• 대한방사선치료학회지
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• 제27권1호
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• pp.23-30
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• 2015

목 적 : 외부표지자 호흡움직임 측정 장치(RPM; Real-time Position Management, Varian Medical System, USA)를 이용한 간암 호흡동조 방사선치료 시 호흡신호와 방사선 조사 시간 및 실제 조사된 호흡위상을 분석하여 호흡움직임 측정 장치를 이용한 호흡동조 방사선 치료의 정확도를 평가하였다. 대상 및 방법 : 2014년 5월부터 9월까지 Novalis Tx.(Varian Medical System, USA)와 RPM을 이용하여 간암 호흡동조 방사선치료(Duty Cycle 20%, Gating window 40% ~ 60%)를 시행한 환자 총 16명의 치료 시 기록된 호흡움직임을 분석하였다. RPM에 기록된 외부표지자의 호흡움직임을 후행적 분석을 통해 호흡위상으로 재구성하였으며, 재구성된 호흡위상을 이용하여 기록된 Beam-on Time과 Duty Cycle에 대해 RPM을 사용한 호흡동조 방사선치료의 예측 정확도를 분석하고, 호흡움직임의 재현성에 따른 Duty Cycle과 예측 정확도의 상관관계를 분석하였다. 결 과 : 대상 환자 16명의 치료계획 시와 실제 치료 시 호흡주기 차이는 평균 -0.03초(범위 -0.50초 ~ 0.09초)로 분석되었으며 두 호흡간의 통계적 차이는 확인할 수 없었다(p=0.472). 치료 시 평균 호흡주기는 4.02 sec (${\pm}0.71sec$), 치료 중 호흡주기 표준편차의 평균값은 7.43%(범위 2.57% ~ 19.20%)로 분석되었다. 실제 Duty Cycle은 평균 16.05%(범위 13.78% ~ 17.41%)로 나타났고 이 중 후행적 분석을 통해 평균 56.05%(범위 39.23% ~ 75.10%)가 계획된 호흡위상(40% ~ 60%)에서 조사되었음을 확인하였다. 호흡주기의 표준편차와 Duty Cycle과 계획된 호흡위상에서 조사된 비율의 상관관계는 각각 -0.156 (p=0.282)와 -0.385 (p=0.070)으로 분석되었다. 결 론 : 본 연구는 실제 치료 중 기록된 외부표지자의 호흡움직임을 후행적으로 분석하여 치료 중 호흡움직임의 재현성 및 Duty Cycle, 계획된 호흡동조창에서의 실제 치료 비율 등을 확인하였다. 4DCT를 이용한 치료계획과의 오차를 최소화하고 효율적인 치료를 위해 호흡훈련 및 호흡신호 모니터링의 강화가 필요 할 것으로 판단된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제33권
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• pp.25-33
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• 2021

목 적 : 본 연구를 통해 호흡동조방사선치료(Respiratory Gated Radiation Therapy, RGRT)시 환자 호흡 속도에 따른 Trigger mode의 정확성과 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 호흡 속도에 따른 Trigger mode의 정확성을 평가하기 위해 QUASAR^TM 호흡 움직임 팬텀에 3 mm의 기준 표지자(Fiducial marker, gold marker)를 삽입하여 본원 한달 동안 환자의 평균 호흡인 20 bpm(Breath per minute)을 기준으로 4DCT 촬영 후 정중앙(Median)에 위치한 표지자에 윤곽 묘사(Contouring)를 하였다. OBI(On Board Imager)가 장착된 Truebeam STx^TM를 이용해 방사선조사 구간인 Gating window를 Lower threshold는 2.0 mm로 모든 측정 조건에서 고정시키고, Upper threshold를 최고 위상으로부터 각각 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm로 바꿔가며 측정하였다. 위와 같은 조건에서 평균 호흡 속도인 20 bpm을 기준으로 10 bpm, 30 bpm, 40 bpm, 50 bpm, 60 bpm 호흡속도를 바꿔가며 방사선이 끊기는 순간인 'Once at beam off'로 5회 촬영하였다. 같은 방법으로 3일간 반복 촬영 후 각 속도 별 오차율을 비교하였다. 결 과 : 기준 호흡 속도 20 bpm에서 최고 위상으로부터 각각 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm Upper threshold에서 Trigger mode의 beam off시 차이는 3일간의 평균값으로 0.68±0.05 mm, 0.91±0.03 mm, 1.23±0.03 mm, 1.42±0.04 mm, 1.66±0.06 mm이다. 기준 호흡 속도(20 bpm)대비 호흡 속도 변화에 따른 측정 결과는 최대 절대차이(Absolute Difference)의 경우 1일차, 2일차, 3일차 모두 3 mm Upper threshold에서 평균 0.81±0.08 mm로 차이가 확인되었다. 호흡 속도와 절대차이의 편차(Variation)에 대한 상관관계를 평가하기 위한 결정계수 R2는 3일 평균 수치로 각각 0.838, 0.887, 0.770, 0.850, 0.906로 확인되었다. 3일간의 Threshold 모든 변수에서 p-value는 설정 유의수준 0.05 이하로 차이유의를 확인하였다. 결 론 : 호흡동조방사선치료 시 Trigger mode를 이용하여 영상유도를 할 경우 기준 호흡 속도(20 bpm)에서의 Trigger mode의 오차율이 평균 ±0.04 mm 값으로 정확성과 유용성을 확인 할 수 있었다. 그러나 호흡 속도에 따른 부정확성(Uncertainty) 또한 발생할 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 특히, 기준 호흡 속도 대비 느려지는 경우(< 20 bpm)보다 빨라지는 경우(> 20 bpm) 영상획득에 대한 부정확성은 커졌다. 따라서 사전 모의치료시의 호흡을 선별하고 호흡을 유지하기 위한 호흡교육과 치료 중 적극적인 실시간 모니터링(Monitoring)이 필요하다고 사료된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제28권5호
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• pp.676-683
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• 2007

