Evaluation of the Usefulness of the Self-developed Kw-infrared Reflective Marker in Non-coplanar Treatment

비동일면 치료 시 자체 제작한 Kw-infrared Reflective Marker의 유용성 평가

Purpose: In radiotherapy that takes into account respiration using a RPM (Real time Position Management, Varian, USA) system, which can treat in consideration of the movement of tumor, infrared reflective markers supplied by manufacturers cannot obtain respiratory signal if the couch rotates at a certain angle or larger. In order to solve this problem, the author developed the 3D infrared reflective marker named 'Kw-marker' that can obtain respiratory signal at any angle, and evaluate its usefulness. Materials and Methods: In order to measure the stability of respiratory signal, we put the infrared reflective marker on the 3D moving phantom that can reproduce respiratory movement and acquired respiratory signal for 3 minutes under each of 3 conditions (A: $couch\;0^{\circ}$, a manufacturer's infrared reflective marker B: $couch\;0^{\circ}$, Kw-marker C: $couch\;90^{\circ}$, Kw-marker). By analyzing the respiratory signal using a breath analysis program (Labview Ver. 7.0), we obtained the peak value, valley value, standard deviation, variation value, and amplitude value. In order to examine the rotation error and moving range of the target, we placed a B.B phantom on the 3D moving phantom, and obtained images at a couch angle of $0^{\circ}$ and $90^{\circ}$ using OBI, and then acquired the X, Y and Z values (mm) of the ball bearing at the center of the B.B phantom. Results: According to the results of analyzing the respiratory signal, the standard deviation at the peak value was A: 0.002, B: 0.002 and C: 0.003, and the stability of respiration for amplitude was A: 0.15%, B: 0.14% and C:0.13%, showing that we could get respiratory signal stably by using the Kw-marker. When the couch rotated $couch\;90^{\circ}$, the mean rotation error of the ball bearing, namely, the target was X: -1.25 mm, Y: -0.45 mm and Z: +0.1 mm, which were within 1.3 mm on the average in all directions, and the difference in the moving range of the target was within 0.3 mm. Conclusion: When we obtained respiratory signal using the Kw-marker in non-coplanar treatment where the couch rotated, we could acquire respiratory signal stably and the Kw-marker was effective enough to substitute for the manufacturer's infrared reflective marker. When the rotation error and moving range of the target were measured, there was little difference, indicating that the displacement of the reflector movement in couch rotation is the cause of change in the scale and amplitude of respiratory signal. If the converted value of amplitude height according to couch angle is studied further and applied, it may be possible to perform non-coplanar phase-based gating treatment.

목 적: 종양의 움직임을 고려하여 치료할 수 있는 RPM (Real time Position Management, Varian, USA) system을 사용하여 호흡을 고려한 방사선치료 시행 시, 제조사에서 제공하는 적외선 반사체는 일정각도 이상 couch가 회전할 경우 호흡신호 획득이 불가능하다. 이런 단점을 개선하고자 본 저자는 어느 각도에서나 호흡신호를 얻을 수 있는 3차원 적외선 반사체(3D infrared reflective marker)를 자체 개발하여 Kw-반사체라 명하고 그 유용성을 평가 하고자 한다. 대상 및 방법: 호흡신호의 안정성을 측정하기 위해 호흡운동을 재현 할 수 있는 3차원 구동팬텀(3D moving phantom) 위에 3가지 조건(A: couch 0도, 제조사의 반사체 B: couch 0도, Kw-반사체 C: couch 90도, Kw-반사체)의 적외선 반사체를 올려놓고 각각 3분 동안 호흡신호를 획득 하였다. 획득한 호흡신호는 호흡분석 프로그램(Labview ver 7.0)을 통해 최고값(peak value), 최저값(valley value), 표준편차(standard deviation), 변동값(variation value), 진폭값(amplitude value)을 획득하였다. 타겟의 회전 오차와 타겟의 이동범위를 알아보기 위해 3차원 구동팬텀 위에 B.B팬텀을 올려놓고 온-보드 영상장치(OBI)로 couch 0도와 90도 이미지를 획득한 후 B.B팬텀 중심에 위치한 ball bearing의 X, Y, Z값(mm)을 획득하였다. 결 과: 호흡신호를 분석한 결과 최고점에서 표준편차가 A: 0.002 B: 0.002 C: 0.003이고 진폭에 대한 호흡의 안정성은 A: 0.15% B: 0.14% C: 0.13%로 Kw반사체는 안정적으로 호흡신호를 얻을 수 있었다. couch 90도 회전 시 타겟인 ball bearing의 평균 회전오차는 X: -1.25 mm Y: -0.45 mm Z: +0.1 mm로 모든 방향에서 평균 1.3 mm 이내이고 타겟의 이동범위 차이도 평균 0.3 mm 이내였다. 결 론: couch가 회전하는 비동일면(Non-coplanar) 치료 시 Kw-반사체로 호흡신호를 얻은 결과 Kw-반사체는 안정적인 호흡신호를 획득할 수 있었고 제조사의 적외선반사체를 대체하기에 충분했다. 타겟의 회전오차와 이동범위 차이가 거의 없어 couch 회전 시 반사체 움직임의 변위가 호흡신호의 scale 및 진폭을 변화시킨 원인임을 알 수 있었다. 향후 couch angle값에 따른 진폭 높이의 변환 값을 연구해 적용한다면 비동일면에 대한 위상기반 gating 치료도 가능 할 것으로 사료된다.