Intrafractional motion of patients such as respiratory motion during radiation treatment is an important issue of image-guided radiotherapy (IGRT). Accuracy of treatment beam delivery degrades as motion range increases. For respiratory motion management during radiation treatment, three-dimensional (3D) real-time tumor position have to be tracked precisely first. Our purpose is real-time target position tracking during stereotactic body radiation therapy (SBRT) with existing linear accelerator system. For this purpose, we developed 3D motion trajectory reconstruction method using interdimensional correlation model (IDCM) between 3D real target position and projected target position on 2D images from gantry-mounted kV on-board imaging system (OBI). Accuracy of the trajectory reconstruction was evaluated by simulating cone-beam CT (CBCT) image scanning and SBRT treatment. Then we developed a robotic-based patient immobilization system and its control system which can utilize the tracked target motion data to reduce tumor motion range during radiation treatment. First, a small-sized prototype was established with an industrial miniature robot. Required parameters for control system operation such as coordinate transformation and calibration were measured and evaluated with the development of prototype system. After developing and assessment of the control system with the prototype device, feasibility test was conducted for real-sized patient immobilization system with large industrial robot and couch. The performance of both prototype and real-sized device was evaluated with a respiratory motion phantom. In conclusion, the proposed target positon estimation method and the developed motion compensation system are expected to improve accuracy of treatment delivery in SBRT.
방사선치료에 있어서 환자의 호흡 등으로 발생하는 종양의 움직임은 정확한 빔 전달과 치료효과를 저해하는 요인으로서 중요한 문제로 다뤄지고 있다. 방사선치료 시 종양의 운동을 관리하기 위하여, 먼저 3차원 종양의 위치를 정확히 알아야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 기존의 선형가속기 시스템 내에서 정위적 방사선치료 중 실시간으로 종양의 움직임을 추적하고자 하였다. 이를 위하여 선형가속기에 장착되어있는 온보드 영상장치를 통하여 투사영상을 얻고, 영상데이터와 종양위치간의 상관관계 모델을 이용하여 3차원 종양궤도를 재건하는 방법을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 방법을 평가하기 위하여, 사이버나이프로부터 얻은 실제 환자 데이터를 바탕으로 콘빔CT 영상 촬영 및 정위적 방사선치료 상황을 시뮬레이션하여, 종양위치 재건의 정확도를 평가하였다. 또한 추적된 종양위치 데이터를 바탕으로 종양의 움직임을 보정하기 위하여 로보틱스 기반 환자 고정장치와 제어 시스템의 개발하였다. 우선 좌표계 변환과 칼리브레이션 등 시스템 제어 구동에 필요한 변수의 측정 및 계산을 위하여 소형 프로토타입 시스템을 구축 및 평가하였다. 다음으로 실제 환자를 고정할 수 있는 대형화된 스케일의 시스템을 구축하여, 실제 치료 환경에서 본 연구에서 개발한 시스템의 적용 타당성을 검토하였다. 본 연구에서 개발한 방사선 치료 시 종양의 위치 추적 및 움직임 보정 시스템을 통하여, 종양에 대한 정밀한 빔 전달 및 정상조직 보호를 통한 치료 효과 향상 및 부작용 완화 효과를 얻을 것으로 기대된다.