A non-invasive respiratory gated radiotherapy system like those based on external anatomic motion gives better comfortableness to patients than invasive system on treatment. However, higher correlation between the external and internal anatomic motion is required to increase the effectiveness of non-invasive respiratory gated radiotherapy. Both of invasive and non-invasive methods need to track the internal anatomy with the higher precision and rapid response. Especially, the non-invasive method has more difficulty to track the target position successively because of using only image processing. So we developed the system to track the motion for a non-invasive respiratory gated system to accurately find the dynamic position of internal structures such as the diaphragm and tumor. The respiratory organ motion tracking apparatus consists of an image capture board, a fluoroscopy system and a processing computer. After the image board grabs the motion of internal anatomy through the fluoroscopy system, the computer acquires the organ motion tracking data by image processing without any additional physical markers. The patients breathe freely without any forced breath control and coaching, when this experiment was performed. The developed pattern-recognition software could extract the target motion signal in real-time from the acquired fluoroscopic images. The range of mean deviations between the real and acquired target positions was measured for some sample structures in an anatomical model phantom. The mean and max deviation between the real and acquired positions were less than 1mm and 2mm respectively with the standardized movement using a moving stage and an anatomical model phantom. Under the real human body, the mean and maximum distance of the peak to trough was measured 23.5mm and 55.1mm respectively for 13 patients' diaphragm motion. The acquired respiration profile showed that human expiration period was longer than the inspiration period. The above results could be applied to respiratory-gated radiotherapy.

• 대한방사선치료학회지
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• 제25권1호
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• pp.33-40
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• 2013

목 적: 호흡동조방사선치료 시 호흡에 따른 종양의 위치를 정확하게 파악하여 치료하기 위해서는 안정되고 일정한 호흡유지가 중요하다. 이에 본 연구에서 Real time monitor와 Ventilator를 이용하여 측정한 호흡유지방법을 소개하고 그 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 7명의 실험자를 대상으로 하여 Gate on time (Beam on time) 600초를 기준으로 실험자를 총 5개의 그룹 -자연 호흡, Monitor를 이용하여 유도한 호흡, Ventilator를 이용하여 유도한 호흡, Monitor와 Ventilator를 동시에 이용하여 유도한 호흡, 실험자 스스로 Real time monitor를 이용하여 주기적 Breath-hold 상태를 유지하는 호흡- 으로 분류 하였다. 분류 후 ANZAI 4D system을 이용하여 각각의 호흡신호를 획득 하였다. 호흡신호별 총 소요 시간을 비교하고 호흡주기 상의 Gate on/off time 평균값, 표준편차, 분산, 평균 호흡 주기의 횟수와 변화 등을 각각 분석하여 호흡의 안정성을 평가 하였다. 동시에 실험자들을 대상으로 설문조사를 실시하여 각 장치들의 의존성을 정성적으로 조사하였다. 결 과: 5개 그룹의 호흡신호 편차변화를 비교하여 실험자의 각 호흡신호 안정성을 평가하였다. 그 결과 모든 실험자는 Gate on time 600초 동안 소요되는 시간이 Monitor와 Ventilator를 동시에 사용 했을 경우에 실험시간이 가장 짧게 걸렸고, 가장 안정된 호흡을 유지한 것으로 나타났다. 결 론: 본 연구에서 Real time monitor와 Ventilator를 사용하여 호흡유도를 진행해본 결과 실험대상자들의 안정적인 호흡유지에 유용성이 있는 것으로 나타났다. 2개의 장비를 독립적으로 사용하였을 경우 보다 동시에 사용할 경우 호흡유지 안정도가 더 우수한 것으로 나타났다. Real time monitor와 Ventilator를 이용하여 환자의 호흡조건을 설정하여 환자에게 적용시킨다면 호흡조절방사선치료 시 치료의 정확도를 높일 수 있으리라 예상되며 동시에 치료시간도 단축될 것으로 사료된다. 특히 규칙적인 호흡조절이 가능한 환자의 경우 Real time monitor를 활용한 Breath-hold 방법의 활용은 치료시간 단축의 효과를 현저히 높일 수 있을 것이라 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제22권3호
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• pp.107-116
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• 2011

