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문제 정의
- 적절한 정도보증 절차를 확립하고자 하였다. 또한 국내 여건 하에서 세기조절방사선치료에 대한 적절한 정도 보증 절차를 확립하고 환자 1예에 대한 시행결과를 보고하고자 한다.
- 본 저자들은 세기 조절방사선치료의 임상적 용을 준비하면서 이러한 복잡도를 감안하여 올바른 치료를 입증할 수 있는 적절한 정도보증 절차를 확립하고자 하였다. 또한 국내 여건 하에서 세기조절방사선치료에 대한 적절한 정도 보증 절차를 확립하고 환자 1예에 대한 시행결과를 보고하고자 한다.
제안 방법
- 준하여 시행되고 있다." Pinnacle* 광자선의 선량계산 알고리즘으로 모델기반인 oosvolution/superposon 방법을 사용하며, 사용자 광자선의 특성에 따라 입사빔의 에너지분포 및 측방 에너지분포 변화{flattening filter에 의한 beam softening), 측방 광자선의 세기 변화(horn 현상), 광자선원의크기 및 target 외에 primary collimator와 flattening filter 등으로부터 형성되는 extrafocal radiation (penumbra의 형태) 등을 계산하기 위한 파라미터들을 사용자 빔의 측정데이터와의 fitting을 통하여 구한다. 비록 이들 파라미터들은 특정 조건으로부터 얻어지지만 일반적인 조사빔에 대하여도 적절한 계산이 이루어져야 한다.
- 이를 이용하여 상대선량분포를 평가하기 위해 각 조사빔을 팬 톰에 수직 입사시켜 10 cm 깊이에서의 평면 선량분포를 계산, 필름으로 측정된 선량분포와 비교하였다饵ig. 4B) 보다정확한 선량 검증을 위해 선형배열다중검출기를 사용하여다엽콜리메이터의 운동방향으로 중심 leaf에 대한 측방선량분포를 각 조사빔에 대해 측정하였다. 선형배열다중검출기는 0.
- 치료계획 및 측정을 시행하였다. Fig. 10A에서와 같이 C 자 형태의 치료계획용적(Planning Target Volume; PTV) 및 방사선 민감 장기를 포함한 가상 치료계획을 시행하여 40 ° 간격으로 동일면 상에 배치된 9개 빔과 이에 따른 분할 조사 빔들을 얻었다. 이들 빔들을 30 X 30 crrf의 고체 물팬톰 내에 조사하여, 계획선량과 전달 선량의 일치여부를 평가하였다.
- 10. Test plan of C-shaped target with 9-field intensity modulated beams arranged by 40 degrees equi-angular steps, i.e. 0, 40, 80, 120, 160, 200, 240, 280, and 320 degrees (A). (B) Isocenter dose verification with Pinpoint micro ionization chamber in 30 x 30 cm2 solid-water phantom.
- 각 조사빔 내 방사선세기분포를 확인하기 위해 계산된 선량 분포와 실제 전달된 선량을 필름을 사용하여 측정하였다. 그 중에서 갠트리 각도 60도에 해당하는 조사빔에 대한 비교 결과를 Fig.
- 비록 이들 파라미터들은 특정 조건으로부터 얻어지지만 일반적인 조사빔에 대하여도 적절한 계산이 이루어져야 한다. 그러나 본원에서는 기존의 Pinnacle3 에 대한 전산화치료계획장치 commissioning이 3차원 입체 조형 치료, 즉 비교적 큰 조사면에 대해 이루어 졌기 때문에 세기 조절 방사선치료를 위해서는 beamlet의 크기를 고려하여 소조 사면에 대해 선량계산이 적절히 이루어지는지 확인하고 재차 commission을 실시하였다. Pinnacle, 을 사용하여 얻어지는 intensity pattern의 최소단위는 0.
- 5 cm 근처에서도 5% 가량 계산치가 크게 나타나는데 이는 빔 경계 바로 바깥쪽에서 선량이 크게 계산되는, 즉 반음 영이 실제 보다 완만하게 모델링된데 따른 것으로 판단된다. 또한 0 cm을 지나면서 매우 좁은 선량 감소가 측정 상에서 관측되고 있는데, 이는 leaf 위치에 따른 오차로 평가하였다.
- 이들 빔들을 30 X 30 crrf의 고체 물팬톰 내에 조사하여, 계획선량과 전달 선량의 일치여부를 평가하였다. 또한 isocenter를 포함하는 횡단면의 선량분포를 EC-L 필름을 사용하여 측정, 계획선량과 비교하였다.
