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문제 정의
- 본 연구의 목적은 유방암 환자에서 breast board를 이용한 방사선 치료시, 환자를 고정할 때 cranio-caudal 방향으로 발생할 수 있는 오차를 줄이고, breast board가 좌우로 기울어짐을 방지하는 방법론을 연구하여, 궁극적으로 방사선 치료의 물리학적 재현성을 향상시키는 것이다.
- 악성 종양의 방사선 치료시 방사선이 종양 부위에 정확히 조사되기 위하여, 환자 위치 및 자세의 재현성 구현은 중요한 문제이다. 재현성 구현을 위한 기존의 방법론의 한계를 개선하기 위해 본 연구에서는 환자 위치 및 자세 고정에 관련된 cranio-caudal 방향 오차와, breast board의 좌우 기울어짐을 개선하기 위해 3가지의 장치를 고안하여 그 효용성을 검증하였다.
가설 설정
- 시 간의 차이를 두고 동일한 자원자에 대하여 수회 측정을 반복하여 데이터를 정리하고, 표준 편차를 구하였다. 이 때, 표준편차의 크기를 재현성의 척도로 가정하였다. 먼저, 기존의 오목한 두개골 판이 장착된 breast board를 이용하여 각각 50 kg, 70 kg의 체중을 가진 자원자 2명에 대해 5단계의 board 높이에 따라 각각 10회씩 실험을 실시하였다.
제안 방법
- , Korea)에 격자형태의 구멍이 있는 아크릴판을 부착하여 breast board 상의 격자에 맞추어 조정할 수 있도록 개조된 기구이다. Breast board에 있는 격자는 1 inch 간격이지만, 개선된 두경부 지 지대에는 엇갈린 형식의 0.5 inch 간격 격자를 가짐으로써, 0.5 inch 간격으로 환자의 신체적인 조건에 최적화할 수 있도록 고안하였다(Fig. 1C, D).
- 계단형 고정장치가 매번 설치시의 번거로움이나, 방사선사가 불편함을 느끼는 등의 단점을 가지고 있기에, 이를 개선하여 팔걸이형으로 장치를 개발하였다. 초기 모델은 아크릴판을 재료로 제작되었으나, 쉽게 파손될 위험이 있기 때문에, 인장강도가 높아서 하중을 효과적으로 견딜 수 있는 알루미늄 합금(두랄루민)으로 재제작되었다.
- 마지막으로 무게의 편중을 정량적으로 구현하기 위해, 자원자가 편안하게 고정된 상태에서 5 kg의 추를 자원자의 어깨 부위에 해당하는 board의 좌우측 끝에 올려놓고, 이때의 기울어진 정도 데이터를 측정하였다. 그리고 이 수치를 위의 10회에 걸친 평균 수치와 비교하였다.
- 먼저, 기존의 오목한 두개골 판이 장착된 breast board를 이용하여 각각 50 kg, 70 kg의 체중을 가진 자원자 2명에 대해 5단계의 board 높이에 따라 각각 10회씩 실험을 실시하였다. 동일한 실험 절차에 따라 개선된 두경부 지지대를 적용하여, 실험을 반복하였다.
- 즉, 기존의 오목한 두개골판을 사용하는 경우와 개선된 두경부 지지대를 사용하였을 경우, 각각에 따라 재현성을 수치적으로 측정하였다. 두경부의 cranio-caudal 방향 재현성을 측정하기 위하여, breast board의 상단에 눈금자를 부착하고 자원자의 정수리와 breast board의 기준점 사이의 거리를 breast board에 수직으로 세워진 아크릴판을 이용하여 측정하였다(Fig. IE). 시 간의 차이를 두고 동일한 자원자에 대하여 수회 측정을 반복하여 데이터를 정리하고, 표준 편차를 구하였다.
- 또한 장치가 설치되지 않은 상태에서의 기울어지는 정도를 측정하기 위하여, breast board에 각기 다른 체중을 가진 2명의 자원자가 편안하게 균형을 맞추어 누웠을 경우에, 위에서 정의한 기울어진 정도의 데이터를 측정하고, 이 데이터를 기울어짐에 대한 초기 기준 데이터로 설정했다. 자원자 2명의 체중은 각각 50 kg, 70 kg이었다.
- 자원자가 매번 고정될 때마다 체중의 불균형 정도는 다르기 때문에 총 10회에 걸쳐 좌편중과 우편중의 경우로 측정하고 평균을 취하였다. 마지막으로 무게의 편중을 정량적으로 구현하기 위해, 자원자가 편안하게 고정된 상태에서 5 kg의 추를 자원자의 어깨 부위에 해당하는 board의 좌우측 끝에 올려놓고, 이때의 기울어진 정도 데이터를 측정하였다. 그리고 이 수치를 위의 10회에 걸친 평균 수치와 비교하였다.
