gating methods periodically turn the beam on when the patient's respiration signal is in a certain part of the respiratory cycle (generally end-inhale or end-exhale). These techniques require acquisition of some form of respiration motion signal (infrared reflective markers, spirometry, strain gauge, thermistor, video tracking of chest outlines and fluoroscopic tracking of implanted markers are some of the techniques employed to date), which is assumed to be correlated with internal anatomy motion. In preliminary study for the respiratory gating radiation therapy, we performed to measurement of this respiration motion signal. In order to measure the respiratory motion signals of patient, respiration measurement system (RMS) was composed with three sensor (spirometer, thermistor, and belt transducer), 4 channel data acquisition system and mobile computer. For two patients, we performed to evaluation of respiratory cycle and shape with RMS. We observed under this system that respiratory cycle is generally periodic but asymmetric, with the majority of time spent. As expected, RMS traced patient's respiration each other well and be easily handled for application.

호흡 움직임은 종양에 대한 방사선치료의 부정확한 방사선조사가 유도되도록 복부 및 흉부에서 움직임을 야기한다. 그러므로 치료시 이러한 움직임에 대한 정확한 계산은 정상조직에는 저 선량을 조사되도록 CTV의 마진을 줄일 수 있고 방사선치료에 발생되는 부작용을 줄일 수 있다. Intrafraction motion을 고려하는 기술로는 호흡 멈춤, 호흡동조, 4차원 또는 종양추적 기술이 있다. 호흡동조 방법은 환자의 호흡 신호가 호흡주기의 일정한 범위에 위치할 때 주기적으로 빔을 조사하고 그 범위를 벗어날 때는 빔을 조사하지 않는 방법이다. 이러한 기술은 내부장기 움직임과 상관관계가 있는 호흡 움직임 신호의 획득이 요구된다. 호흡동조 방사선치료를 위한 예비연구로 본 연구자들은 호흡 움직임 신호 측정을 수행하였다. 환자의 호흡 움직임 신호 측정을 위해서, 호흡측정시스템을 3 가지 센서, 4 채널 데이터 획득 시스템, 신호처리용 컴퓨터로 구성하였다. 2명의 환자를 대상으로 본 연구자들은 호흡측정시스템을 가지고 호흡주기 및 파형을 평가하였다. 그 결과 호흡주기는 시간의 함수에 따라 일반적으로 정확한 대칭 형태는 아니지만 주기적인 형태로 측정되었다. 호흡측정 시스템은 기대했던 만큼 환자의 호흡을 잘 추적하였으며 실험에 적용하기 위해 쉽게 컨트롤 할 수 있었다.