The Use of the Multislice CT for the Determination of Respiratory Lung Tumor Movement in Stereotactic Single-Dose Irradiation

Background:

In three-dimensional (3-D) precision high-dose radiation therapy of lung tumors, the exact definition of the planning target volume (PTV) is indispensable. Therefore, the feasibility of a 3-D determination of respiratory lung tumor movements by the use of a multislice CT scanner was investigated.

Patients and Methods:

The respiratory motion of 21 lung tumors in 20 consecutively treated patients was examined. An abdominal pressure device for the reduction of respiratory movement was used in 14 patients. Two regions of the tumor were each scanned repeatedly at the same table position, showing four simultaneously acquired slices for each cycle. Stereotactic coordinates were determined for one anatomic reference point in each tumor region (Figure 1). The 3-D differences of these coordinates between the sequentially obtained cycles were assessed (Figure 2), and a correlation with the tumor localization was performed.

Results:

In the craniocaudal (Z-)direction the mean tumor movement was 5.1 mm (standard deviation [SD] 2.4 mm, maximum 10 mm), in the ventrodorsal (Y-)direction 3.1 mm (SD 1.5 mm, maximum 6.7 mm), and in the lateral (X-)direction 2.6 mm (SD 1.4 mm, maximum 5.8 mm; Figures 3 to 5). Inter- and intraindividual differences were present in each direction. With an abdominal pressure device no clinically significant difference between tumors in different locations was seen.

Conclusion:

The 3-D assessment of lung tumor movements due to breathing is possible by the use of multislice CT. The determination, indispensable to the PTV definition, should be performed individually for several regions, because of the inter- and intraindividual deviations detected.

Hintergrund:

Die dreidimensionale Hochdosispräzisionsbestrahlung von Lungentumoren erfordert eine exakte Definition des Planungszielvolumens (PTV). Daher wurde die Möglichkeit des Einsatzes eines Mehrzeilen-CT-Geräts zur dreidimensionalen Bestimmung der Tumorbewegung in der Lunge untersucht.

Patienten und Methodik:

In 20 konsekutiv behandelten Patienten wurde die atembedingte Bewegung von 21 Tumoren untersucht. Eine Abdominalkompression zur Minimierung der Atembewegung kam bei 14 Patienten zum Einsatz. Zwei unterschiedliche Tumorregionen wurden jeweils wiederholt ohne Tischvorschub in einer Auflösung von vier simultan akquirierten Schichten über eine Distanz von 1 cm gescannt (sechs Wiederholungen, Scanzeit 0,75 s, Abstand 3 s, Schichtdicke 2,5 mm). Ein anatomischer Referenzpunkt in beiden Tumorregionen wurde festgelegt, und stereotaktische Koordinaten dieses Punkts wurden in jeder Wiederholung bestimmt (Abbildung 1). Die maximale Differenz dieser Koordinaten wurde in allen drei Raumrichtungen berechnet (Abbildung 2) und mit der Tumorlokalisation korreliert.

Ergebnisse:

Die mittlere Bewegung betrug in kraniokaudaler Richtung 5,1 mm (Standardabweichung [SD] 2,4 mm, Maximum 10 mm), in ventrodorsaler 3,5 mm (SD 1,5 mm, Maximum 6,7 mm) und in mediolateraler Richtung 2,6 mm (SD 1,4 mm, Maximum 5,8 mm; Abbildungen 3 bis 5). In jeder Raumrichtung gab es inter- und intraindividuelle Unterschiede. Unter Verwendung der Abdominalkompression war kein signifikanter Einfluss der Tumorlokalisation auf die Atembeweglichkeit nachzuweisen.

Schlussfolgerung:

Der Einsatz der Mehrzeilen-CT für die dreidimensionale Bestimmung von atembedingten Lungentumorbewegungen ist möglich. Die zur Definition des PTV notwendige Bestimmung sollte aufgrund der nachgewiesenen inter- und intraindividuellen Unterschiede individuell in mehreren Tumorregionen erfolgen.