Study of Variation of Internal Taget Volume between 4DCT and Slow-CT in Respiratory Patterns Using Respiratory Motion Phantom

Abstract

본 연구에서는 호흡 동조 구동 팬톰을 이용하여 5가지의 호흡패턴에 따른 4DCT와 Slow-CT의 내부표적체적(ITV) 변화를비교 분석하였다. 각 호흡패턴마다 호흡주기 1∼4초와 표적 진폭 1∼3 cm를 적용하여 4DCT와 Slow-CT를 각 3회 촬영하였다. 촬영한 영상들은 Eclipse 치료계획 시스템으로 표적을 윤곽 묘사하고 내부표적체적(ITV) 길이와 체적을 측정하였으며, 4DCT, Slow-CT의 ITV 길이와 체적의 평균값을 이론값과 비교하여 분석하였다. 4DCT에서의 ITV 길이와 체적은 호흡주기가 길수록, 표적 진폭이 짧을수록 이론값과의 차이가 감소하는 경향을 보였다. Slow-CT에서는 표적 진폭이 커질수록 4DCT와 마찬가지로 이론값과의 차이가 커졌으나 호흡주기에 따른 ITV 길이와 체적의 변화는 호흡주기 1초에서 가장 이론값 비슷하였고 2∼4초 내에서는 재현성의 변화가 근소했다. 호흡패턴에 따라서는 4DCT, Slow-CT 모두 ITV 길이와 체적에 대해 A패턴에서 가장 높은 재현성을 보였고, B, C, D패턴은 서로 비슷한 차이를 보였으며 E패턴은 다른 네패턴에 비해 이론값과의 차이가 가장 컸다. 4DCT에 대한 Slow-CT의 ITV 길이와 체적의 차이는 모든 호흡패턴에 대하여호흡주기가 길수록, 표적 진폭이 클수록 증가하였다. 4DCT와 Slow-CT 영상간의 ITV 길이 및 체적에 대한 재현성을 비교했을 때 Slow-CT가 4DCT에 비해 평균적으로 약 22% 낮았으며, 호흡패턴에 따라 상, 하 방향에 대해 표적의 재현성이달라졌다. A, B, C패턴의 경우 상, 하 방향으로 3 mm, E패턴은 상 방향에 비해 하 ?향에서 5 mm의 차이를 보인 반면에D패턴에서는 상 방향으로는 차이가 없었으나 하 방향으로 1.45 cm의 차이가 났다. 따라서 4DCT에 대하여 Slow-CT에표적 움직임을 고려한 여유를 설정할 경우에는 호흡패턴에 따라 상, 하 방향에 다른 여유를 정의해야 한다고 판단된다.향후 환자의 호흡신호를 바탕으로 CT 영상을 분석할 때 본 연구에서 수행한 데이터가 유용하게 사용될 것으로 사료된다.The objective of this study is to investigate the difference of ITV lengths and ITVs between 4DCT and Slow-CTimages according to respiratory patterns using a respiratory motion phantom. The respiratory periods 1∼4 sand target motion 1∼3 cm were applied on each respiratory pattern. 4DCT and Slow-CT images were acquiredfor 3 times. 4DCT and Slow-CT ITVs were measured with contouring the target in the Eclipse RTP system. Themeasured ITV lenghts and ITVs in 4DCT and Slow-CT images were compared to the known values. For the ITVlengths and ITVs in the 4DCT, the difference of them were reduced as the respiratory period is longer and targetmotion is shorter. For the Slow-CT, there was same tendency with change in 4DCT ITV lengths and ITVs abouttarget motion. However, the difference of ITV lengths and ITVs for the respiratory periods were the lowest inrespiratory period 1 second and different slightly within respiratory period 2-4 seconds. According to therespiratory patterns, pattern A had the highest reproducibility. Pattern B, C and D were showed the differencesimilar to each other. However, for pattern E, the reproducibility was the lowest compared with other four patterns.The difference of ITV lengths and ITVs between Slow-CT and 4DCT was increased by increasing the respiratoryperiods and target motion for all respiratory patterns. When the difference of Slow-CT ITV lengths and ITVs werecompared with that of 4DCT ITV lengths and ITVs, Slow-CT ITV lengths and ITVs were approximately 22 % smallerthan 4DCT, and the representations of target were different in each pattern. In case of pattern A, B and C,length difference was 3 mm at S (superior) and I (inferior) direction, and the length difference of pattern D was1.45 cm at only “I” direction whereas the length difference of pattern E was 5 mm longer in “S” direction than“I” direction. Therefore, the margin in SI directions should be determined by considering the respiratory patternswhen the margin of Slow-CT is compensated for 4DCT ITV lengths. Afterward, we think that the result of thisstudy will be useful to analyze the ITV lengths and ITVs from the CT images on the basis of the patient respiratorysignals.