Abstract
The purpose of this study is to analyze motion-induced dose error generated by each tumor motion parameters of irregular tumor motion in helical tomotherapy. To understand the effect of the irregular tumor motion, a simple analytical model was simulated. Moving cases that has tumor motion were divided into a slightly irregular tumor motion case, a large irregular tumor motion case and a patient case. The slightly irregular tumor motion case was simulated with a variability of 10% in the tumor motion parameters of amplitude (amplitude case), period (period case), and baseline (baseline case), while the large irregular tumor motion case was simulated with a variability of 40%. In the phase case, the initial phase of the tumor motion was divided into end inhale, mid exhale, end exhale, and mid inhale; the simulated dose profiles for each case were compared. The patient case was also investigated to verify the motion-induced dose error in 'clinical-like' conditions. According to the simulation process, the dose profile was calculated. The moving case was compared with the static case that has no tumor motion. In the amplitude, period, baseline cases, the results show that the motion-induced dose error in the large irregular tumor motion case was larger than that in the slightly irregular tumor motion case or regular tumor motion case. Because the offset effect was inversely proportion to irregularity of tumor motion, offset effect was smaller in the large irregular tumor motion case than the slightly irregular tumor motion case or regular tumor motion case. In the phase case, the larger dose discrepancy was observed in the irregular tumor motion case than regular tumor motion case. A larger motion-induced dose error was also observed in the patient case than in the regular tumor motion case. This study analyzed motion-induced dose error as a function of each tumor motion parameters of irregular tumor motion during helical tomotherapy. The analysis showed that variability control of irregular tumor motion is important. We believe that the variability of irregular tumor motion can be reduced by using abdominal compression and respiratory training.
본 연구에서는 불규칙적인 종양의 움직임에서 각각의 움직임 파라미터에 의해 발생되는 토모테라피 장비의 선량 오차 특성을 분석하여, 각각의 파라미터가 선량에 미치는 효과를 확인하기 위해 간소화된 이론 모델을 적용, 시뮬레이션 분석을 수행하고자 한다. 간단한 분석적인 모델이 tumor motion parameters에 의한 motion-induced dose error를 분석하기 위해 사용되었다. 분석적인 모델은 실제 tomotherapy 장비를 이용한 static dose와 Simulated tumor motion를 이용하여 dose profile을 획득하는 것이다. 본 연구에서는 Static dose를 얻기 위해 Hi-art tomotherapy unit을 이용하였다. Simulated tumor motion은 internet accessible respiratory trace generator (RTG) program을 이용하여 획득되었다. 종양의 움직임은 불규칙한 정도가 큰 케이스와 작은 케이스, 실제 환자의 종양 움직임을 모사한 케이스로 구분하였다. 불규칙도가 작은 케이스의 경우 종양의 진폭, 주기, 베이스라인 등 종양 움직임 파라미터에 10% 변동을 인가 하였으며, 불규칙도가 큰 케이스의 경우 40%의 변동을 인가 하였다. 위상변동 케이스의 경우 종양의 초기위상이 end inhale, mid exhale, end exhale, and mid inhale으로 나뉘어 졌고, 시뮬레이션을 통해 획득된 각각의 선량분포결과가 비교되었다. 또한, 환자 케이스에서는 임상과 동일한 조건에서의 종양 움직임을 인가하여 선량 오차를 획득하였다. 종양의 움직임에 의한 선량은 시뮬레이션 과정을 통해 계산되었으며 이를 종양의 움직임이 없는 케이스와 비교하여 종양 움직임이 선량에 미치는 영향을 확인했다. 진폭, 주기, 베이스라인 등 종양 움직임 파라미터가 불규칙하게 변하는 경우, 종양이 불규칙하게 움직이는 케이스의 경우 불규칙도가 큰 케이스의 경우가 불규칙도가 작은 케이스와 규칙적으로 움직이는 케이스보다 더 큰 선량오차가 발생하였다. 상쇄 효과는 종양움직임의 불규칙성에 반비례하기 때문에, 종양 움직임의 불규칙성이 큰 케이스의 경우 불규칙성이 작은 케이스, 종양의 움직임이 규칙적인 케이스에 비해 더 적은 상쇄 효과가 발생하였다. 위상변동 케이스의 경우, 불규칙한 종양의 움직임 케이스에서 규칙적인 움직임 케이스보다 더 큰 선량 차이가 관찰되었고, 또한 환자케이스에서 규칙적인 종양의 움직임의 경우보다 더 큰 선량의 차이가 발견되었다. 본 연구에서는 불규칙적인 종양의 움직임에서 각각의 움직임 변수들의 불규칙성에 따른 발생되는 토모테라피에서의 선량 오차 특성을 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 불균일한 종양 움직임의 불규칙성을 제어하는 것에 대한 중요성을 확인할 수 있었고, 이러한 불균일성의 제어의 경우 복부압박이나 호흡 훈련을 통해 해결이 가능할 것으로 생각된다.
