Motion monitoring during a course of lung radiotherapy with anchored electromagnetic transponders

PurposeAnchored electromagnetic transponders for tumor motion monitoring during lung radiotherapy were clinically evaluated. First, intrafractional motion patterns were analyzed as well as their interfractional variations. Second, intra- and interfractional changes of the geometric transponder positions were investigated.Materials and methodsIntrafractional motion data from 7 patients with an upper or middle lobe tumor and three implanted transponders each was used to calculate breathing amplitudes, overall motion amount and motion midlines in three mutual perpendicular directions and three-dimensionally (3D) for 162 fractions. For 6 patients intra- and interfractional variations in transponder distances and in the size of the triangle defined by the transponder locations over the treatment course were determined.ResultsMean 3D values of all fractions were up to 4.0, 4.6 and 3.4 mm per patient for amplitude, overall motion amount and midline deviation, respectively. Intrafractional transponder distances varied with standard deviations up to 3.2 mm, while a maximal triangle shrinkage of 36.5% over 39 days was observed.ConclusionsElectromagnetic real-time motion monitoring was feasible for all patients. Detected respiratory motion was on average modest in this small cohort without lower lobe tumors, but changes in motion midline were of the same size as the amplitudes and greater midline motion can be observed in some fractions. Intra- and interfractional variations of the geometric transponder positions can be large, so for reliable motion management correlation between transponder and tumor motion needs to be evaluated per patient.ZusammenfassungZielVerankerte, elektromagnetische Transponder für die Bewegungserkennung des Tumors während der Strahlentherapie der Lunge wurden klinisch evaluiert. Dafür wurden intrafraktionelle Bewegungsmuster und ihre interfraktionellen Variationen analysiert und intra- und interfraktionelle Veränderungen der geometrischen Transponderpositionen untersucht.Material und MethodenIntrafraktionelle Bewegungsdaten von 7 Patienten mit einem Ober- oder Mittellappentumor und je drei implantierten Transpondern wurden benutzt, um Atemamplituden, Gesamtbewegungsaufkommen und Bewegungsmittellinien für die drei zueinander senkrechten Bewegungsrichtungen und dreidimensional (3D) in 162 Fraktionen zu berechnen. Für 6 Patienten wurden intra- und interfraktionelle Variationen der Transponderabstände und der Größe des von den Transponderpositionen definierten Dreiecks im Therapieverlauf bestimmt.ErgebnisseDie mittleren 3D-Werte aller Fraktionen pro Patient ergaben bis zu 4,0, 4,6 und 3,4 mm für Amplitude, Gesamtbewegungsaufkommen und Mittellinienveränderung. Intrafraktionelle Transponderabstände variierten mit Standardabweichungen von bis zu 3,2 mm, während eine maximale Verkleinerung der Dreiecksgröße um 36,5 % über 39 Tage beobachtet wurde.SchlussfolgerungElektromagnetische Echtzeit-Bewegungserkennung war für alle Patienten durchführbar. In dieser kleinen Patientenkohorte ohne Unterlappentumore war die detektierte Atembewegung im Mittel moderat. Jedoch waren Veränderungen der Bewegungsmittellinie in der gleichen Größe wie die Atemamplituden; in einzelnen Fraktionen konnten größere Mittellinienbewegungen beobachtet werden. Intra- und interfraktionelle Variationen der geometrischen Transponderpositionen können erheblich sein, so dass für ein zuverlässiges Bewegungsmanagement die Korrelation zwischen Transponder- und Tumorbewegung für jeden Patienten untersucht werden sollte.