Development of Abdominal Compression Belt and Evaluation of the Efficiency for the Reduction of Respiratory Motion in SBRT

체부 정위방사선치료 시 호흡운동 감소를 위한 복부 압박기구 개발 및 유용성 평가

Purpose: It's essential to minimize the tumor motion and identify the exact location of the lesions to achieve the improvement in radiation therapy efficiency during SBRT. In this study, we made the established compression belt to reduce respiratory motion and evaluated the usefulness of clinical application in SBRT. Materials and Methods: We analyzed the merits and demerits of the established compression belt to reduce the respiratory motion and improved the reproducibility and precision in use. To evaluate the usefulness of improved compression belt for respiratory motion reduction in SBRT, firstly, we reviewed the spiral CT images acquired in inspiration and expiration states of 8 lung cancer cases, respectively, and analyzed the three dimensional tumor motion related to respiration. To evaluate isodose distribution, secondly, we also made the special phantom using EBT2 film (Gafchronic, ISP, USA) and we prepared the robot (Cartesian Robot-2 Axis, FARARCM4H, Samsung Mechatronics, Korea) to reproduce three dimensional tumor motion. And analysis was made for isodose curves and two dimensional isodose profiles with reproducibility of respiratory motion on the basis of CT images. Results: A respiratory motion reduction compression belt (Velcro type) that has convenient use and good reproducibility was developed. The moving differences of three dimensional tumor motion of lung cancer cases analyzed by CT images were mean 3.2 mm, 4.3 mm and 13 mm each in LR, AP and CC directions. The result of characteristic change in dose distribution using the phantom and rectangular coordinates robot showed that the distortion of isodose has great differences, mean length was 4.2 mm; the differences were 8.0% and 16.8% each for cranio-caudal and 8.1% and 10.9% each for left-right directions in underdose below the prescribed dose. Conclusion: In this study, we could develop the convenient and efficient compression belt that can make the organs' motion minimize. With this compression belt, we confirmed that underdose due to respiration can be coped with when CTV-PTV margins of mean 6 mm would be used. And we conclude that the respiratory motion reduction compression belt we developed can be used for clinical effective aids along with the gating system.

목 적: 체부 정위방사선치료 시 치료 효과 향상을 위해서는 병소 부위의 정확한 위치 파악과 함께 호흡에 의한 종양의 움직임을 최소화하는 것이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 기존에 자체 개발하여 사용 중인 호흡운동 감소기구를 보다 사용이 편리하고 효과적이도록 개선하여, 체부 정위방사선치료에 있어서 임상 적용의 유용성을 평가하였다. 대상 및 방법: 자체 개발하여 사용 중이던 기존 호흡운동 감소기구의 장단점을 분석하여 재현성과 사용 정확도를 개선하였다. 그리고 개선된 호흡운동 감소기구를 체부 정위방사선치료에 활용하기 위한 유용성 평가 방법으로 첫째, 8명의 폐종양 환자에 대해 들숨(inhalation)과 날숨(exhalation) 상태에서 획득한 고속(spiral) 전산화단층촬영 영상을 통해, 호흡에 따른 종양 움직임을 3차원적으로 정량 분석하였다. 둘째, 선량 평가를 위해 EBT2 필름(Gafchromic, ISP, USA)을 장착할 수 있는 폴리에틸렌 팬텀과 3차원적 종양 움직임을 재현하기 위한 2축의 직교좌표 로봇(Cartesian Robot-2Axis, FARA RCM4H, Samsung Mechatronics, Korea)을 제작하였다. 그리고 전산화단층촬영에서 획득한 결과를 바탕으로 호흡운동을 재현하여, 등선량 곡선 및 2차원 등선량 프로파일을 분석하였다. 결 과: 벨크로 벨트로 제작된 사용이 편리하고 재현성이 우수한 호흡운동 감소기구를 개발하였다. 전산화단층촬영 영상으로 분석한 폐암환자의 호흡에 따른 3차원적인 종양의 움직임은 좌우, 전후, 두미측 방향에 따라 평균 3.2 mm, 4.3 mm, 13.0 mm로 나타났다. 팬텀과 직교좌표 로봇을 이용한 호흡에 의한 선량분포 특성변화의 결과로는, 치료계획 선량보다 방사선을 적게 받은 영역은 두미측 방향으로 각각 8.0%와 16.8%, 좌우측 방향으로 각각 8.1%와 10.9%로 후미측 방향의 선량 왜곡이 가장 크게 나타났고, 길이는 평균 4.2 mm이었다. 호흡주기에 따른 선량 왜곡의 변화는 크게 나타나지 않았다. 결 론: 본 연구를 통해 장기의 움직임을 최소화할 수 있는 사용이 편리하고 효과적인 호흡운동 감소기구를 개발하였다. 개발된 기구를 사용할 경우 평균 6 mm 정도의 CTV-PTV 마진을 사용하면 호흡에 따른 과소선량(underdose)을 극복할 수 있을 것으로 결과를 통해 확인하였다. 이로서 개발된 호흡운동 감소기구는 체부 정위방사선치료에 있어서 호흡동조 방법을 병행할 수 있는, 임상 적용이 용이한 효과적인 보조기구로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.