A Study on lung dose of Intensity modulated and volumetric modulated arc therapy plans using restricted angle of Non-small cell lung cancer

Purpose : For non-small cell lung cancer, if the treatment volume is large or the total lung volume is small, and the tumor is located in midline of patient's body, total lung dose tends to increase due to tolerance dose of spinal cord. The purpose of this study is to compare and evaluate the total lung dose of three dimensional conformal radiotherapy(3D CRT), intensity modulated radiotherapy(IMRT) and volumetric modulated arc therapy(VMAT) using restricted angle for non-small cell lung cancer patients. Materials and Methods : The treatment plans for four patients, being treated on TrueBeam STx($Varian^{TM}$, USA) with 10 MV and prescribed dose of 60 Gy in 30 fractions, 3D CRT, restricted angle IMRT and VAMT radiotherapy plans were established. Planning target volume(PTV), dose to total lung and spinal cord were evaluated using the dose volume histogram(DVH). Conformity index(CI), homogeneity index(HI), Paddick's index(PCI) for the PTV, $V_{30}$, $V_{20}$, $V_{10}$, $V_5$, mean dose for total lung and maximum dose for spinal cord was assessed. Results : Average value of CI, HI and PCI for PTV was $0.944{\pm}0.009$, $1.106{\pm}0.027$, $1.084{\pm}0.016$ respectively. $V_{20}$ values from 3D CRT, IMRT and VMAT plans were 30.7%, 20.2% and 21.2% for the first patient, 33.0%, 29.2% and 31.5% for second patient, 51.3%, 34.3% and 36.9% for third patient, finally 56.9%, 33.7% and 40.0% for the last patient. It was noticed that the $V_{20}$ was lowest in the IMRT plan using restricted angle. Maximum dose for spinal cord was evaluated to lower than the tolerance dose. Conclusion : For non-small cell lung cancer, IMRT with restricted angle or VMAT could minimize the lung dose and lower the dose to spinal cord below the tolerance level. Considering PTV coverage and tolerance dose to spinal cord, it was possible to obtain IMRT plan with smaller angle and this could result in lower dose to lung when compared to VMAT.

비소세포 폐암의 제한된 각도를 이용한 세기변조와 용적변조회전 방사선치료계획의 폐 선량에 관한 연구

목 적 : 비소세포 폐암의 치료용적의 크기가 크거나 폐 용적이 작고, 몸의 정중선(Mid line)에 위치한 경우 척수의 허용선량을 고려한 방사선치료계획에서 폐 선량이 많아지게 되는데, 본 연구는 비소세포 폐암 환자의 3차원입체조형치료(Three dimensional conformal radiotherapy, 3D CRT), 제한된 각도를 이용한 세기변조방사선치료(Intensity modulated radiotherapy, IMRT)와 용적변조회전치료(Volumetric Modulated Arc therapy, VMAT) 치료계획을 각각 적용하여 전체 폐 선량을 비교 및 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : TrueBeam STx($Varian^{TM}$, USA) 10 MV 에너지를 이용하여 4명의 환자에 대하여 3D CRT, 제한된 각도를 이용한 IMRT와 VMAT 치료계획을 세우고, 총 선량 66 Gy/30 Fx 처방하였을 때, 선량용적히스토그램(Dose Volume Histogram, DVH)을 이용하여 치료계획용적(Planning Target Volume, PTV), 전체 폐 그리고 척수에 들어가는 선량을 평가하였다. PTV에 대한 처방선량지수(Conformity Index, CI), 선량균질지수(Homogeneity index, HI), 처방선량포함지수(Paddick's Conformity Index, PCI)를 구하고, 폐의 30 Gy 용적($V_{30}$), $V_{20}$, $V_{10}$, $V_5$, 평균선량(Mean dose)을 평가하고, 척수의 최대선량 값을 평가하였다. 결 과 : PTV에 대한 CI, HI, PCI의 평균값은 각각 $0.944{\pm}0.009$, $1.106{\pm}0.027$, $1.084{\pm}0.016$으로 평가되었다. 전체 폐에 대한 첫 번째 환자의 $V_{20}$은 3D CRT, IMRT, VMAT 각각 30.7%, 20.2%. 21.2%, 두 번째 환자의 $V_{20}$은 33.0%, 29.2%. 31.5%, 세 번째 환자의 $V_{20}$은 51.3%, 34.3%. 36.9%, 네 번째 환자의 $V_{20}$은 56.9%, 33.7%. 40%로 제한된 각도를 이용한 IMRT 치료계획에서 가장 낮게 평가되었다. 척수에 대한 최대선량 값은 모두 허용선량 미만으로 평가되었다. 결 론 : 비소세포 폐암의 방사선치료계획에서 3D CRT와 비교했을 때, 제한된 각도를 이용한 IMRT나 VAMT을 이용하면 척수의 허용선량을 넘지 않으면서 폐 선량을 줄여줄 수 있는 치료계획을 세울 수 있었다. IMRT와 VAMT을 비교해보면 PTV의 선량포함과 척수선량을 고려했을 때 IMRT 치료계획에서 보다 좁은 각도를 이용한 치료계획이 가능하였고, 이는 폐 선량을 좀 더 줄여줄 수 있는 결과를 얻을 수 있었다.