Aperture Maneuver with Controlled Breath (AMC) for Moving Tumors

Abstract

Respiration causes target motion, which is known to be one of the technical bottlenecks in radiotherapy, especially for stereotactic radiosurgery (SRS) and intensity modulated radiotherapy (IMRT). To overcome this problem, aperture maneuver with controlled breath (AMC) has been developed. In order to simulate controlled respiratory motion, a moving phantom using a ventilator was designed. As the air flow was forced to a bellows, which simulates the lung, by a ventilator, a film connected to the bellows moved like the respiratory target motion. Software was developed to convert the multileaf collimator (MLC) motion from breathless condition to actual periodic breathing one. The small static fields as well as step-and-shoot IMRT fields were modified to follow the position of a moving target by maneuvering their beam apertures, using the controlled breathing information. Film dosimetry for the small field and IMRT fields with the moving phantom was performed. To evaluate clinical implementation, five healthy volunteers were tested to breathe through a ventilator, and all of them could adapt the controlled breath without any difficulties. Additive margins for a moving target with AMC were not larger than 3 mm for the respiratory amplitudes up to 18 mm, while those with the static beam were 9 mm. For the IMRT fields, large discrepancies were presented between a static target and a moving target with the static beam, while they coincided well with AMC. Clinically acceptable differences between the dose distributions from a static target with the static beam and from a moving target with AMC revealed that this technique could be applied in clinic.;호흡에 의한 종양의 움직임은 방사선치료, 특히 정위적 방사선수술과 세기조절 방사선치료에서 기술적인 문제의 하나로 알려져 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 호흡 조절에 의한 방사선 조사면 조종 (AMC) 기술이 개발되었다. 조절된 호흡의 움직임을 나타내기 위해, 인공호흡기에 의해 움직이는 팬톰이 설계되었다. 인공호흡기에 의해 공기가 폐를 나타내는 주름상자로 들어가면, 주름상자에 연결된 필름이 호흡에 의한 표적의 움직임처럼 운동한다. 다엽콜리메이터의 움직임을 호흡이 없는 상태에서 실제 주기적인 호흡의 상태로 변화시키는 프로그램을 작성하였다. 조절된 호흡 정보를 바탕으로 방사선 조사면을 조종함으로써, 작은 조사면과 세기조절 방사선치료 조사면이 움직이는 표적의 위치를 따라가도록 변화되었고, 움직이는 팬톰을 이용하여 필름 도시메트리를 수행하였다. 임상에서 사용여부를 확인해보기 위해, 다섯 명의 건강한 자원자들이 인공호흡기를 통해 호흡하는 것을 시험해보았고, 모두 어려움 없이 호흡 조절에 적응할 수 있었다. 작은 조사면에 대해서는, 움직이는 표적에 정지 방사선을 조사한 경우 장기의 움직임이 18 mm일 때까지 추가적인 마진이 9 mm이었던 것에 반해, AMC를 이용한 경우에는 3 mm를 넘지 않았다. 세기조절 방사선치료 조사면에 대해서는, 정지 표적에 정지 방사선을 조사한 경우와 움직이는 표적에 정지 방사선을 조사한 경우 큰 차이를 보였으나, AMC를 이용한 경우에는 두 표적에의 결과가 잘 일치했다. 정지 표적에 정지 방사선을 조사한 경우와 움직이는 표적에 AMC를 이용한 경우의 선량 분포의 차이가 임상적으로 받아들여질 수 있는 정도이므로, 이 기술은 임상적으로 적용될 수 있다.