Chu Sung Sil;Cho Kwang Hwan;Lee Chang Geol;Suh Chang Ok
Radiation Oncology Journal
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v.20
no.1
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pp.41-52
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2002
Purpose : 3D conformal radiotherapy, the optimum dose delivered to the tumor and provided the risk of normal tissue unless marginal miss, was restricted by organ motion. For tumors in the thorax and abdomen, the planning target volume (PTV) is decided including the margin for movement of tumor volumes during treatment due to patients breathing. We designed the respiratory gating radiotherapy device (RGRD) for using during CT simulation, dose planning and beam delivery at identical breathing period conditions. Using RGRD, reducing the treatment margin for organ (thorax or abdomen) motion due to breathing and improve dose distribution for 3D conformal radiotherapy. Materials and Methods : The internal organ motion data for lung cancer patients were obtained by examining the diaphragm in the supine position to find the position dependency. We made a respiratory gating radiotherapy device (RGRD) that is composed of a strip band, drug sensor, micro switch, and a connected on-off switch in a LINAC control box. During same breathing period by RGRD, spiral CT scan, virtual simulation, and 3D dose planing for lung cancer patients were peformed, without an extended PTV margin for free breathing, and then the dose was delivered at the same positions. We calculated effective volumes and normal tissue complication probabilities (NTCP) using dose volume histograms for normal lung, and analyzed changes in doses associated with selected NTCP levels and tumor control probabilities (TCP) at these new dose levels. The effects of 3D conformal radiotherapy by RGRD were evaluated with DVH (Dose Volume Histogram), TCP, NTCP and dose statistics. Results : The average movement of a diaphragm was 1.5 cm in the supine position when patients breathed freely. Depending on the location of the tumor, the magnitude of the PTV margin needs to be extended from 1 cm to 3 cm, which can greatly increase normal tissue irradiation, and hence, results in increase of the normal tissue complications probabiliy. Simple and precise RGRD is very easy to setup on patients and is sensitive to length variation (+2 mm), it also delivers on-off information to patients and the LINAC machine. We evaluated the treatment plans of patients who had received conformal partial organ lung irradiation for the treatment of thorax malignancies. Using RGRD, the PTV margin by free breathing can be reduced about 2 cm for moving organs by breathing. TCP values are almost the same values $(4\~5\%\;increased)$ for lung cancer regardless of increasing the PTV margin to 2.0 cm but NTCP values are rapidly increased $(50\~70\%\;increased)$ for upon extending PTV margins by 2.0 cm. Conclusion : Internal organ motion due to breathing can be reduced effectively using our simple RGRD. This method can be used in clinical treatments to reduce organ motion induced margin, thereby reducing normal tissue irradiation. Using treatment planning software, the dose to normal tissues was analyzed by comparing dose statistics with and without RGRD. Potential benefits of radiotherapy derived from reduction or elimination of planning target volume (PTV) margins associated with patient breathing through the evaluation of the lung cancer patients treated with 3D conformal radiotherapy.
Purpose: 4DCT scans performed for radiotherapy were retrospectively analyzed to assess the possible benefits of respiratory gating in non-small cell lung cancer (NSCLC) and established the predictive factors for identifying patients who could benefit from this approach. Materials and Methods: Three treatment planning was performed for 15 patients with stage I~III NSCLC using different planning target volumes (PTVs) as follows: 1) PTVroutine, derived from the addition of conventional uniform margins to gross tumor volume (GTV) of a single bin, 2) PTVall phases (patient-specific PTV), derived from the composite GTV of all 6 bins of the 4DCT, and 3) PTVgating, derived from the composite GTV of 3 consecutive bins at end-exhalation. Results: The reductions in PTV were 43.2% and 9.5%, respectively, for the PTVall phases vs. PTVroutine and PTVgating vs. PTVall phases. Compared to PTVroutine, the use of PTVall phases and PTVgating reduced the mean lung dose (MLD) by 18.1% and 21.6%, and $V_{20}$ by 18.2% and 22.0%, respectively. Significant correlations were seen between certain predictive factors selected from the tumor mobility and volume analysis, such as the 3D mobility vector, the reduction in 3D mobility and PTV with gating, and the ratio of GTV overlap between 2 extreme bins and additional reductions in both MLD and $V_{20}$ with gating. Conclusion: The additional benefits with gating compared to the use of patient-specific PTV were modest; however, there were distinct correlations and differences according to the predictive factors. Therefore, these predictive factors might be useful for identifying patients who could benefit from respiratory-gated radiotherapy.
