Development of Respiratory Signal Analysis Program for Accurate Phase Reassignment in 4D CT Reconstruction

4D CT 영상 재구성 시 정확한 위상 변환을 위한 호흡 신호 분석 프로그램 개발

Patient's respiration can have an effect on movement of tumor range and peripheral organs. Therefore, the respiratory signal was acquired by relation between external markers and movement of patient's abdomen during radiational therapy in order to minimize the effect of respiration. Based on this technique, many studies of rational therapy to irradiate at particular part of stable respiratory signals have executed and they have been clinically applied. Nevertheless, the phase-based method is preferred to the amplitude-based method for the rational therapy related to respiration. Because stabilization of the respiratory signal are limited. In this study, a in-house respiratory signal analysis program was developed for the phase reassignment and the analysis of the irregular respiratory signals. Various irregular respiratory patterns was obtained from clinical experimental volunteers. After then, the in-house program analyzed the factors affecting to phase assignment which is directly related to irradiated sector. Subsequently, accuracy of phase assignment was improved with removement of irregular signals by self-developed algorithm. This study is considered to be useful for not only image reconstruction and elevation of irradiating accuracy through phase assignment of RPM system but also analysis of respiratory signals. Moreover, development of 4D CT image is planed with phantom researches or clinical experiments based on this program.

방사선 치료 시 환자 호흡에 의한 종양부위와 주변 장기 움직임의 영향을 줄이기 위하여 일반적으로 환자의 복부 위에 외부 표식자를 두고 환자의 호흡과 복부의 움직임과의 상관관계를 통하여 호흡신호를 얻는다. 이를 기반으로 하여 안정된 호흡 신호의 일정한 부분에만 방사선이 조사되도록 하는 방사선 치료 방법들에 관한 많은 연구들이 수행되고 있고 임상에서 활용되고 있다. 하지만 이러한 호흡 연동 방사선 치료 시 진폭 기반 방사선 치료 방법은 환자의 호흡 신호의 안정성에 한계가 있기 때문에 위상 기반 방사선 치료 방법이 선호 되고 있다. 본 연구에서는 위상 기반 호흡 연동 방사선 치료 시 갑작스럽게 발생할 수 있는 환자의 불규칙한 호흡 신호의 적합성을 분석하고, 호흡 신호의 위상을 재구성하는 프로그램을 개발하였다. 다양한 불규칙한 호흡 패턴을 임상 실험 지원자를 통하여 얻은 후, 방사선 조사 구간과 직접적인 연관이 있는 위상 변환에 큰 영향을 주는 인자들을 프로그램을 통하여 분석하였다. 이후 자체 개발 알고리듬을 통하여 불규칙한 신호를 제거하여 위상 변환에 있어 정확도를 향상 시키도록 하였다. 본 연구는 기존의 RPM 시스템의 위상 변환을 통한 이미지 재구성 및 방사선 전달의 정확도를 향상시킴과 동시에, 환자의 호흡 신호 분석에 있어 유용한 도구로 활용될 것으로 생각된다. 또한 이를 바탕으로 프로그램을 이용하여 추후 4D CT 영상 개선여부를 팬톰 연구 또는 임상 실험을 통해 확인할 예정이다.