- 매번 자원자가 고정되었을 경우의 하중의 불균형 정도가 다르기 때문에, 측정은 총 10회에 걸쳐서 진행하며, 측정값의 평균을 취하였다. 마지막으로 역시 5 kg 의 추를 좌우 양측에 각각 올려놓고 각 경우에 대한 기울기 정도를 측정하였다. 측정한 기울기 정도를 장치가 설정되기 전의 기울기 정도와 비교하여 효용성을 검증하였다.
- 이후 체중이 다른 2명의 자원자에 대하여 좌우측으로 몸을 다소 기울여 누운 상태에서 board의 기울기 정도를 같은 방식으로 측정하였다. 매번 자원자가 고정되었을 경우의 하중의 불균형 정도가 다르기 때문에, 측정은 총 10회에 걸쳐서 진행하며, 측정값의 평균을 취하였다. 마지막으로 역시 5 kg 의 추를 좌우 양측에 각각 올려놓고 각 경우에 대한 기울기 정도를 측정하였다.
- 이 때, 표준편차의 크기를 재현성의 척도로 가정하였다. 먼저, 기존의 오목한 두개골 판이 장착된 breast board를 이용하여 각각 50 kg, 70 kg의 체중을 가진 자원자 2명에 대해 5단계의 board 높이에 따라 각각 10회씩 실험을 실시하였다. 동일한 실험 절차에 따라 개선된 두경부 지지대를 적용하여, 실험을 반복하였다.
- 먼저 기울어진 정도를 측정하기 위해서, 우선 상판과 하판의 좌우 측면에 각 측정 기준점을 표시한다. 본 실험에서는 30 cm 높이의 breast board에서 상판과 하판의 높이 차가 28 cm가 되는 부분을 표시하고, 그 부분을 측정 위치로 정했다. 각 좌우 측면의 상판과 하판의 표시된 기준점 간의 높이를 측정하고, 좌측의 높이에서 우측의 높이를 뺀 수치를 기울기의 척도로 정의하였다(Fig.
- IE). 시 간의 차이를 두고 동일한 자원자에 대하여 수회 측정을 반복하여 데이터를 정리하고, 표준 편차를 구하였다. 이 때, 표준편차의 크기를 재현성의 척도로 가정하였다.
- 이 장치의 효용성을 검증하기 위해서, 모의 치료를 통한 통계적 방법을 사용하였다. 즉, 기존의 오목한 두개골판을 사용하는 경우와 개선된 두경부 지지대를 사용하였을 경우, 각각에 따라 재현성을 수치적으로 측정하였다.
- 또한 이러한 불균형이 치료시마다 매번 다르게 재현된다면, 정확한 치료 영역의 재현성에도 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다. 이를 막기 위해 breast board에 좌우 수평 방향의 기울어짐을 고정할 수 있는 두 가지 형태의 장치를 고안하였다. 첫번째 형태는 계단형의 두 받침과 그 사이의 하중을 지지할 수 있는 판으로 구성되었으며, 두 번째 형 태는 사용하기 편하도록 팔걸이형의 지지대를 board의 양측에 장착함으로서, 기울어짐을 방지하는 식의 구조이다.
- 자원자 2명의 체중은 각각 50 kg, 70 kg이었다. 이후 자원자가 임의로 몸을 좌측, 혹은 우측으로 기울였을 때 breast board 가 얼마나 기울어지는지에 대한 데이터를 측정하고, 이 수치와 초기 데이터와의 차를 측정하여, 균형이 맞지 않는 상태에서의 breast board의 기울기 정도로 설정했다. 자원자가 매번 고정될 때마다 체중의 불균형 정도는 다르기 때문에 총 10회에 걸쳐 좌편중과 우편중의 경우로 측정하고 평균을 취하였다.
- 장치의 효과를 검증하기 위한 기울어짐 데이터의 측정은 마찬가지로, breast board의 좌우 양측의 특정위치를 표시하고 상판과 하판 사이의 높이를 각각 측정하여 이를 초기 기준 데이터로 활용하였다. 이후 체중이 다른 2명의 자원자에 대하여 좌우측으로 몸을 다소 기울여 누운 상태에서 board의 기울기 정도를 같은 방식으로 측정하였다. 매번 자원자가 고정되었을 경우의 하중의 불균형 정도가 다르기 때문에, 측정은 총 10회에 걸쳐서 진행하며, 측정값의 평균을 취하였다.
