Use of Respiratory Motion Reduction Device (RRD) in Treatment of Hepatoma

간암의 방사선치료 시 호흡운동 감소장치(respiratory motion reduction device, RRD)의 유용성에 관한 연구

Purpose : Planning target volume (PTV) for tumors in abdomen or thorax includes enough margin for breathing-related movement of tumor volumes during treatment. Depending on the location of the tumor, the magnitude of PTV margin extends from 10 mm to 30 mm, which increases substantial volume of the irradiated normal tissue hence, resulting in increase of normal tissue complication probability (NTCP). We developed a simple and handy method which can reduce PTV margins in patients with liver tumors, respiratory motion reduction device (RRD). Materials and methods : For 10 liver cancer patients, the data of internal organ motion were obtained by examining the diaphragm motion under fluoroscope. It was tested for both supine and prone position. A RRD was made using MeV-Green and Styrofoam panels and then applied to the patients. By analyzing the diaphragm movement from patients with RRD, the magnitude of PTV margin was determined and dose volume histogram (DVH) was computed using AcQ-Plan, a treatment planning software. Dose to normal tissue between patients with RRD and without RRD was analyzed by comparing the fraction of the normal liver receiving to $50\%$ of the isocenter dose. DVH and NTCP for normal liver and adjacent organs were also evaluated. Results : When patients breathed freely, average movement of diaphragm was $12{\pm}1.9\;mm$ in prone position in contrast to $16{\pm}1.9\;mm$ in supine position. In prone position, difference in diaphragm movement with and without RRD was $3{\pm}0.9\;mm$ and 12 mm, respectively, showing that PTV margins could be reduced to as much as 9 mm. With RRD, volume of the irradiated normal liver reduced up to $22.7\%$ in DVH analysis. Conclusion : Internal organ motion due to breathing can be reduced using RRD, which is simple and easy to use in clinical setting. It can reduce the organ motion-related PTV margin, thereby decrease volume of the irradiated normal tissue.

목적 : 폐, 간 등의 상 복부에 위치한 종양의 방사선 조사 체적은 호흡에 의한 종양의 이동을 포함하는 영역으로 조사 체적이 증가된다. 이로 인하여 방사선 독성 및 정상조직 선량이 증가되며, 호흡으로 인한 환자자세의 변화로 인해 종양의 정확한 위치파악이 어렵게 된다. 본 연구에서는 호흡에 따른 장기 움직임 유형을 분석하여 호흡에 의한 장기의 움직임을 최소화 할 수 있는 호흡운동 감소장치를 고안하고 방사선치료 시 호흡운동 감소장치의 유용성을 평가해 보고자 하였다. 대상 및 방법 : 간암환자 10명을 대상으로 하여 MeV-Green과 벨트, 스티로폼판 등을 사용하여 호흡운동감소장치(respiratory motion reduction device, RRD)를 제작하였다. 내부장기의 이동정도는 모의치료 시에 관찰된 횡경막의 이동 정도로 평가하였으며 앙와위와 복와위 및 RRD의 사용 시 이동정도를 쏠아보았고, 각각의 경우에서 이동정도를 고려하여 방사선치료계획을 수립하였다. 선량체적 히스토그램(dose-volume histogram, DVH)을 통해서 전체 간 용적 중 처방선량의 $50\%$가 조사되는 정상간 용적을 구하였다. 결과 : 호흡에 따른 횡경막의 평균이동거리는 앙와위 자세에서 $16{\pm}1.9\;mm$ 이었고, 복와위 자세에서는 $12{\pm}1.9mm$임을 알 수 있었다. 복와위 자세에서 본원에서 자체 제작한 RRD를 사용한 경우에는 $5{\pm}1.4\;mm$으로 감소되었고, 벨트 고정장치의 추가 사용 시에는 $3{\pm}0.9\;mm$으로 감소하여 총 9 mm 감소함을 알 수 있었다. 방사선치료계획에 따른 DVH에서 처방선량의 $50\%$가 조사되는 정상간의 용적은 호흡운동감소장치를 사용하지 않은 경우에 앙와위 자세에서 $43.7\%$, 복와위 자세에서 $40\%$ 이었고, 호흡운동 감소장치를 사용한 경우에 복와위 자세에서 $30.7\%$, 여기에 벨트 고정장치를 추가 사용하였을 경우에는 $21\%$로서 전체 간 용적 중 방사선에 조사되는 정상 간 용적은 최대 $22.7\%$ 감소됨을 알 수 있었다. 결론 : 호흡에 따른 내부장기의 움직임을 최소화 할 수 있는 RRD를 사용하여 정상조직에 불필요하게 조사되는 방사선을 감소시킬 수 있었다.