Comparison of two different respiratory monitoring systems with 4D-CT images for target volume definition in patients undergoing para-aortic nodal irradiation

Objective: Today, respiratory movement can be monitored and recorded with different methods during a simulation on a four-dimensional (4D) computed tomography (CT) device to be used in radiotherapy planning. A synchronized respiratory monitoring system (RPM) with an externally equipped device is one of these methods. Another method is to create 4D images of the patient's breathing phases without the need for extra equipment, with an anatomy-based software program integrated into the CT device.
Our aim is to compare the RPM system and the software system (Deviceless) which are two different respiratory monitoring methods used in tracking moving targets during 4D-CT imaging and to assess their clinical usability.
Methods: Ten patients who underwent paraaortic nodal irradiation were enrolled. The simulation was performed using intravenous contrast material on a 4D-CT device with both respiratory monitoring methods. The right/left kidneys and renal arteries were chosen as references to evaluate abdominal organ movement. It was then manually contoured one by one on both sets of images. The images were compared volumetrically and geometrically after rigid reconstruction. The similarity between the contours was determined by the Dice index. Wilcoxon test was used for statistical comparisons.
Results: The motion of the kidneys in all three directions was found to be 0.0 cm in both methods. The shifts in the right/left renal arteries were submillimetric. The Dice index showed a high similarity in both kidney and renal artery contours.
Conclusion: In our study, no difference was found between RPM and Deviceless systems used for tracking and detection of moving targets during simulation in 4D-CT. Both methods can be used safely for radiotherapy planning according to the available possibilities in the clinic.

Paraaortik nodal ışınlama uygulanan hastalarda 4-boyutlu BT görüntüleri ile hedef hacim tanımlanmasında iki farklı solunum izleme sisteminin karşılaştırılması

Amaç: Günümüzde, solunum hareketi radyoterapi planlamasında kullanılmak üzere dört boyutlu (4D) bilgisayarlı tomografi (BT) cihazında simülasyon sırasında farklı yöntemlerle izlenebilmekte ve kaydedilebilmektedir. Bu yöntemlerden birisi harici donanımlı bir cihazla senkronize solunum izleme sistemi (RPM)’dir. Diğer yöntem ise bilgisayarlı tomografi cihazına entegre edilen, ekstra bir donanıma ihtiyaç duymadan anatomi tabanlı bir yazılım programı ile hastanın solunum evrelerinin 4 boyutlu görüntülerinin oluşturulmasıdır. Amacımız, 4D-CT görüntüleme sırasında hareketli hedeflerin izlenmesinde kullanılan iki farklı solunum izleme yöntemi olan RPM sistemi ile cihazsız izleme yapan yazılım sistemini karşılaştırmak ve klinik kullanılabilirliğini değerlendirmektir.
Yöntem: Paraaortik nodal ışınlama yapılan 10 hasta çalışmaya dahil edilmiştir. Simülasyon, 4D-CT cihazında her iki solunum izleme yöntemi ile intravenöz kontrast madde kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Abdominal organ hareketini değerlendirmek için sağ/sol böbrekler ve renal arterler referans olarak seçilmiştir. Her iki görüntü setinde böbrek ve renal arter volümleri tek tek manuel olarak konturlanmıştır. Rijit rekonstrüksiyon yapılarak görüntüler hacimsel ve geometrik olarak karşılaştırılmıştır. Konturlar arasındaki benzerlik Dice indeksi kullanılarak, istatistiksel karşılaştırmalar Wilcoxon testi ile yapılmıştır
Bulgular: Böbreklerin her üç yöndeki hareketi her iki yöntemde de 0.0 cm bulunmuştur. Sağ/sol renal arterlerdeki kaymalar submilimetrik düzeydedir. Dice indeksi hem böbrek hem de renal arter konturlarında yüksek düzeyde benzerlik göstermiştir.
Sonuç: Çalışmamızda, 4D-CT'de simülasyon sırasında hareketli hedeflerin takibi ve tespiti için kullanılan RPM ve cihazsız yazılım sistemleri arasında bir fark bulunmamıştır. Her iki yöntem de klinikteki mevcut imkanlara göre radyoterapi planlamasında güvenle kullanılabilir. (NCI-2023-3-17)