The Clinical Effect and Construction of a Stereotactic Whole Body Immobilization Device

전신 정위 고정장치 제작과 임상효과에 대한 연구

Purpose: To develop a whole body frame for the purpose of reducing patient motion and minimizing setup error for extra-cranial stereotactic radiotherapy, and to evaluate the repositioning setup error of a patient in the frame. Materials and Methods: The developed whole body frame is composed of a base plate, immobilizer, vacuum cushion, ruler and belts. The dimension of the base plate is 130 cm in length, 50 cm in width and 1 cm in thickness. The material used in the base plate of the frame was bakelite and the immobilizer was made of acetal. In addition, Radiopaque angio-catheter wires were engraved on the base plate for a coordinate system to determine the target localization. The measurement for radiation transmission and target localization is peformed in order to test the utilization of the frame. Also, a Matlab program analyzed the patients setup error by using the patient's setup images obtained from a CCTV camera and digital record recorder (DVR). Results: A frame that is useful for CT simulation and radiation treatment was fabricated. The frame structure was designed to minimize collisions from the changes in the rotation angle of the gantry and to maximize the transmission rate of the Incident radiation at the lateral or posterior oblique direction. The lightening belts may be used for the further reduction of the patient motion, and the belts can be adjusted so that they are not in the way of beam direction. The radiation transmission rates of this frame were measured as 95% and 96% at 10 and 21 MV, respectively. The position of a test target on the skin of a volunteer is accurately determined by CT simulation using the coordinate system in the frame. The estimated setup errors by Matlab program are shown 3.69$\pm$1.60, 2.14$\pm$0.78 mm at the lateral and central chest, and 7.11 $\pm$2.10, 6.54$\pm$2.22 mm at lateral and central abdomen, respectively. The setup error due to the lateral motion of breast is shown as 6.33$\pm$ 1.55 mm. Conclusion: The development and test of a whole body frame has proven very useful and practical in the radiosurgery for extra-cranial cancers. It may be used in determining target localization, and it can be used as a patient immobilization tool. More experimental data should be obtained in order to improve and confirm the results of the patient setup error.

목적: 방사선 치료 시 환자의 움직임을 최대한 고정시켜 줄 수 있으며 환자 자세에 대한 Setup 오차를 감소시키고 환자 전신에 산재한 병소를 위치화하고 좌표화할 수 있는 전신 정위 고정장치 제작과 제작한 고정장치에 대한 고정효과 및 재현성을 나타내는 환자 자세의 Setup 오차를 평가하였다. 대상 및 방법: 자체 제작한 고정장치는 크게 기본판(base plate)과 고정틀(Immobilizer), Vacuum cushion, 벨트로 이루어진다. 기본판은 50${\times}$130${\times}$1 ㎤ 베크라이트로 고정틀은 견고한 아세탈 재질을 사용하여 제작하였다. 초기의 Lax frame의 경우, side panel에 부착되어 있는 좌표계(coordinates)를 기본판 바닥에 radiopaque catheter wire를 사용하여 N 타입으로 새겨서 넣어 위치측정이 가능한 좌표계로 적용할 수 있도록 하였다. 제작된 고정장치에 대한 성능실험으로 방사선 투과율 측정 실험과 가상표적을 부착한 지원 환자를 대상으로 표적에 대한 위치측정실험이 수행되었다. 그리고 CCTV 카메라와 Digital Video Recorder (DVR)를 이용하여 획득된 환자 영상을 Matlab 프로그램으로 환자 자세에 대한 Setup 오차를 분석하였다. 결과: 전신 정위 고정장치는 CT 촬영과 방사선치료 시 사용 가능성에 중점을 두고 제작되었다. 이 고정장치의 구조는 갠트리의 회전각의 변화에 따라 충돌하지 않게 제작되었고 측면으로 경사지게 입사되는 빔의 투과율을 최대화할 수 있게 제작되었다. 고정틀의 고정효과를 높여주는 고정벨트는 입사된 빔의 방향에 방해되지 않게 제작되었다. 고정장치에 대한 방사선 투과율은 10과 21 MV의 에너지에서 95, 95%로 측정되었고 지원 환자에 부착한 가상 표적의 위치는 CT 촬영으로 파악할 수 있었다. Matlab 프로그램으로 분석한 setup 오차는 흉부의 측면과 중심부위에서 3.69$\pm$1.60, 2.14$\pm$0.78 mm이고 복부의 측면과 중심부위에서 7.11$\pm$2.10, 6.54$\pm$2.22 mm이며 여자 환자 경우, 가슴 측면의 Setup 오차는 6.33$\pm$1.55 mm으로 측정되었다. 결론: 전신 정위 고정장치의 제작과 실험을 통해 extra-cranial 암에 대한 방사선수술에서 매우 실용적이고 유용하게 사용될 것으로 사료되며 표적 위치 결정과 환자 고정 도구로서 사용될 것이다. 더 많은 환자 치료자세의 Setup 오차 측정이 수행되면 정확한 환자의 Setup 오차의 결과를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.