- 이후 자원자가 임의로 몸을 좌측, 혹은 우측으로 기울였을 때 breast board 가 얼마나 기울어지는지에 대한 데이터를 측정하고, 이 수치와 초기 데이터와의 차를 측정하여, 균형이 맞지 않는 상태에서의 breast board의 기울기 정도로 설정했다. 자원자가 매번 고정될 때마다 체중의 불균형 정도는 다르기 때문에 총 10회에 걸쳐 좌편중과 우편중의 경우로 측정하고 평균을 취하였다. 마지막으로 무게의 편중을 정량적으로 구현하기 위해, 자원자가 편안하게 고정된 상태에서 5 kg의 추를 자원자의 어깨 부위에 해당하는 board의 좌우측 끝에 올려놓고, 이때의 기울어진 정도 데이터를 측정하였다.
- 본 기구의 효용성 검토는 앞의 계단형의 장치와 동일한 방식을 이용하였다. 장치의 효과를 검증하기 위한 기울어짐 데이터의 측정은 마찬가지로, breast board의 좌우 양측의 특정위치를 표시하고 상판과 하판 사이의 높이를 각각 측정하여 이를 초기 기준 데이터로 활용하였다. 이후 체중이 다른 2명의 자원자에 대하여 좌우측으로 몸을 다소 기울여 누운 상태에서 board의 기울기 정도를 같은 방식으로 측정하였다.
- 이 장치의 효용성을 검증하기 위해서, 모의 치료를 통한 통계적 방법을 사용하였다. 즉, 기존의 오목한 두개골판을 사용하는 경우와 개선된 두경부 지지대를 사용하였을 경우, 각각에 따라 재현성을 수치적으로 측정하였다. 두경부의 cranio-caudal 방향 재현성을 측정하기 위하여, breast board의 상단에 눈금자를 부착하고 자원자의 정수리와 breast board의 기준점 사이의 거리를 breast board에 수직으로 세워진 아크릴판을 이용하여 측정하였다(Fig.
- 마지막으로 역시 5 kg 의 추를 좌우 양측에 각각 올려놓고 각 경우에 대한 기울기 정도를 측정하였다. 측정한 기울기 정도를 장치가 설정되기 전의 기울기 정도와 비교하여 효용성을 검증하였다.
- 먼저 breast board의 상판과 하판에 먼저 각 지지대를 고정시킨다. 환자의 치료에 적합한 높이로 breast board 의 높이를 먼저 고정한 후에, 해당 높이에 맞는 적절한 직사각형 board를 선택한다. 두 계단형 지지대 사이에 가장 잘 맞는 계단 상의 위치를 찾아서 board를 끼워 넣는다 (Fig.
대상 데이터
- 초기 모델은 아크릴판을 재료로 제작되었으나, 쉽게 파손될 위험이 있기 때문에, 인장강도가 높아서 하중을 효과적으로 견딜 수 있는 알루미늄 합금(두랄루민)으로 재제작되었다. 구조는 Fig. 3A와 같이 breast board의 상판에 부착되는 긴 레일과, 하판의 특정 부위에 고정되어 연결되는 팔걸이 형 지지대, 그리고 지지대와 레일을 고정하는 레버로 구성되었다. 레일과 지지대를 breast board의 상판과 하판의 측면에 단단히 고정한 뒤 요구되는 높이에 맞춰서 슬라이드 부분의 적절 위치를 설정하여 레버로 고정하면 장치의 설치가 완료된다(Fig.
- 본 장치는 구조가 복잡한 관계로, 가공이 용이하고 강도가 비교적 높은 아크릴을 재료로 제작되었으며, Fig. 2A와 Fig. 2B에서 보는 것과 같이, breast board 상판의 아랫면과 하판의 윗면에 각각 부착되는 계단형의 부착 지지대와 그 사이를 받쳐주는 직사각형 형태의 board로 구성되었다. 상층 부착 지지대는 총 4가지의 계단형 높이를 가지며, 하층 부착 지지대는 총 5가지의 계단형 높이를 가진다.
성능/효과
- 1A)을 사용할 수 있도록 구성되었다.4) 그러나, 팔 지지대는 팔을 완전히 고정하지 않고 단지 거치하는 형태이므로, 분할 치료시마다 환자의 주관에 따라 충분히 오차를 발생시킬 수 있다. 또한, 기존의 오목한 두개골판 또한 홈이 파인 원형형태로서, 치료할 때마다 환자의 주관에 의해 재현성을 구현하므로, 오차를 줄이는 데에 한계가 있다.
- 개선된 두경부 지지대를 사용한 실험의 검증 결과를 볼 때, 기존의 방법론과 비교하여 cranio-caudal 방향 위치 차이의 편차 정도가 55% 이상 감소된 ±1.4 mm를 나타내었다. 이는, 방사선 치료 과정에서의 환자 고정 과정이 대부분 환자의 주관에 의해 좌우되는 것을 고려할 때, 재현성 이 매우 개선된 것으로 생각된다.