- 4 crj의 iso-octan 액체형 검출기가 8 mm 간격으로 47개 배열된 검출기이다. 선형배열검출기내의 각 소자들의 선량 빈:응도에 따른 교정은 도입 당시 제작사 측에서 제공된 교정값을 사용하였으며, 교정용 전리함과의 비교 측정을 통하여 선형배열검출기의 계측치를 절대 선량값으로 환산하였다. 또한 9〜14개의 분할 조사빔들로 구성된 한 port를 조사하는데 소요되는 시간은 평균 250초 가량으로 이 시간동안의 전리계 leakage는 측정하고자 하는 선량의 1% 미만인 것으로 확인하였다'
- 세기 조절방사선치 료의 임상적 용에 앞서 전산화치료계획 시스템에 대한 beam commissionmg, inverse planning, static IMRT를 위한 leaf conversion의 정확성 여부를 평가하고, 필요한 QA 절차를 확립할 목적으로 고체물팬톰을 사용하여 가상 치료계획 및 측정을 시행하였다. Fig.
- 4A). 이 치료계획에는 6개의 조사빔(갠트리각도 60°, 90°, 120°, 240°, 270°, 300°)과 각각 14, 9, 14, 14, 10, 13개의 분할빔으로 구성되어 있다.
- 10A에서와 같이 C 자 형태의 치료계획용적(Planning Target Volume; PTV) 및 방사선 민감 장기를 포함한 가상 치료계획을 시행하여 40 ° 간격으로 동일면 상에 배치된 9개 빔과 이에 따른 분할 조사 빔들을 얻었다. 이들 빔들을 30 X 30 crrf의 고체 물팬톰 내에 조사하여, 계획선량과 전달 선량의 일치여부를 평가하였다. 또한 isocenter를 포함하는 횡단면의 선량분포를 EC-L 필름을 사용하여 측정, 계획선량과 비교하였다.
- 그러나 Siemens사의 콜리메이터시스템의 경우, 치료중심점까지의 거리가 비교적 길어 필름상의 radiation field의 반음영영역의 폭이 커서, 그 경계를 육안으로 결정하기가 쉽지 않다. 이로 인해 Kght filed와의 일치도를 결정하는데 있어 1 mm 정도의 불확정도를 갖는 것으로 평가하였다. 기존의 치료방법에 있어서는 이 정도 크기의 오차는 허용가능하며, 실제 제작사의 사양에서는 ±2 mm를 허용범위로 인정하고 있는 실정이다.
- 특히 하나의 조사빔이 세기변조를 위해 여러개로 분할 조사되기 때문에 이들분할된 빔들의 경계와 경계가 정확히 일치되어야 한다. 이를 검증하기 위해 5 cm X 40 cm 크기의 조사면을 다엽콜리메이터의 이동방향으로 5 cm씩 옮겨가면서 Fig. 2에서와 같이 KODAK XV필름 상에 중첩 조사하여 서로 마주 대하고 있는 leaf 쌍의 위치의 일치성을 평가하였다.
- 5x1 cm2 이다. 이를 위해 0.4X1 cm2, lxl cm2, 2x2 cm2 조사면에 대한 깊이 선량 분포와 측방 선량분 포를 0.015 cc 미소전리함과 다이오드 선량계를 사용하여 측정하였다 또한 조사면에 대한 출력 인자를 얻기 위해 필름, 다이오드 미소전리함을 사용하여 측정, 비교하였다.
- 이를 이용하여 상대선량분포를 평가하기 위해 각 조사빔을 팬 톰에 수직 입사시켜 10 cm 깊이에서의 평면 선량분포를 계산, 필름으로 측정된 선량분포와 비교하였다饵ig. 4B) 보다정확한 선량 검증을 위해 선형배열다중검출기를 사용하여다엽콜리메이터의 운동방향으로 중심 leaf에 대한 측방선량분포를 각 조사빔에 대해 측정하였다.
- 이를이용하여 본원에서 세기조절방사선치료를 받은 전립선암 환자를 대상으로 치료를 시행하기 위해 얻은 치료계획과 동일한 분할 조사빔들과 각각의 조사량값)을 가지고 팬톰 내에서 선량계산을 다시 시행하여 팬톰내 치료중심점에서의절대선량을 측정, 계산 값과 비교하였다(Fig. 4A). 이 치료계획에는 6개의 조사빔(갠트리각도 60°, 90°, 120°, 240°, 270°, 300°)과 각각 14, 9, 14, 14, 10, 13개의 분할빔으로 구성되어 있다.
