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문제 정의
- 3 mm로 줄었다고 보고하고 있다.3) 본원에서는 전립선암의 방사선치료 준비(Setup)의 재현성을 높이기 위해 모든 환자에 있어서 자체 제작한 직장풍선을 사용하고 있으며, 본 연구에서는 전립선암의 Tomotherapy 환자를 대상으로 치료기간 중 매일 시행한 MVCT에서 얻은 자료를 토대로 C-T simulation를 이용한 치료계획 자료와 MVCT 자료를 융합(fusion)하여 두 그룹 간의 차이를 분석하였으며, 분석은 뼈 기준(Bone based), 자체 제작한 직장고정용 풍선(Rectal balloon based)을 기준으로 한 차이 마지막으로 GTV기준(GTV based)의 세 그룹을 비교, 분석 하였으며 이를 토대로 영상추적방사선 치료 뿐만 아니라 기존의 전통적인 방사선 치료에 있어서도 치료계획 시 치료조사 면을 결정하는데 도움이 될 수 있으리라 사료되며 특히 직장풍선과 같은 치료보조기구 사용 시 치료간 오차 등을 분석하여 임상 치료에 이와 같은 결과를 참조하여 보다 정밀한 치료를 하는데 도움을 주고자 하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- C-T simulation 및 MVCT 촬영 시에는 두 영상간의 절대적인 비교를 위해 환차 체표면의 중심축선상에 납 볼(Lead ball)을 붙인 후에 검사를 시행했으며 납 볼을 기준으로 각각 X, Y, Z 및 회전오차(roll)를 분석하였다. MVCT 촬영 전 정확한 측정을 위해 중심축레이저 위치의 정확성을 측정하였고 테이블 이동 거리의 정확성을 측정하였다.
- C-T simulation 및 MVCT 촬영 시에는 두 영상간의 절대적인 비교를 위해 환차 체표면의 중심축선상에 납 볼(Lead ball)을 붙인 후에 검사를 시행했으며 납 볼을 기준으로 각각 X, Y, Z 및 회전오차(roll)를 분석하였다. MVCT 촬영 전 정확한 측정을 위해 중심축레이저 위치의 정확성을 측정하였고 테이블 이동 거리의 정확성을 측정하였다. 측정결과 허용 오차 범위 내에서 정확히 일치하는 것을 확인한 후 시행했다.
- 4의 값을 가지며 이 값이 낮다는 것은 보다 선명한 영상을 얻을 수 있음을 의미한다. 검사를 위해 직장풍선은 본원에서 자체 제작하였으며 직장풍선의 모양 및 공기양의 변화가 있는지를 수 주일간 관찰 해 안정성을 확인한 후 시행했다. 환자에 대한 직장풍선의 적용은매 환자에 60 cc의 공기를 주입하였으며 환자에 따라 삽입 깊이를 6∼10 cm 깊이로 조절하여 표시(Marking)한 후 매치료 시에 동일한 깊이로 삽입될 수 있도록 하였으며 치료시 동일한 방광 용적의 재현성을 높이기 위해 치료 전 1시간 전에 소변을 본 후 치료를 시행했다.
- 단 분석에서 매 치료 시 마다 납 볼을 붙이고 MVCT을 얻어 시행하였으며 영상에서 납 볼의 이동은 크지 않았기에 이 차이는 결과값에 고려치 않았다. 결과분석은 매 환자당 X, Y, Z, Roll 방향으로의 이동 거리 및 각도를 토모시스템의 영상융합(Image fusion) 프로그램인 등록(Register)기능을 이용하여 측정하였다. Tomotherapy의 등록 프로그램내의 영상융합프로그램(Image fusion program)에는 골 융합기법(Bone technique), 골/조직융합기법(Bone/Tissue technique), 전체영상융합 기법(Full image technique)의 3가지 선택프로그램이 있으며 이 기능은 각각의 종양의 위치와 종류에 따라 유용하게 사용할 수 있으며 선택한 기법에 따라 자동 또는 수동으로 조절이 가능하다.
