Effects of Arc Number or Rotation Range upon Dose Distribution at RapidArc Planning for Liver Cancer

Abstract

본 논문에서는 간암 환자를 대상으로 3차원입체조형치료와 세기조절방사선치료와 3종류의 래피드아크 치료를 위한 치료계획을 수행하여 각각의 선량분포와 선량 체적 히스토그램(Dose Volume Histogram, DVH)의 특성을 비교, 평가하고 이를 통해 래피드아크 치료 환자에 대한 적절한 갠트리 회전수의 범위를 제시하고자 하였다. 치료계획은 작은 종양의 용적을 가지며 내부 장기 및 종양의 움직임이 비교적 작은 간암환자를 대상으로 3차원입체조형치료와 세기조절방사선치료와 더블아크(double arcs)와 제한적인 트리플아크(limited triple arcs)와 멀티플아크(multiple arcs)치료에 대해 Eclipse 8.6 버전에서 시행하였다. 또한 치료계획 시 임상표적용적(Clinical Target Volume, CTV)과 치료표적용적(Planning Target Volume, PTV)에 동일한 최적화 조건을 적용하였고, 각각의 정상조직에는 개별적인 선량 제한치 적용대신 종양 주변 정상조직에서의 선량 감소율을 일괄적으로 적용하였다. 임상표적용적과 치료표적용적의 전체 몸에 적용한 치료계획 선량 제한치에 대한 실제 계산결과의 만족도는 래피드아크가 세기조절방사선치료보다 높았으며 래피드아크에서 더블아크와 제한적인 트리플아크와 멀티플아크는 만족도가 거의 동일하였다. 또한 각 치료계획에서 치료표적용적에 계획한 선량 제한치에 따라 SALT group이 제안한 Conformity Index (CI)가 0.98인 선량 분포범위에 처방선량을 결정하였다. 이때 RTOG에서 제안한 CI, Homogeneity Index (HI), Quality of Coverage (QOC)와 Lomax and Scheib에서 제안한 Healthy tissue conformity index (HTCI) 등을 평가하였다. 항목별로 차이는 있지만 총체적인 평가 결과는 멀티플아크가 전체적으로 좋았으며 모니터 단위 값의 비교에서도 멀티플아크가 가장 작았다. 본 연구를 통하여 래피드아크 치료는 기존에 시행하고 있는 3차원입체조형치료 또는 세기조절방사선치료 기법보다 더욱 최적의 선량 분포를 구현한다는 것을 알 수 있었다. 또한 래피드아크 치료계획에서 멀티플아크 치료계획은 더블 또는 제한된 트리플아크 치료계획보다 모니터 단위 값이 작고, 선량의 균질성 및 종양내의 최소선량은 비슷하거나 좋아지는 동시에 주변 정상조직에는 선량이 감소되는 것을 알 수 있었다.

In this paper, we evaluated the performance of 3D CRT, IMRT and three kind of RA plannings to investigate the clinical effect of RA with liver cancer case. The patient undergoing liver cancer of small volume and somewhat constant motion were selected. We performed 3D CRT, IMRT and RA plannings such as 2RA, limited triple arcs (3RA) and 3MRA with Eclipse version 8.6.15. The same dose volume objectives were defined for only CTV, PTV and body except heart, liver and partial body in IMRT and RA plannings. The steepness of dose gradient around tumor was determined by the Normal Tissue Objective function with the same parameters in place of respective definitions of dose volume objectives for the normal organs. The approach between the defined dose constraints and the practical DVH of CTV, PTV and Body was the best in 3MRA and the worst in IMRT. The DVHs were almost the same among RAs. Plans were evaluated using Conformity Index (CI), Homogeneity Index (HI) and Quality of coverage (QoC) by RTOG after prescription with dose level surrounding 98% of PTV in the respective plans. As a result, 3MRA planning showed the better favorable indices than that of the others and achieved the lowest MUs. In this study, RA planning is a technique that is possible to obtain the faster and better dose distribution than 3D CRT or IMRT techniques. Our result suggest that 3MRA planning is able to reduce the MUs further, keeping a similar or better targer dose homogeneity, conformity and sparing normal tissue than 2RA or 3RA.