- 절대선량 및 상대선량을 평가하기 위해 물팬톰 MP3-S(PTW, 독일)와 Plastic Water 고체 팬톰(1clear Associates, 미국)을 사용하여, 미소전리함으로는 측정용적이 0.015 cc인 PinPoini전리함(PTW, 독일)과 Unidose전리계(PTW, 독일), 다이오드선량겨)(Scanditroni% 스웨덴), 그리고 필름 선량계는 Lumiscan75 (Lumisys, 미국)와 XV필름 및 EC-L필름(KODAK, 미국)을 이용하였고 동시에 여러 위치에서의 선량측정을 위해 측방선량분포 측정용 선형배열다중검출기(array detector)인 LA48 (PTW, 독일)을 사용하였다. 세기조절방사선치료의 임상 적용을 위해 본원에서 시행한 각 항목별 정도보증 절차는 아래와 같으며, 전체적인 개괄을 Fig.
- 지금까지의 통상적인 방사선 치료면에 대한 정도관리 즉, 콜리메이터의 위치 조정 및 확인은 Hght Held와 radiation filed 를 일치시키고, 이들의 일치를 전제로 Hght field를 기준으로하여 콜리메이터 및 MIC 각 leaf의 위치 조정을 시행하였다. 그러나 Siemens사의 콜리메이터시스템의 경우, 치료중심점까지의 거리가 비교적 길어 필름상의 radiation field의 반음영영역의 폭이 커서, 그 경계를 육안으로 결정하기가 쉽지 않다.
대상 데이터
- 본원에서는 세기 조절 방사선치 료를 시행하기 위해 기존의 3차원 전산화치료계획시스템 (Radiation Treatment Planning System; RTP)인 Himacle3 (ADAC, 미국)에 역방향 치료계획이 가능하도록 추가된 pWt와 다엽콜리메이터가 부착된 방사 선치료용 선형가속기로는 Primus (Siemens, 미국)를 사용하였다. 절대선량 및 상대선량을 평가하기 위해 물팬톰 MP3-S(PTW, 독일)와 Plastic Water 고체 팬톰(1clear Associates, 미국)을 사용하여, 미소전리함으로는 측정용적이 0.
성능/효과
- 3A에 나타낸 필름 상에서 중앙에 위치한 leaf에 대해 스캔한 프로파일을 나타낸 것이다. XI, X2 leaf에 대한 위치 정확도는 05 mm 내외 인 것으로 평가되었으며, 이들이 중첩되는 부분에서 약 1 mm에 해당되는 영역에서 und^dose 되는 것을 괸측하였다.
- 10는 PmPoint 미소전리함을 이용하여 고체물팬톰 내치료중심점에서 치료선량을 2회에 걸쳐 측정한 결과이다. 각조사빔 별로는 최대 10% 오차가 관측되었으나, 이는 팬톰내미소전리함의 측정점이 치료중심점에 정확히 일치되지 않은데 기인된 오차로 판단되며, 전체 조사빔에 대한 차이는 2% 이내로 측정되었다.
- 지금까지 발표된 자료를 토대로 보면, 저자들과 같이 세기조절방사선치료에 대한 특정 위치에서의 절대선량 측정 시 개별 빔의 선량을 따로 따로 측정한 보고는 없다. 개별 빔에 대한 오차는 10% 까지 차이를 보이고 있지만 전체 9개 빔 중 이들 빔에의한 선량 기여도를 감안한다면(본 치료계획의 경우 23 cGy/ 200 cGy), 전체 선량에 대한 오차에서 보듯이 2% 미만으로잘 일치하는 것으로 평가하였다.
- 결론적으로 본원에서는 팬톰 내에서의 치료중심점과 같이특정 지점에서의 절대선량 확인 및 필름 혹은 선형배열다중검출기를 사용한 세기분포 패턴의 확인 과정을 통하여, 이를적절히 병행하여 사용함으로써 세기조절방사선치료에 적합한 정도관리를 시행할 수 있었다.