- 분석은 C-T simulation 영상을 기준으로 매 환자의 MVCT과 비교 하였으며 골 기준, 직장풍선 기준, GTV 기준으로 X, Y, Z, Roll 등 각각의 좌표 이동 값을 비교하여 전산화 모의 치료 영상과 일치성 여부를 측정하였으며 치료 좌표 이동 값과 골 기준 영상융합간의 차이, 치료좌표 이동 값과 직장풍선기준으로 영상융합간의 차이를 분석하였다. 단 분석에서 매 치료 시 마다 납 볼을 붙이고 MVCT을 얻어 시행하였으며 영상에서 납 볼의 이동은 크지 않았기에 이 차이는 결과값에 고려치 않았다. 결과분석은 매 환자당 X, Y, Z, Roll 방향으로의 이동 거리 및 각도를 토모시스템의 영상융합(Image fusion) 프로그램인 등록(Register)기능을 이용하여 측정하였다.
- 환자에 대한 직장풍선의 적용은매 환자에 60 cc의 공기를 주입하였으며 환자에 따라 삽입 깊이를 6∼10 cm 깊이로 조절하여 표시(Marking)한 후 매치료 시에 동일한 깊이로 삽입될 수 있도록 하였으며 치료시 동일한 방광 용적의 재현성을 높이기 위해 치료 전 1시간 전에 소변을 본 후 치료를 시행했다. 또한 치료 자세의 안정성을 높이기 위해 다리 및 어깨 밑에 고정기구를 사용 후 시행했다.
- 본 연구에서는 전립선암 환자에 있어서 환자 치료간 그리고 환자간 준비오차(Setup Variation)를 측정한 것으로 본원에서는 전립선암 환자의 치료 시 직장풍선을 사용하여 직장의 용적을 일정하게 유지하고 있으며 방광의 용적 또한 일정하게 유지할 수 있도록 하고 있다. 하지만 현실적으로 매일 정확하게 주변 장기의 조건을 일치시키는 것은 매우 어려운 일이며 본 실험의 결과에서도 관찰 할 수 있듯이 매일 매일의 상태에 따라 매우 큰 변화를 보이는 것으로 관찰되었다.
- 본 연구는 약 6개월간 TOMO Hi-Art SYSTEM (Tomotherapy)을 이용하여 치료를 시행한 전립선암 환자 3명을 대상으로 시행했다. 본원에서는 전립선암 치료 시 전립선의 위치 및 형태의 재현성을 높이기 위해 모든 환자에 본원에서 제작한 직장풍선을 삽입한 후에 CT-simulation를 시행한다. 토모 영상(Megavoltage computed tomography, MVCT)을 얻기 위해 모든 환자에 있어서 콜리메터의 길이는 4 mm 폭은 40 cm의 조건으로 촬영하였으며 이때 피치(Pitch)는 정상모드 (Normal mode)를 사용하였으며 이때 피치 비(Pitch ratio)는 1.
- 촬영범위는 전체 방광을 포함하며 하단에는 항문경계 (Anal verge)가 포함될 수 있도록 정했다. 분석대상은 3명의 전립선암 환자 MVCT을 환자 당 26회, 총 78건을 대상으로 하였으며 MVCT 촬영 결과 직장 내 가스 등에 의한 오차가 큰 경우에는 전 처치를 시행한 후 재 검사를 시행했으며 이를 기준으로 치료는 시행했으나 분석에서는 인위적인 조작에 의한 오차를 줄이기 위해 최초의 MVCT을 기준으로 분석했다. 분석은 C-T simulation 영상을 기준으로 매 환자의 MVCT과 비교 하였으며 골 기준, 직장풍선 기준, GTV 기준으로 X, Y, Z, Roll 등 각각의 좌표 이동 값을 비교하여 전산화 모의 치료 영상과 일치성 여부를 측정하였으며 치료 좌표 이동 값과 골 기준 영상융합간의 차이, 치료좌표 이동 값과 직장풍선기준으로 영상융합간의 차이를 분석하였다.