호흡동조 방사선치료 및 체부정위방사선치료시 치료계획과 치료시 치료대상장기가 동일하게 움직이는 것을 확인하는 것은 매우 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 호흡의 상태를 모니터하는 RPM 자료와, OBI 영상을 이용하여, 치료 중 치료장기의 움직임을 유추하고 분석하는 프로그램을 개발하였다. 기개발된 호흡연습/유도장치를 사용하여 환자호흡의 규칙성을 확보하였다. 호흡의 상태는 RPM 자료를 실시간 모니터하고 또 치료 후에 저장된 RPM 자료를 이용하였고, 호흡 변위를 내부장기의 움직임으로 환산하기 위하여 호흡의 0%, 50% 호흡동조 OBI 영상을 촬영하였다. OBI 영상촬영 시각을 기록하여, 해당시각의 RPM 자료를 읽고, RPM의 변위와 OBI에서 관찰한 종양의 움직임의 상호비례계수를 구하였다. 치료 후 RPM 자료를 읽어 RPM 자료의 최대값, 최소값, 평균값과 표준편차를 자동으로 계산하는 프로그램을 Labview로 제작하였고, 계산된 결과는 excel 파일로 출력되도록 고안하였다. 분석된 RPM 자료에 비례계수를 적용하여 치료시행중 대상장기의 움직임을 유추하도록 하였다. 이와 같이 개발한 방법은 구동팬텀을 이용하여 정확성을 시험하였고, 간의 체부정위방사선치료를 받는 10명의 환자에 대하여 개발한 방법을 적용하여 유용성을 평가하였다. 본 연구에서 개발한 호흡분석 방법은 구동팬텀을 이용하여 정확성을 확인하였다. 4 sec 주기의 2 cm의 sine 함수형태의 규칙적인 움직임에서 주기는 0.052 sec (1.3%) 크게, 움직임의 크기는 1.952 cm로 0.048 cm 작게 측정되었다. 환자에게 시험적용에서는 1명의 환자는 치료 전 연습을 위한 가치료시간의 자료분석에서 체부정위방사선치료에 적합하지 않은 것으로 판명되었고, 1명의 환자는 치료계획시보다 장기의 움직임이 크게 분석되어 호흡동조 방사선치료로 전환하였다. 본 연구에서 개발한 호흡분석프로그램은 복부부위의 방사선을 받는 모든 환자들의 내부장기의 움직임을 유추하는 데 유용한 것으로 평가되며, 체부정위방사선치료 대상환자들에 대하여, 치료계획시와 동일하게 움직임이 유지되는지 모니터하는 데 유용하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제33권4호
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• pp.136-141
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• 2022

Purpose: This study aimed to develop a breath control training system for breath-hold technique and respiratory-gated radiation therapy wherein the patients can learn breath-hold techniques in their convenient environment. Methods: The breath control training system comprises a sensor device and software. The sensor device uses a loadcell sensor and an adjustable strap around the chest to acquire respiratory signals. The device connects via Bluetooth to a computer where the software is installed. The software visualizes the respiratory signal in near real-time with a graph. The developed system can signal patients through visual (software), auditory (buzzer), and tactile (vibrator) stimulation when breath-holding starts. A motion phantom was used to test the basic functions of the developed breath control training system. The relative standard deviation of the maxima of the emulated free breathing data was calculated. Moreover, a relative standard deviation of a breath-holding region was calculated for the simulated breath-holding data. Results: The average force of the maxima was 487.71 N, and the relative standard deviation was 4.8%, while the average force of the breath hold region was 398.5 N, and the relative standard deviation was 1.8%. The data acquired through the sensor was consistent with the motion created by the motion phantom. Conclusions: We have developed a breath control training system comprising a sensor device and software that allow patients to learn breath-hold techniques in their convenient environment.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제38권4호
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• pp.327-342
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• 2006

