Effectiveness Assessment on Jaw-Tracking in Intensity Modulated Radiation Therapy and Volumetric Modulated Arc Therapy for Esophageal Cancer

Purpose : To evaluate the effectiveness of Jaw-tracking(JT) technique in Intensity-modulated radiation therapy(IMRT) and Volumetric-modulated arc therapy(VMAT) for radiation therapy of esophageal cancer by analyzing volume dose of perimetrical normal organs along with the low-dose volume regions. Materials and Method: A total of 27 patients were selected who received radiation therapy for esophageal cancer with using $VitalBeam^{TM}$(Varian Medical System, U.S.A) in our hospital. Using Eclipse system(Ver. 13.6 Varian, U.S.A), radiation treatment planning was set up with Jaw-tracking technique(JT) and Non-Jaw-tracking technique(NJT), and was conducted for the patients with T-shaped Planning target volume(PTV), including Supraclavicular lymph nodes(SCL). PTV was classified into whether celiac area was included or not to identify the influence on the radiation field. To compare the treatment plans, Organ at risk(OAR) was defined to bilateral lung, heart, and spinal cord and evaluated for Conformity index(CI) and Homogeneity index(HI). Portal dosimetry was performed to verify a clinical application using Electronic portal imaging device(EPID) and Gamma analysis was performed with establishing thresholds of radiation field as a parameter, with various range of 0 %, 5 %, and 10 %. Results: All treatment plans were established on gamma pass rates of 95 % with 3 mm/3 % criteria. For a threshold of 10 %, both JT and NJT passed with rate of more than 95 % and both gamma passing rate decreased more than 1 % in IMRT as the low dose threshold decreased to 5 % and 0 %. For the case of JT in IMRT on PTV without celiac area, $V_5$ and $V_{10}$ of both lung showed a decrease by respectively 8.5 % and 5.3 % in average and up to 14.7 %. A $D_{mean}$ decreased by $72.3{\pm}51cGy$, while there was an increase in radiation dose reduction in PTV including celiac area. A $D_{mean}$ of heart decreased by $68.9{\pm}38.5cGy$ and that of spinal cord decreased by $39.7{\pm}30cGy$. For the case of JT in VMAT, $V_5$ decreased by 2.5 % in average in lungs, and also a little amount in heart and spinal cord. Radiation dose reduction of JT showed an increase when PTV includes celiac area in VMAT. Conclusion: In the radiation treatment planning for esophageal cancer, IMRT showed a significant decrease in $V_5$, and $V_{10}$ of both lungs when applying JT, and dose reduction was greater when the irradiated area in low-dose field is larger. Therefore, IMRT is more advantageous in applying JT than VMAT for radiation therapy of esophageal cancer and can protect the normal organs from MLC leakage and transmitted doses in low-dose field.

식도암 세기조절방사선치료와 용적세기조절회전치료에 대한 Jaw-Tracking의 유용성 평가

목 적: 식도암 방사선치료 시 세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT) 및 용적세기조절회전치료(Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)에서 Jaw-Tracking 기법 유 무에 따라 저선량 영역에 대한 주변 정상장기의 용적선량을 분석하여 그 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 본 원에서 사용하고 있는 선형가속기 VitalBeamTM(Varian Medical System, U.S.A)으로 식도암 방사선치료를 받은 27명을 대상으로 하였으며, 치료계획은 Eclipse(Ver. 13.6 Varian, U.S.A)를 이용하여 Jaw-Tracking(JT)을 사용한 치료계획과 Non Jaw-Tracking(NJT) 치료계획을 수립하였으며, 치료계획용적(Planning Target Volume, PTV)에 빗장위림프절(Supraclavicular Lymph Nodes, SCL)이 포함되어 있는 T자형 PTV를 가진 환자를 대상으로 하였다. 조사범위에 대한 영향을 확인하기 위해 복강(Celiac) 포함 여부로 비교군을 나누었다. 수립된 치료계획의 비교를 위해 손상위험장기는 양측 폐, 심장, 척수를 비교하였으며 Conformity Index(CI), Homogeneity Index(HI)를 비교하였다. 임상적용 검증을 위해 전자포탈영상장치(Electronic Portal Imaging Device, EPID)를 이용하여 Portal Dosimetry를 실시하였고, 선량 영역의 임계치(Threshold)를 10 %, 5 %, 0 %로 매개변수로 설정하여 감마분석을 실시하였다. 결 과: 모든 치료계획은 3 mm / 3 %, 감마통과율 95 % 기준에 대해 Threshold 10 %의 경우 95 % 이상으로 JT, NJT 모두 통과하였으며, IMRT는 Threshold가 5 %, 0 %로 줄어들수록 JT보다 NJT의 값이 1 % 이상 줄어 들었다. IMRT에서 양측 폐의 $V_5$와 $V_{10}$은 JT에서 Celiac을 포함하지 않을 때 최대 14.7 %, 평균 8.5 %, 5.3 % 만큼 감소했고, $D_{mean}$은 $72.3{\pm}51cGy$ 감소하였으며, Celiac을 포함할 때 JT에서 선량감소가 증가하였다. 심장의 $D_{mean}$은 $68.9{\pm}38.5cGy$, 척수의 $D_{max}$는 $39.7{\pm]30.1cGy$만큼 감소하였다. VMAT은 JT기법 사용 시 폐에서 $V_5$ 평균 2.5 % 감소하였고, 심장 및 척수에서 소량 감소하였으며, Celiac 포함 시 JT의 선량감소가 증가하였다. 결 론: 식도암 치료계획에서 IMRT가 JT 사용 시 양측 폐의 $V_5$, $V_{10}$에서 유의미한 감소가 나타났고, 저 선량영역에서 조사범위가 클수록 선량감소가 크게 나타났다. 따라서 식도암 방사선치료에는 IMRT가 VMAT보다 JT 적용 시 더 효과적이며, 저 선량영역에서의 MLC 누설 및 투과선량으로부터 정상장기를 보호할 수 있다.