- 분석대상은 3명의 전립선암 환자 MVCT을 환자 당 26회, 총 78건을 대상으로 하였으며 MVCT 촬영 결과 직장 내 가스 등에 의한 오차가 큰 경우에는 전 처치를 시행한 후 재 검사를 시행했으며 이를 기준으로 치료는 시행했으나 분석에서는 인위적인 조작에 의한 오차를 줄이기 위해 최초의 MVCT을 기준으로 분석했다. 분석은 C-T simulation 영상을 기준으로 매 환자의 MVCT과 비교 하였으며 골 기준, 직장풍선 기준, GTV 기준으로 X, Y, Z, Roll 등 각각의 좌표 이동 값을 비교하여 전산화 모의 치료 영상과 일치성 여부를 측정하였으며 치료 좌표 이동 값과 골 기준 영상융합간의 차이, 치료좌표 이동 값과 직장풍선기준으로 영상융합간의 차이를 분석하였다. 단 분석에서 매 치료 시 마다 납 볼을 붙이고 MVCT을 얻어 시행하였으며 영상에서 납 볼의 이동은 크지 않았기에 이 차이는 결과값에 고려치 않았다.
- Tomotherapy의 등록 프로그램내의 영상융합프로그램(Image fusion program)에는 골 융합기법(Bone technique), 골/조직융합기법(Bone/Tissue technique), 전체영상융합 기법(Full image technique)의 3가지 선택프로그램이 있으며 이 기능은 각각의 종양의 위치와 종류에 따라 유용하게 사용할 수 있으며 선택한 기법에 따라 자동 또는 수동으로 조절이 가능하다. 측정된 값을 토대로 매 환자의 치료간 치료자세 및 장기의 이동에 따른 오차를 분석하였으며 또한 환자간 차이를 분석했다. 결과값은 위의 자료를 토대로 각 환자에 있어서 골 기준, 직장풍선 기준 그리고 GTV간의 차이에 대한 평균 및 표준편차를 구했으며 결과값 간의 관련성에 대해 분석해 보았다.
- 환자에 대한 직장풍선의 적용은매 환자에 60 cc의 공기를 주입하였으며 환자에 따라 삽입 깊이를 6∼10 cm 깊이로 조절하여 표시(Marking)한 후 매치료 시에 동일한 깊이로 삽입될 수 있도록 하였으며 치료시 동일한 방광 용적의 재현성을 높이기 위해 치료 전 1시간 전에 소변을 본 후 치료를 시행했다.
대상 데이터
- 본 연구는 약 6개월간 TOMO Hi-Art SYSTEM (Tomotherapy)을 이용하여 치료를 시행한 전립선암 환자 3명을 대상으로 시행했다. 본원에서는 전립선암 치료 시 전립선의 위치 및 형태의 재현성을 높이기 위해 모든 환자에 본원에서 제작한 직장풍선을 삽입한 후에 CT-simulation를 시행한다.
데이터처리
- 측정된 값을 토대로 매 환자의 치료간 치료자세 및 장기의 이동에 따른 오차를 분석하였으며 또한 환자간 차이를 분석했다. 결과값은 위의 자료를 토대로 각 환자에 있어서 골 기준, 직장풍선 기준 그리고 GTV간의 차이에 대한 평균 및 표준편차를 구했으며 결과값 간의 관련성에 대해 분석해 보았다. 분석은 SAS 통계프로그램을 이용하였으며 ANOVA와 t-test 분석을 통하여 환자간 오차를 분석하였다.
- 결과값은 위의 자료를 토대로 각 환자에 있어서 골 기준, 직장풍선 기준 그리고 GTV간의 차이에 대한 평균 및 표준편차를 구했으며 결과값 간의 관련성에 대해 분석해 보았다. 분석은 SAS 통계프로그램을 이용하였으며 ANOVA와 t-test 분석을 통하여 환자간 오차를 분석하였다.
