호흡으로 인한 움직임이 큰 종양의 방사선치료 시 Abdomen and Chest Motion Control Device (ABCHES)의 유용성 평가

Evaluation on Usefulness of Abdomen and Chest Motion Control Device (ABCHES) for the Tumor with a Large Respiratory Motion in Radiotherapy

목 적: 호흡에 의한 장기의 움직임이 큰 흉부와 상복부에 위치한 종양의 토모테라피 치료 시 움직임을 최소화하기 위해 노력으로 호흡 조절 시스템을 적용하지만 여러 제약이 따라 이용이 제한적이었다. 이에 본 연구에서는 토모테라피 치료 시 효율적인 호흡 조절을 위한 ABCHES system의 적용 가능성 및 유용성을 평가해 보고자 하였다. 대상 및 방법: 본원에서 흉부와 상복부에 위치한 폐와 간, 쓸개, 췌장에 토모테라피 치료를 받은 5명의 환자를 대상으로 하였다. 모든 환자에게 ABCHES를 사용하여 자유 호흡법과 얕은 호흡법을 각각 교육한 후 치료 계획용 4D-CT를 실시하여 총 10개의 4차원 단층촬영영상을 획득 하였다. 한명의 전공의는 각 영상의 최대 흡기, 최대 호기, 호흡의 중간 위상, Average CT이미지에서 육안적으로 보이는 종양과 주변 정상장기를 그렸으며 MIM에서 선량체적 히스토그램과 종양의 움직임에 대한 정량적 분석을 실시하였다. 자유 호흡과 얕은 호흡 상태에서 장기의 움직임은 총 여섯 방향에서 평가하였고 주변 장기에 조사된 방사선량을 비교하였다. 결 과: 5명의 환자 중 호흡 조절 장치인 ABCHES를 이용하여 자유 호흡과 얕은 호흡 상태에서 장기의 움직임이 5 mm 이상 움직인 호흡은 자유 호흡이 12번인 반면 얕은 호흡에서는 2번으로 감소되었다. 선량 체적 히스토그램을 통한 비교 분석 결과 두 호흡간 치료 체적과 종양조직 주변 정상 장기 2개의 평균 선량 값과 정상조직에 방사선이 조사되는 용적에서 ABCHES를 이용한 얕은 호흡이 자유 호흡에 비해 모두 낮은 치료 결과 값을 확인 할 수 있었다. 결 론: ABCHES를 사용하여 규칙적이고 정확한 얕은 호흡을 함으로써 토모테리피 치료 시 유용성과 호흡에 따른 종양의 움직임을 최소화 할 수 있음을 확인 하였고, 주변 정상조직에 불필요하게 조사되는 방사선을 감소시킬 수 있었다.

Purpose: It is essential to minimize the respiratory-induced motion of involved organs in the Tomotherapy for tumor located in the chest and abdominal region. However, the application of breathing control system to Tomotherapy is limited. This study was aimed to investigate the possible application of the ABCHES system and its efficacy as a means of breathing control in the tomotherapy treatment. Materials and Methods: Five subjects who were treated with a Hi-Art Tomotherapy system for lung, liver, gallbladder and pancreatic tumors. All patients undertook trained on two breathing methodes using an ABCHES, free breathing methode and shallow breathing methode. When the patients could carry out the breathing control, 4D-CT scan was a total of 10 4D tomographic images were acquired. A radiologist resident manually drew the tumor region, including surrounding nomal organs, on each of CT images at the inhalation phase, the exhalation phase and the 40% phase (mid-inhalation) and average CT image. Those CT images were then exported to the Tomotherapy planning station. Data exported from the Tomotherapy planning station was analyzed to quantify characteristics of dose-volume histograms and motion of tumors. Organ motions under free breathing and shallow breathing were examined six directions, respectively. Radiation exposure to the surrounding organs were also measured and compared. Results: Organ motion is in the six directions with more than a 5 mm displacement. A total of 12 Organ motions occurred during free breathing while organ motions decreased to 2 times during shallow breathing under the use of Abches. Based on the quantitative analysis of the dose-volume histograms shallow breathing showed lower resulting values, compared to free breathing, in every measure. That is, treatment volume, the dose of radiation to the tumor and two surrounding normal organs (mean doses), the volume of healthy tissue exposed to radiation were lower at the shallow breathing state. Conclusion: This study proposes that the use of ABCHES is effective for the Tomotherapy treatment as it makes shortness of breathing easy for patients. Respiratory-induced tumor motion is minimized, and radiation exposure to surrounding normal tissues is also reduced as a result.