Kim, Myoungju;Im, Inchul;Lee, Jaeseung;Kang, Suman
Journal of the Korean Society of Radiology
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v.7
no.2
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pp.157-163
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2013
This study was to analyze quantitatively movement of planning target volume (PTV) and change of PTV volume through movement of diaphragm according to breathing phase. The purpose of present study was to investigate optimized respiration phase for radiation therapy of lung cancer. Simulated breathing training was performed in order to minimize systematic errors which is caused non-specific or irregular breathing. We performed 4-dimensional computed tomography (4DCTi) in accordance with each respiratory phase in the normalized respiratory gated radiation therapy procedures, then not only defined PTVi in 0 ~ 90%, 30 ~ 70% and 40 ~ 60% in the reconstructed 4DCTi images but analyzed quantitatively movement and changes of volume in PTVi. As a results, average respiratory cycle was $3.4{\pm}0.5$ seconds by simulated breathing training. R2-value which is expressed as concordance between clinically induced expected value and actual measured value, was almost 1. There was a statistically significant. And also movement of PTVi according to each respiration phase 0 ~ 90%, 30 ~ 70% and 40 ~ 60% were $13.4{\pm}6.4mm$, $6.1{\pm}2.9mm$ and $4.0{\pm}2.1mm$ respectively. Change of volume in PTVi of respiration phase 30 ~ 70% was decreased by $32.6{\pm}8.7%$ and 40 ~ 60% was decreased by $41.6{\pm}6.2%$. In conclusion, PTVi movement and volume change was reduced, when we apply a short breathing phase (40 ~ 60%: 30% duty cycle) range. Furthermore, PTVi margin considered respiration was not only within 4mm but able to get uniformity of dose.
In this study, we evaluated accuracy and usefulness of CyberKnife Respiratory Tracking System ($Synchrony^{TM}$, Accuray, USA) about a moving during stereotactic radiosurgery. For this study, we used moving phantom that can move the target. We also used Respiratory Tracking System called Synchrony of the Cyberknife in order to track the moving target. For treatment planning of the moving target, we obtained an image using 4D-CT. To measure dose distribution and point dose at the moving target, ion chamber (0.62 cc) and gafchromic EBT film were used. We compared dose distribution (80% isodose line of prescription dose) of static target to that of moving target in order to evaluate the accuracy of Respiratory Tracking System. We also measured the point dose at the target. The mean difference of synchronization for TLS (target localization system) and Synchrony were $11.5{\pm}3.09\;mm$ for desynchronization and $0.14{\pm}0.08\;mm$ for synchronization. The mean difference between static target plan and moving target plan using 4D CT images was $0.18{\pm}0.06\;mm$. And, the accuracy of Respiratory Tracking System was less 1 mm. Estimation of usefulness in Respiratory Tracking System was $17.39{\pm}0.14\;mm$ for inactivity and $1.37{\pm}0.11\;mm$ for activity. The mean difference of absolute dose was $0.68{\pm}0.38%$ in static target and $1.31{\pm}0.81%$ in moving target. As a conclusion, when we treat about the moving target, we consider that it is important to use 4D-CT and the Respiratory Tracking System. In this study, we confirmed the accuracy and usefulness of Respiratory Tracking System in the Cyberknife.
Kim Jae-Gyoun;Lee Dong-Han;Lee Dong-Hoon;Kim Mi-Sook;Cho Chul-Koo;Yoo Seong-Yul;Yang Kwang-Mo;Oh Won-Yong;Ji Young-Hoon
Progress in Medical Physics
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v.15
no.4
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pp.179-185
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2004
To deal with tumor motion from respiration is one of the important issues for the advanced treatment techniques, such as the intensity modulated radiation therapy (IMRT), the image guided radiation therapy (IGRT), the three dimensional conformal therapy (3D-CRT) and the Cyber Knife. Studies including the active breath control (ABC) and the gated radiation therapy have been reported. Authors have developed the device for reducing the respiration effects and the diaphragm motions with this device were observed to determined the effectiveness of the device. The device consists of four belts to immobilize diaphragm motion and the vacuum cushion. Diaphragm motions without and with device were monitored fluoroscopically. Diaphragm motion ranges were found to be 1.14 ~ 3.14 cm (average 2.14 cm) without the device and 0.72~1.95 cm (average 1.16 cm) with the device. The motion ranges were decreased 20 ~ 68.4% (average 44.9%.) However, the respiration cycle was increased from 4.4 seconds to 3.7 seconds. The CTV-PTV margin could be decreased significantly with the device developed in this study, which may be applied to the treatments of the tumor sited diaphragm region.