성능/효과
- C-T Simulation 영상상의 GTV와 MVCT 영상의 GTV를 기준으로 영상융합 시 X축으로는 환자간 −2.7 mm에서 −6.6 mm의 좌표이동이 있었으며 Z축으로는 8.3 mm에서 15.3 mm의 이동이 있어 통계적으로 유의한 차이를 보였으나 Y축으로의 이동은 4.3 mm에서 7.8 mm의 차이를 보였으나 통계적으로 유의한 차이를 보이지는 않았다.
- C-T Simulation 영상상의 직장풍선과 MVCT 영상의 직장 풍선을 기준으로 영상융합 시 X축으로 환자간 −4 mm에서−6 mm의 차이를 보이는 것으로 분석되어 통계적으로 유의한 차이를 보였으며 Y축으로는 8∼16 mm의 차이를 보였다.
- C-T Simulation 영상의 뼈와 MVCT의 뼈를 기준으로 영상 융합 시 환자간의 편차는 X 방향으로의 편차가 −4.5 mm에서 최대 −8 mm의 오차를 보였으며 Y방향으로는 2.4 mm에서 최대 −4.2 mm의 오차를 보였으며 통계적으로 유의한 결과를 얻을 수 있었다(P=＜0.0001).
- 동일 환자의 치료간 오차 분석결과 치료간의 오차범위가 매우 넓을 뿐만 아니라, 환자간에도 큰 차이를 보이는 것으로 측정되었다. 또한 C-T Simulation 영상과 MVCT 영상의 융합 시 기준을 뼈나 직장풍선, GTV 등 기준을 어떤 것으로 하는가에 따라 큰 차이를 보였다.
- 동일 환자의 치료간 오차 분석결과 치료간의 오차범위가 매우 넓을 뿐만 아니라, 환자간에도 큰 차이를 보이는 것으로 측정되었다. 또한 C-T Simulation 영상과 MVCT 영상의 융합 시 기준을 뼈나 직장풍선, GTV 등 기준을 어떤 것으로 하는가에 따라 큰 차이를 보였다.
- 38로 큰 차이를 보이지 않았으며 직장풍선을 기준으로 영상융합 한 결과에서는 거의 차이를 보이지 않았다. 또한 각 환자의 매 치료간의 오차는 1도 미만으로 통계적으로 큰 의미가 없는 것으로 분석되었다(Table 1).
- 뼈를 기준으로 환자간 회전오차는 최대 1.46도의 오차를 보였으며 GTV 기준시에는 최대 1.34 mm의 차이를 보여 뼈을 기준으로 했을 때 가장 크게 나타났으며 뼈 기준과 GTV 기준시 평균과 표준편차는 각각 0.37±0.36, 0.34±0.38로 큰 차이를 보이지 않았으며 직장풍선을 기준으로 영상융합 한 결과에서는 거의 차이를 보이지 않았다.
- 이 결과는 대상환자를 제외한 2명 환자의 평균 8.63 mm에 비해서도 큰 값이었으며 뼈와 GTV 기준에 비해 매우 높은 값이었고, 이 결과는 2001년 A.V.D’ Amico 등이 직장풍선을 이용한 IMRT 환자의 대상으로 한 연구에서 발표한 결과 즉 직장풍선을 사용치 않았을 경우 최대치인 9.1 mm보다 큰 변화가 일어나는 것을 관찰할 수 있었다.
- 66 mm의 이동이 있어 두 값간의 차이는 1 mm 미만으로 측정되었다. 이러한 결과는 Y, Z 방향에서도 유사한 경향을 보였으며 치료 기간 동안 안정적으로 치료가 진행되었음을 알 수 있었다. 하지만 환자 3의 경우 X축으로의 이동은 3그룹간에 1.
- 이상의 환자 분석에서 보듯이 모든 환자에 있어서 직장풍선을 기준으로 영상을 융합했을 때 오차가 크게 나타났으며 표준편차 또한 GTV나 뼈에 비해 크게 나타났다. 또한 오차 방향의 분석과 관련하여 모든 환자에 일관성이 존재하지는 않지만 X방향에 비해 Y나 Z방향으로의 오차가 상대적으로 심한 것으로 분석되었는데 이는 직장 내의 공기(Gas)나 방광의 용적 변화에 따라 많은 영향을 받기 때문인 것으로 판단된다(Fig.
