A study to 3D dose measurement and evaluation for Respiratory Motion in Lung Cancer Stereotactic Body Radiotherapy Treatment

Purpose : This study aims to evaluate 3D dosimetric impact for MIP image and each phase image in stereotactic body radiotherapy (SBRT) for lung cancer using volumetric modulated arc therapy (VMAT). Materials and Methods : For each of 5 patients with non-small-cell pulmonary tumors, a respiration-correlated four-dimensional computed tomography (4DCT) study was performed. We obtain ten 3D CT images corresponding to phases of a breathing cycle. Treatment plans were generated using MIP CT image and each phases 3D CT. We performed the dose verification of the TPS with use of the Ion chamber and COMPASS. The dose distribution that were 3D reconstructed using MIP CT image compared with dose distribution on the corresponding phase of the 4D CT data. Results : Gamma evaluation was performed to evaluate the accuracy of dose delivery for MIP CT data and 4D CT data of 5 patients. The average percentage of points passing the gamma criteria of 2 mm/2% about 99%. The average Homogeneity Index difference between MIP and each 3D data of patient dose was 0.03~0.04. The average difference between PTV maximum dose was 3.30 cGy, The average different Spinal Coad dose was 3.30 cGy, The average of difference with $V_{20}$, $V_{10}$, $V_5$ of Lung was -0.04%~2.32%. The average Homogeneity Index difference between MIP and each phase 3d data of all patient was -0.03~0.03. The average PTV maximum dose difference was minimum for 10% phase and maximum for 70% phase. The average Spain cord maximum dose difference was minimum for 0% phase and maximum for 50% phase. The average difference of $V_{20}$, $V_{10}$, $V_5$ of Lung show bo certain trend. Conclusion : There is no tendency of dose difference between MIP with 3D CT data of each phase. But there are appreciable difference for specific phase. It is need to study about patient group which has similar tumor location and breathing motion. Then we compare with dose distribution for each phase 3D image data or MIP image data. we will determine appropriate image data for treatment plan.

폐암의 정위적체부방사선치료시 호흡 움직임에 따른 3D 선량 측정평가

목 적 : 폐암의 정위적체부방사선치료시 실제 적용하고 있는 최대강도투사(MIP) 영상과 호흡위상별(0~90%)영상에서 3차원적으로 재구성된 선량 분포 차이를 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 본원에서 정위적체부방사선치료를 시행한 비소세포성 폐암(NSCLC) 환자 5명을 대상으로 4차원 전산화단층영상을 시행하여 10개의 호흡위상별 영상을 획득한 후 최대강도투사 영상을 재구성하여 각 호흡위상별 치료계획을 수립하였고, 2차원 이온전리함과 선량분석프로그램 COMPASS(IBA dosimetry, Schwarzenbruck, Germany)을 이용하여 3차원적으로 재구성된 선량분포를 측정하였다. 이를 이용하여 치료계획 선량분포와 실제 측정 선량분포의 일치성 여부 및 최대강도투사 영상과 호흡위상별 영상에서 선량 분포의 차이를 정량적으로 비교 분석하였다. 결 과 : 최대강도투사 영상 및 호흡위상별 영상에서의 선량분포의 일치성을 알아보기 위한 감마분석 통과율은 대상 환자 모두 99%이상으로 평가기준을 만족 시켰으며, 각각의 환자들에 대한 최대강도투사 영상과 호흡위상별 영상에서 재구성된 선량의 HI(Homogeneity Index) 차이의 평균은 -0.03~0.04로 크지 않았으며, PTV(Planning Target Volume)의 Dmax 차이는 평균 3.30 cGy, 척수는 평균 40 cGy, 양측 폐, 우폐, 좌폐의 $V_{20}$, $V_{10}$, $V_5$ 차이는 평균 -0.04~2.32% 차이를 나타내었다. 또한 모든 환자에 대한 최대강도투사 영상과 호흡위상별 영상에서 재구성된 선량의 HI 차이의 평균은 -0.03~0.03로 크지 않았으며, PTV의 Dmax 차이의 평균은 10% 영상에서 가장 차이가 작았고, 70% 영상에서 가장 큰 차이를 나타내었다. 척수의 Dmax차이의 평균은 50% 영상에서 가장 차이가 작았고, 0% 영상에서 가장 큰 차이를 나타내었다. 폐 $V_{20}$, $V_{10}$, $V_5$의 차이의 평균은 호흡위상별로 일정한 경향성을 나타내지 않았다. 결 론 : 본 연구를 통해 최대강도투사 영상과 각 호흡위상별 영상에서 측정되어 3차원적으로 재구성된 선량분포차이는 일정한 경향을 나타내지는 않았지만 특정 호흡위상에서 선량 분포 차이가 상이한 경우를 볼 수 있었다. 종양의 위치 및 호흡 움직임이 유사한 대상환자군을 선정하여 체계적인 연구를 통해 데이터화 하게 되면 폐와 같이 움직임이 큰 장기의 정위적체부방사선치료시 특정 호흡위상에서 획득한 영상에서의 치료계획이 실제 치료에 적용되어야 하는지에 대한 적합성 여부를 판단 할 수 있을 것이라고 사료된다.