- 결과적으로, 팔걸이형과 계단형의 좌우 고정장치를 사용하 였을 경우, 장치 미사용시와 비교하여 좌우방향의 기울기가 각각 80% 및 90% (자원자에 대한 평균값) 이상, 현저히 감소하였다.
- 따라서, 기존 방법의 경우, 환자의 고정 위치의 재현성 구현에 큰 한계가 있음을 알 수 있다. 반면, 개선된 두경부 지지대를 사용하였을 때는 평균 55% 이상 표준편차가 감소하는 것으로 나타났다.
- 따라서, breast board의 기울어짐은 지양되어야 할 것이다. 본 연구에서 고안된 2가지 좌우 고정 장치의 효용성을 검증한 결과, 고정 장치 부재의 경우 board 좌우의 높이 차이가 평균 4.1 mm 로 나타났는데, 이는 방사선 치료 과정에서 PTV와 방사선 조사 영역간에 상당한 오차를 발생시킬 수 있을 것으로 생각된다. 추를 이용한 실험 결과를 고려할 때, 5 kg의 수평 하중 편차만으로도 breast 좌우 높이 차이는 5.
- 계단형의 좌우고정장치를 설치했을 경우에 기울기의 폭이 현저하게 줄어들었다. 체중이 다른 2명의 자원자에 대해 동일한 조건에서 실험을 한 결과, 의도적으로 체중을 좌, 우측으로 기울였을 경우, breast board의 기울어진 정도는, 좌측으로 기울였을 경우 각각 1.4 ±0.05 mm, 1.2 ±0.60 mm, 우측으로 기울였을 경우 각각 1.5 ±0.40 mm, 2.0± 0.50 mm로 기울기 정도가 측정되었다. 5 kg의 추를 board 상판의 좌측에 올렸을 경우에는, 각각 1.
- 1 mm 로 나타났는데, 이는 방사선 치료 과정에서 PTV와 방사선 조사 영역간에 상당한 오차를 발생시킬 수 있을 것으로 생각된다. 추를 이용한 실험 결과를 고려할 때, 5 kg의 수평 하중 편차만으로도 breast 좌우 높이 차이는 5.0-5.5 mm 이상 발생할 수 있으며, 이는 2 mm 내의 PTV의 재현성 기준을 벗어나는 결과이다. 반면에 좌우 고정 장치를 설치했을 경우, 이러한 오차는 19 mm 내외로 개선되었고, 따라서 임상적용시 재현성 향상에 효과가 있을 것으로 기대된다.
후속연구
- 높이 조절이 제한되어 있다(MED-TEC 사의 MT-350 Car bon Fiber Breast Board 는 수평을 고정할 수 있도록 설계되어 있으나 반면 board의 높이 조절이 4단계까지만 가능하다는 단점을 지니고 있다). 그러나, 새로운 장비 도입으로 인한 비용문제와, 기존 모델의 고유한 장점을 고려할 때, 본 연구에서 개발된 기존의 breast board를 개선하여 재현성을 향상시키는 방법론은 임상적용시 큰 유용성을 나타낼 것으로 기대된다.
- 이는, 방사선 치료 과정에서의 환자 고정 과정이 대부분 환자의 주관에 의해 좌우되는 것을 고려할 때, 재현성 이 매우 개선된 것으로 생각된다. 또한 일반적인 분할 조사 과정에서, 2 mm 이내의 PTV의 재현을 목표로 하는 점을 주목할 때, 개선된 두경부 지지대는 그 목표에 상당히 근접한 효과를 보일 것으로 기대된다. 다만, 치료 시 두경부의 위치 재현이 실제 치료부위의 위치 재현을 직접적으 로 보장해주지 못한다는 사실은 치료 시 고려해야 할 것으로 사료된다.
- 실제로 동일한 머리 위치의 재현이 이루어 지더라도, 자원자의 턱 위치에 따라서, 흉부의 상승 또는 하강이 관찰되었고, 이는 PTV영역을 방사선 조사 영역 내에 일치시키는 과정에 있어서, 오차요인으로 작용할 수 있 다. 본 연구에서는 이런 오차를 줄이기 위하여 자원자의 턱을 최대한 신체에 밀착시킨 상태로 진행되었으나, 임상 적용시에는 이러한 한계를 고려해야 할 것이다. 실제 치료 과정에서는 이러한 턱 부위를 고정하기 위한 장치로 bite block을 사용하는 경우가 있고, 유방의 형태를 고정하고, 흉부의 위치를 고정하기 위해 thermoplastic brassiere 등이 두경부지지대와 함께 사용되고 있다.
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