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2017.04a
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pp.1060-1061
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2017
방사선 로봇 시스템은 X-Ray를 이용하는 로봇 기반 자동 치료 시스템으로 방사선 치료계획 시스템, 방사선가속기, 방사선 치료 로봇, 호홉 추적 시스템, 스마트베드로 구성된다. X-Ray를 이용하는 치료 시스템인 관계로 안정적인 제어가 요구되며, 환자의 호흡에 의한 병소 위치 변위 발생에도 X-Ray를 병소에 정확하게 정량 조사해야한다. 본 논문에서는 방사선 로봇 시스템을 구성하는 서브시스템 간의 데이터 송수신 동기화와 시스템 안정성 확보, 그리고 시스템 통합을 위한 문서 작업을 획기적으로 줄이면서 시스템 통합을 단시간에 수행한 과정에 대하여 기술한다.
Purpose: To develop the respiration simulating phantom with thermocouple for evaluating 4D radiotherapy such as gated radiotherapy breathing control radiotherapy and dynamic tumor tracking radiotherapy. Materials and Methods: The respiration monitoring mask(ReMM) with thermocouple was developed to monitor the patient's irregular respiration. The signal from ReMM controls the simulating phantom as organ motion of patients in real-time. The organ and the phantom motion were compared with its respiratory curves to evaluate the simulating phantom. ReMM was used to measure patients' respiration, and the movement of simulating phantom was measured by using $RPM^{(R)}$. The fluoroscope was used to monitor the patient's diaphragm motion. relative to the organ motion, respectively. The standard deviation of discrepancy between the respiratory curve and the organ motion was 8.52% of motion range. Conclusion: Patients felt comfortable with ReMM. The relationship between the signal from ReMM and the organ motion shows strong correlation. The phantom simulates the organ motion in real-time according to the respiratory signal from the ReMM. It is expected that the simulating phantom with ReMM could be used to verify the 4D radiotherapy.
Studies on target motion in 4-dimensional radiotherapy are being world-widely conducted to enhance treatment record and protection of normal organs. Prediction of tumor motion might be very useful and/or essential for especially free-breathing system during radiation delivery such as respiratory gating system and tumor tracking system. Neural network is powerful to express a time series with nonlinearity because its prediction algorithm is not governed by statistic formula but finds a rule of data expression. This study intended to assess applicability of neural network method to predict tumor motion in 4-dimensional radiotherapy. Scaled Conjugate Gradient algorithm was employed as a learning algorithm. Considering reparation data for 10 patients, prediction by the neural network algorithms was compared with the measurement by the real-time position management (RPM) system. The results showed that the neural network algorithm has the excellent accuracy of maximum absolute error smaller than 3 mm, except for the cases in which the maximum amplitude of respiration is over the range of respiration used in the learning process of neural network. It indicates the insufficient learning of the neural network for extrapolation. The problem could be solved by acquiring a full range of respiration before learning procedure. Further works are programmed to verify a feasibility of practical application for 4-dimensional treatment system, including prediction performance according to various system latency and irregular patterns of respiration.
Jo, Young Pil;Seo, Dong Rin;Hong, Taek Kyun;Kang, Tae Yeong;Beck, Geum Mun;Hong, Dong Ki;Yun, In Ha;Kim, Jin San
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.26
no.2
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pp.247-256
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2014
Purpose : To assess target motion during radiotherapy by quantifying daily setup errors and inter-fractional and intra-fractional movements of pancreatic fiducials. Materials and Methods : Eleven patients were treated via stereotactic body radiotherapy (SBRT) with volumetric modulated arc therapy. Bony setup errors were calculated using cone beam computed tomography (CBCT). Inter-fractional and intrafractional fiducial (seed) motion was determined via cone beam computed tomography (CBCT) projections and orthogonal fluoroscopy. Results : Using an off-line correction protocol, setup errors were 0.0 (-1.7-4.0), 0.3 (-0.5-3.0), and 0.0 (-4.1-6.6) mm for the left-right, anterior-posterior, and superior-inferior directions respectively. Random inter-fractional setup errors in the mean fiducial positions were -0.1, -1.1, and -2.3 mm respectively. Intra-fractional fiducial margins were 9.9, 7.8, and 12.5 mm, respectively. Conclusion : Online inter-fractional and intra-fractional corrections based on daily kV images and CBCT expedites SBRT of pancreatic cancer. Importantly, inter-fractional and intra-fractional motion needs to be measured regularly during treatment of pancreatic cancer to account for variations in patient respiration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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