- 선형배열검출기내의 각 소자들의 선량 빈:응도에 따른 교정은 도입 당시 제작사 측에서 제공된 교정값을 사용하였으며, 교정용 전리함과의 비교 측정을 통하여 선형배열검출기의 계측치를 절대 선량값으로 환산하였다. 또한 9〜14개의 분할 조사빔들로 구성된 한 port를 조사하는데 소요되는 시간은 평균 250초 가량으로 이 시간동안의 전리계 leakage는 측정하고자 하는 선량의 1% 미만인 것으로 확인하였다';
- 조사면이 직아지면서 측방선량분포가 정규분포 형태를 띄게 되므로 빔 축 상의 선량을 과소 평가하는 것으로 추론된다. 미소전리함의체적 효과를 감소시키기 위해, 미소전리함의 축방향이 조사 빔에 나란하도록 설치하여, 측정해 본 결과 04X1 cm2 조사 면에서 출력이 5% 증가하여 다이오드 측정치와 5% 내에서 일치하였다. 보다 정확한 출력 결정을 위해서는 이러한 이온 전리함의 유한 크기에 대한 컨벌루션 커널을 구하여 적용시킴으로써 얻을 수 있을 것으로 보고되고 있다.
- 다른 조사빔에 대한 결과도 비슷한 양상을 보여주었다. 비교 결과, 조사빔 영역 밖에서는 계산치가 2% 가량 과소평가되는 것으로 나타났으며, 이것은 leaf trnsmission을 과도하게 평가하고 있기 때문인 것으로 생각한다. 저자들이 사용한 Pinnacle3 전산화치료계획시스템은 아직까지 Siemens의 X- jaw를 대체한 MLC를 충분히 지원하지 못하고 있다.
- 5 mm), 그리고 필름을 사용하여 6 MV 광자선의 4X4 cm2 조사면에 대한 측방 선량 분포를 측정한 결과이다. 위치분해능이 가장 우수한 필름측정 결과를 기준으로 볼 때, 0.125 cc 이온전려함의 경우, 80-20% 반음영 영역의 크기가 필름에 비해 2 mm 가량 크게 나타났으며, 미소전리함과 다이오드선량계는 0.125 cc 전리함과 필름의 중간정도에 위치해 있는 것을 알 수 있었다. 세기조절방사선치료에 있어 하나의 조사빔은 세기변조를 위해 여러개로 분할 조사되기 때문에 조사면내의 임의의 한점이 받는 선량의 상당부분은 분할된 조사빔 영역 밖에서기여하게 된다.
후속연구
- 특히 세기변조방사선 치료와 같이 소조사면에 대한 정밀한 측정데이터를 얻기 위해서는 적절한 선량 측정 장비를 사용하는 것이 중요하다 하겠다. 또한, 단순한 형태로부터 임상 직전 단계까지 복잡도를 증가시켜 가면서 여러 가상 치료 조건을 설정하여, 이들 치료계획 하에서 얻어진 계산 선량과 이를 측정을 통하여 확인하여 봄으로써 문제점을 분석, 해결 가능한 문제들은 개선해 나가고 치료계획시스템의 계산 정확도를 파악하고 있어야 할 것으로 사료된다.
- 기존의 치료방법에 있어서는 이 정도 크기의 오차는 허용가능하며, 실제 제작사의 사양에서는 ±2 mm를 허용범위로 인정하고 있는 실정이다. 세기조절방사선치료를 위해서는 보다 정확한 leaf 위치 결정방법이 필요하며, 이를 위해 정도관리가 잘 된필름 선량계를 적극 활용해야 할 것으로 판단된다. Leaf 위치의 재현성을 평가하기 위해 수평방향으로 갠트리를 회전하여 동일한 측정을 해본 결과, 0.
- 그러나 치료계획시스템의 선량계산 자체의 정확성이 전산화치 료계획시스템의 commissioning 단계에서 이미 충분히 검증되었다면, 세기 조절 방사선치료에 있어 가장 중요한 정도보증 항목은 각각의 분할된 조사빔들이 전산화치 료 계획시스템으로부터 치료기로 정확히 전달되었는지를 확인하는 절차이다. 이를 위해 필름측정 후 계산된 선량분포와 비교하는 방법은 전체적인 선량 분포 패턴을 한눈에 알아볼 수 있는 장점을 가지고 있으나, 이를 정량적인 분석 방법으로 사용하기 위해서는 분석 방법의 개발이 따라야 할 것으로 사료된다. 선형배열다중검출기을 사용한 평가 방법은 3차원 물팬톰시스템과 연계하여 정확한 위치 지정이 가능하고 정량적 분석이 가능한 반면, 모든 beamlet에 대한 선량확인이 현실적으로 불가능하다는 단점을 가지고 있다.
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