Usefulness of Non-coplanar Helical Tomotherapy Using Variable Axis Baseplate

Variable Axis Baseplate를 이용한 Non-coplanar 토모테라피의 유용성

Purpose: Helical Tomotherapy allows only coplanar beam delivery because it does not allow couch rotation. We investigated a method to introduce non-coplanar beam by tilting a patient's head for Tomotherapy. The aim of this study was to compare intrafractional movement during Tomotherapy between coplanar and non-coplanar patient's setup. Materials and Methods: Helical Tomotherapy was used for treating eight patients with intracranial tumor. The subjects were divided into three groups: one group (coplanar) of 2 patients who lay on S-plate with supine position and wore thermoplastic mask for immobilizing the head, second group (non-coplanar) of 3 patients who lay on S-plate with supine position and whose head was tilted with Variable Axis Baseplate and wore thermoplastic mask, and third group (non-coplanar plus mouthpiece) of 3 patients whose head was tilted and wore a mouthpiece immobilization device and thermoplastic mask. The patients were treated with Tomotherapy after treatment planning with Tomotherapy Planning System. Megavoltage computed tomography (MVCT) was performed before and after treatment, and the intrafractional error was measured with lateral(X), longitudinal(Y), vertical(Z) direction movements and vector ($\sqrt{x^2+y^2+z^2}$) value for assessing overall movement. Results: Intrafractional error was compared among three groups by taking the error of MVCT taken after the treatment. As the correction values (X, Y, Z) between MVCT image taken after treatment and CT-simulation image are close to zero, the patient movement is small. When the mean values of movement of each direction for non-coplanar setup were compared with coplanar setup group, X-axis movement was decreased by 13%, but Y-axis and Z-axis movement were increased by 109% and 88%, respectively. Movements of Y-axis and Z-axis with non-coplanar setup were relatively greater than that of X-axis since a tilted head tended to slip down. The mean of X-axis movement of the group who used a mouthpiece was greater by 9.4% than the group who did not use, but the mean of Y-axis movement was lower by at least 64%, and the mean of Z-axis was lower by at least 67%, and the mean of Z-axis was lower by at least 67%, and the vector was lower by at least 59% with the use of a mouthpiece. Among these 8 patients, one patient whose tumor was located on left frontal lobe and left basal ganglia received reduced radiation dose of 38% in right eye, 23% in left eye, 30% in optic chiasm, 27% in brain stem, and 8% in normal brain with non-coplanar method. Conclusion: Tomotherapy only allows coplanar delivery of IMRT treatment. To complement this shortcoming, Tomotherapy can be used with non-coplanar method by artificially tilting the patient's head and using an oral immobilization instrument to minimize the movement of patient, when intracranial tumor locates near critical organs or has to be treated with high dose radiation.

목 적: 카우치의 회전없이 갠트리 회전에 국한된 토모테라피 치료 시 환자머리의 각도를 올려 non-coplanar 빔처럼 치료하는 방법을 모색하였다. 이러한 방식의 토모테라피 치료 시 환자자세와 구강고정기구의 사용으로 인한 치료시 환자의 움직임을 분석하여 임상 치료에 이와 같은 결과를 참조하여 보다 정밀하고 정확한 치료를 하는데 도움을 주고자 한다. 대상 및 방법: 나선형 토모테라피를 이용하여 방사선 치료를 받는 뇌종양 환자 8명을 대상으로 모의치료 시 기존의 방식대로 앙와위(supine)자세에서 2명의 환자는 S-plate를 사용하여 환자의 머리를 원래대로 똑바로 하고 머리고정장치(thermoplastic mask)를 사용하였고, 3명의 환자는 S-plate에 Variable Axis Baseplate를 장착하여 머리의 각도를 올린 후 머리고정기구를 사용하였으며, 나머지 3명의 환자는 두 번째 그룹의 환자들과 동일한 방법으로 머리를 올린 후 환자가 아래로 밀려 내려가는 것을 줄이고자 하는 방안으로 구강고정기구(mouthpiece immobilization device)와 머리고정기구를 사용하였다. 토모테라피 치료 계획용 장비로 치료계획을 세운 후 치료를 시행하였다. 치료 시 초고압 전산화단층 촬영(Megavoltage computed tomography; MVCT)을 치료 후에 한번 더 시행하여 lateral (X), longitudinal (Y), and vertical (Z) 각 방향의 이동값을 확인하고 전체의 움직임을 vector값($\sqrt{x^2+y^2+z^2}$)으로 계산하여 치료 중 오차를 살펴보고 정상 뇌를 포함한 결정장기에 들어가는 선량을 비교하였다. 결 과: 세 그룹으로 나누어 X, Y, Z, vector값으로 치료 중 오차를 비교하였다. 치료 전 MVCT의 보정 값으로 이동하여 치료하고 난 후 그대로 치료 후 MVCT를 시행한 후의 보정 값(X, Y, Z)은 0에 가까워야 환자의 움직임이 적은 것으로 알 수가 있다. Variable Axis Baseplate과 S-plate를 사용하여 머리의 각도를 올린 상태로 치료한 환자를 똑바로 치료한 환자와 비교했을 때, 머리를 기울여서 치료하다 보니 X축에 비해(13% 감소) 아래로 밀려 Y (109% 증가), Z (88% 증가)축의 이동값이 상대적으로 컸다. 머리를 기울인 후, 구강고정기구를 사용한 경우는 사용하지 않은 그룹보다 X축의 이동은 평균값이 9.4% 증가하였지만, 상대적으로 움직임이 많았던 Y축은 이동의 평균값이 64% 이상, Z축은 평균값이 67% 이상, vector값은 59% 이상 감소하였다. 8명의 환자 중 전두엽과 기저핵의 왼쪽에 종양이 위치한 환자의 경우 non-coplanar 방식으로 치료할 경우, 선량의 평균값이 오른쪽 눈에는 38%, 왼쪽 눈에는 23%, 시신경교차에는 30%, 뇌간에는 27%, 정상 뇌에는 8% 감소하는 결과를 보였다. 결 론: Coplanar 방식의 IMRT 치료만 가능한 토모테라피는 이러한 단점을 보완하기 위해 종양이 결정장기 주위에 있거나 고선량으로 치료해야 하는 경우 인위적으로 머리를 기울이고 구강고정기구를 함께 사용하여 환자의 움직임을 최소화하면서 non-coplanar 방식을 적절히 사용할 수 있을 것으로 사료된다.