Radiation therapy is an important part of cancer treatment in which cancer patients are treated using high-energy radiation such as x-rays, gamma rays, electrons, protons, and neutrons. Currently, about half of all cancer patients receive radiation treatment during their whole cancer care process. The goal of radiation therapy is to deliver the necessary radiation dose to cancer cells while minimizing dose to surrounding normal tissues. Success of radiation therapy highly relies on how accurately 1) identifies the target and 2) aim radiation beam to the target. Both tasks are strongly dependent of imaging technology and many imaging modalities have been applied for radiation therapy such as CT (Computed Tomography), MRI (Magnetic Resonant Image), and PET (Positron Emission Tomogaphy). Recently, many researchers have given significant amount of effort to develop and improve imaging techniques for radiation therapy to enhance the overall quality of patient care. For example, advances in medical imaging technology have initiated the development of the state of the art radiation therapy techniques such as intensity modulated radiation therapy (IMRT), gated radiation therapy, tomotherapy, and image guided radiation therapy (IGRT). Capability of determining the local tumor volume and location of the tumor has been significantly improved by applying single or multi-modality imaging fur static or dynamic target. The use of multi-modality imaging provides a more reliable tumor volume, eventually leading to a better definitive local control. Image registration technique is essential to fuse two different image modalities and has been In significant improvement. Imaging equipments and their common applications that are in active use and/or under development in radiation therapy are reviewed.

• 대한방사선치료학회지
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• 제22권2호
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• pp.113-122
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• 2010

목 적: 호흡동조방사선 치료 시 종양의 실제 움직임과 호흡추적장치로 측정한 피부 움직임의 차이를 자체 제작한 구동팬텀에서 가상의 종양을 이용하여 호흡과 유사하게 움직임에 따른 정적 상태, 동적 상태 및 호흡동조상태에서 표적 위치의 정확성의 측정치와 실측치를 평가하고 선량분포를 분석, 비교하고자 한다. 대상 및 방법: 호흡에 의해 움직이는 종양 측정을 위해 2차원적으로 움직이는 구동팬텀을 자체 제작하였다. 구동 팬톰의 움직임은 위. 아래 방향(SI) 각각 1.5 cm 왕복운동, 상 하 방향 2 cm으로 속도조절(1-5단계)이 되도록 하였다. 가로 4 cm, 세로 4 cm, 높이 0.5 cm의 아크릴 슬라이스에 직경 0.5 cm 종양을 납으로 표시하고, 위아래로 동일한 아크릴 슬라이스를 2장씩 쌓은 후 아크릴 슬라이스 세 번째와 네 번째 사이 Dmax 1.5 cm film을 삽입하였다. 가상의 타겟을 구동 팬텀 위에 위치시키고 6 MV X-선이 조사되는 정적인 상태, 호흡동조 및 동적인 상태에서 각각 5 Gy를 조사하였다. 구동팬텀 위에 표식자를 올린 후, 호흡추적장치를 이용하여 사전에 설정한 호흡시간의 변화에 따른 진폭과 위상변화를 분석하였다. 결 과: RPM respiratory gating system을 이용하여 호흡주기를 8단계로 나누어 각각을 12회씩 위상변화를 분석하여 평균과 표준편차를 구한결과 평균은 3.0 (1.5~1.5) sec에서 1.7 cm로 가장 크고, 3.0 (1.3~1.7) sec 5.0 (2.0~3.0) sec에서 0.2602 cm로 가장 크고 4.0 (2.0~2.0) sec에서 0.0866 cm로 가장 작았다. 또한 실측치에서 평균 및 표준편차를 구한 결과 t0에서 9.9 (6.6) mm $t_{10}$에서 10.6 mm (7.3), $t_{20}$ 16.5 mm (10.3), $t_{30}$ 10.2 mm (7.6)으로 나타났으며, 호기나 흡기 시간의 차이에 따른 규칙은 없고 대체로 균일한 평균과 표준편차의 분포를 나타내었다. 또한 정적 상태, 동적 상태 및 호흡동조상태에서 Gafchromic EBT film 의 방사선량을 분석한 결과, ICRU 62에서 권고한 90% 선량분포가 3 mm 이내에 포함되므로 정확성과 정도관리 측면에서 적합한 것으로 사료된다. 결 론: 구동팬톰을 이용하여 호흡움직임에 따른 정확성 및 선량분포차이를 Gafchromic film을 통하여 확인하였으며 결과를 바탕으로 호흡에 의해 변화가 생기는 장기에 대한 차이를 고려하여 치료계획을 한다면 종양과 정상조직에 적절한 선량계획을 세울 수 있어 치료효과 향상에 도움을 주게 될 것으로 생각한다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제22권2호
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• pp.135-144
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• 2010

