Evaluation of the Accuracy and usability of Trigger mode in Respiratory Gated Radiation Therapy

Purpose : The purpose of this study is to evaluate the accuracy and usefulness of the Trigger mode for the Respiratory Gated Radiation Therapy (RGRT) Materials and methods : A QUASAR respiratory phantom that inserted a 3 mm fiducial marker (a gold marker) was used to estimate the accuracy of the Trigger mode. And the 20 bpm was used as reference respiration rate in this study. The marker that placed at the center of the phantom was contoured, and the lower threshold of a gating window was fixed at 2.0 mm using an OBI with Truebeam STx^TM. The upper threshold was measured every 0.5 mm from 1.0 mm to 3.0 mm. The respiration rates were changed every 10 bpm from 10 bpm to 60 bpm. We repeatedly measured five times to check the error rate of the trigger mode in the same condition. Result : The differences of a distance from a peak phase to upper threshold, 1.0 to 3.0 mm at a 20 bpm as a reference for 3 days in a row were 0.68±0.05 mm, 0.91±0.03 mm, 1.23±0.03 mm, 1.42±0.04 mm, and 1.66±0.06 mm, respectively. Measurement result of changes in respiratory rate compared to baseline respiratory rate in maximum absolute difference. The coefficient of determination (R2) to estimate the correlation between the respiration velocity and variation of absolute difference was on average 0.838, 0.887, 0.770, 0.850, and 0.906. The p-values of all the variables were below 0.05. Conclusion : Using Trigger mode during respiratory gated radiation therapy (RGRT), accuracy and usefulness of trigger mode at reference breathing rate were confirmed. However, inaccuracies depending on the rate of breathing it could be uncertain in case of respiration rate is faster than 20 bpm as a standard respiration rate compared to slower than 20 bpm. Consequently, when conducting a RGRT using the trigger mode, real time monitoring is required with well educated respiration.

호흡동조방사선치료를 위한 Trigger mode 투시영상 획득 시 호흡 속도에 따른 정확성 평가 - Phantom Study

목 적 : 본 연구를 통해 호흡동조방사선치료(Respiratory Gated Radiation Therapy, RGRT)시 환자 호흡 속도에 따른 Trigger mode의 정확성과 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 호흡 속도에 따른 Trigger mode의 정확성을 평가하기 위해 QUASAR^TM 호흡 움직임 팬텀에 3 mm의 기준 표지자(Fiducial marker, gold marker)를 삽입하여 본원 한달 동안 환자의 평균 호흡인 20 bpm(Breath per minute)을 기준으로 4DCT 촬영 후 정중앙(Median)에 위치한 표지자에 윤곽 묘사(Contouring)를 하였다. OBI(On Board Imager)가 장착된 Truebeam STx^TM를 이용해 방사선조사 구간인 Gating window를 Lower threshold는 2.0 mm로 모든 측정 조건에서 고정시키고, Upper threshold를 최고 위상으로부터 각각 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm로 바꿔가며 측정하였다. 위와 같은 조건에서 평균 호흡 속도인 20 bpm을 기준으로 10 bpm, 30 bpm, 40 bpm, 50 bpm, 60 bpm 호흡속도를 바꿔가며 방사선이 끊기는 순간인 'Once at beam off'로 5회 촬영하였다. 같은 방법으로 3일간 반복 촬영 후 각 속도 별 오차율을 비교하였다. 결 과 : 기준 호흡 속도 20 bpm에서 최고 위상으로부터 각각 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm Upper threshold에서 Trigger mode의 beam off시 차이는 3일간의 평균값으로 0.68±0.05 mm, 0.91±0.03 mm, 1.23±0.03 mm, 1.42±0.04 mm, 1.66±0.06 mm이다. 기준 호흡 속도(20 bpm)대비 호흡 속도 변화에 따른 측정 결과는 최대 절대차이(Absolute Difference)의 경우 1일차, 2일차, 3일차 모두 3 mm Upper threshold에서 평균 0.81±0.08 mm로 차이가 확인되었다. 호흡 속도와 절대차이의 편차(Variation)에 대한 상관관계를 평가하기 위한 결정계수 R2는 3일 평균 수치로 각각 0.838, 0.887, 0.770, 0.850, 0.906로 확인되었다. 3일간의 Threshold 모든 변수에서 p-value는 설정 유의수준 0.05 이하로 차이유의를 확인하였다. 결 론 : 호흡동조방사선치료 시 Trigger mode를 이용하여 영상유도를 할 경우 기준 호흡 속도(20 bpm)에서의 Trigger mode의 오차율이 평균 ±0.04 mm 값으로 정확성과 유용성을 확인 할 수 있었다. 그러나 호흡 속도에 따른 부정확성(Uncertainty) 또한 발생할 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 특히, 기준 호흡 속도 대비 느려지는 경우(< 20 bpm)보다 빨라지는 경우(> 20 bpm) 영상획득에 대한 부정확성은 커졌다. 따라서 사전 모의치료시의 호흡을 선별하고 호흡을 유지하기 위한 호흡교육과 치료 중 적극적인 실시간 모니터링(Monitoring)이 필요하다고 사료된다.