목 적: 호흡동조 방사선치료용 팬텀 제작을 통해 실시간움직임관리(RPM, Real-time Position Management)에 의한 치료시 호흡에 따른 방사선 조사선량의 적절성을 평가 하고자 한다. 대상 및 방법: 호흡동조 팬텀은 선형 액츄에이터(SCN6-050-50, Dyadic, Japan) 2개, 아크릴판, 지지대, 철판 등으로 팬텀위에 측정 대상을 위치시켜 구동 가능(상 하, 전 후)하도록 제작하였다. 4D CT를 촬영해 환자의 호흡을 분석하여 컴퓨터를 통해 팬텀의 위치와 속도를 제어하여 움직임을 재현하였다. 호흡동조 팬텀위에 2D-Array (PTW)와 4.5 cm의 팬텀(White water 4.5 cm)을 위치하여 21 EX 15 MV X선을 100 Mu, 조사야 $10{\times}10\;cm$의 open field와 2 cm 간격으로 10 cm까지 정방형으로 움직이는 Sliding MLC (DMLC)를 Gantry $0^{\circ}$, $90^{\circ}$에서 팬텀을 (1) 움직이지 않은 경우 (2) 움직인 경우 (3) RPM을 이용하여 동조한 경우(30%)로 나누어 조사하였다. 7.5 cm의 팬텀에 0.125 CC 이온화전리함(PTW)을 위치하여 위와 같은 조건으로 측정하였다. 결 과: 이온화전리함에 의한 중심선량 측정값은 Gantry $90^{\circ}$, $10{\times}10\;cm$ 조사야와 DMLC을 이용한 조사에서 동조시 0.3%이내, 비동조시 약 2%의 오차가 있었다. 2D-Array를 통한 분석시 Gamma index Method (3 mm, 3%)를 적용한 경우 Gantry $90^{\circ}$, $10{\times}10\;cm$ 조사야와 DMLC을 이용한 조사에서 동조시 오차이내, 비동조시 전체 조사야의 약 16% 오차를 보였다. 결 론: 호흡동조 방사선치료용 팬텀의 자체 제작으로 환자 움직임에 의한 치료계획과 방사선 측정으로 인하여 치료시 실제 조사되는 방사선량의 정량적 분석이 가능하였으며, IMRT 환자의 RPM을 이용한 호흡동조 치료시 적절한 평가가 가능하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권4호
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• pp.242-247
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• 2014

호흡연동방사선치료(respiratory-gated radiation therapy)법을 적용한 세기조절방사선치료(intensity-modulated radiation therapy, IMRT) 시 환자의 호흡에 의한 장기 움직임 크기에 따른 계산된 선량분포와 측정된 선량분포의 차이를 분석하고자 한다. 치료를 완료한 폐암과 간암 환자 4명을 선택하였다. 한 환자당 5개의 조사면 총 20개의 조사면을 갠트리 각도를 모두 $0^{\circ}$로 변경하여 치료계획시스템(Eclipse Ver. 8.1, Varian Medical Systems, Inc., USA)으로 다시 계산하였다. 치료계획과 동일한 조건으로 각 IMRT 조사면을 2차원 이온전리함배열(MatriXX, IBA Dosimetry, Germany)을 자체 제작한 호흡모 플랫폼(respiratory simulating platform)위에 놓고 0, 1.0, 2.0, 및 3.0 cm 씩 호흡 움직임을 모사하여 일반적으로 치료에 사용되는 연동창 범위인 30~70% 위상을 선택하여 호흡연동방사선치료법으로 조사하여 선량분포를 측하였다. 계산된 선량분포와 측정된 선량분포의 2차원적 비교를 위해 소프트웨어(Omni-pro I'mRT, IBA Dosimetry, Germany)를 이용하여 3 mm/3%의 기준으로 감마 지표(gamma index)로 비교하였다. 움직임이 없을 때 감마 지표의 합격률이 평균 98.63% 였으며, 움직임을 1.0, 2.0, 3.0 cm으로 모사할 경우 합격률이 각각 평균 98.59%, 97.82%, 95.84%로 낮아졌다. 따라서 실제 환자에 대해 호흡연동방사선치료법을 적용한 세기조절방사선치료 시 병소의 움직임이 2 cm가 넘을 경우 ITV (internal target volume) 여유분을 크게 설정하거나 연동창을 좁게 선택하여야한다.