- Table 1에서 알 수 있듯이 모든 환자에 있어서 직장풍선을 기준으로 영상을 융합했을 때 가장 큰 차이를 보이는 것으로 측정되었다. 즉 GTV와 뼈 기준시 평균값과 표준편차가 각각 0.73 mm (SD=2.58), 0.78 mm (SD=1.79)인데 비해 Y방향으로의 변화는 평균 4.30 mm (SD=3.71)로 X, Z방향에 비해 Y 방향의 오차가 상대적으로 큰 것으로 측정되었다. 특히 환자 3의 경우 특정일에 직장 내의 변과 가스(Gas)에 의한 직장의 팽창 영향으로 최대 16.
- 환자 2의 경우도 환자1과 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 즉 X축으로는 직장풍선을 기준으로 했을 때 3.65 mm로 가장 크게 변하는 것으로 측정되었으며 뼈 을 기준으로 했을 때 2.66 mm의 이동이 있어 두 값간의 차이는 1 mm 미만으로 측정되었다. 이러한 결과는 Y, Z 방향에서도 유사한 경향을 보였으며 치료 기간 동안 안정적으로 치료가 진행되었음을 알 수 있었다.
- MVCT 촬영 전 정확한 측정을 위해 중심축레이저 위치의 정확성을 측정하였고 테이블 이동 거리의 정확성을 측정하였다. 측정결과 허용 오차 범위 내에서 정확히 일치하는 것을 확인한 후 시행했다. 촬영범위는 전체 방광을 포함하며 하단에는 항문경계 (Anal verge)가 포함될 수 있도록 정했다.
- 특히 환자간 차이는 매우 크게 나타났으며 특정 환자에 있어서는 오차범위는 직장풍선을 사용했을 때 Z방향으로의 오차가 최대 16.72 mm로 높게 측정되었으나 Table Sagging에 의한 영향을 고려하면 Y방향으로의 오차에 비해 적은 것으로 측정되었으며 각 환자의 Table Sagging 차이는 환자의 몸무게 및 Table상 환자의 위치에 따라서 차이가 크게 나타났으며, 본 연구에서 최대 2 cm의 차이를 보이는 것으로 측정되었다. 하지만 본 연구에서는 측정의 오차를 줄이기 위해 Table Sagging을 포함한 값을 제시하였다.
- 본 연구에서는 전립선암 환자에 있어서 환자 치료간 그리고 환자간 준비오차(Setup Variation)를 측정한 것으로 본원에서는 전립선암 환자의 치료 시 직장풍선을 사용하여 직장의 용적을 일정하게 유지하고 있으며 방광의 용적 또한 일정하게 유지할 수 있도록 하고 있다. 하지만 현실적으로 매일 정확하게 주변 장기의 조건을 일치시키는 것은 매우 어려운 일이며 본 실험의 결과에서도 관찰 할 수 있듯이 매일 매일의 상태에 따라 매우 큰 변화를 보이는 것으로 관찰되었다.
- 환자 1의 경우 Y축으로는 직장풍선, 뼈, GTV 기준의 세 그룹간 비교에서 최대 1.62 mm의 차이를 보여 통계적으로 유의한 차이를 보였으나 X, Z축으로의 이동은 각각 0.49, 1.41 mm로 큰 차이를 보이지 않는 것으로 측정되었다.
후속연구
- 특히 전립선암과 같이 주변의 장기에 민감하게 반응하는 종양에 있어서는 본 실험에서와 같이 직장풍선과 같은 장기의 모양을 고정하는 고정기구의 사용이 반드시 필요하리라 사료되며 MVCT 같이 3차원적으로 영상을 재구성할 수 있다면 보다 큰 효과를 얻을 수 있을 것이다. 또한 IGRT 뿐만 아니라 이를 토대로 궁극적으로 적응방사선치료(Adaptive Radiotherapy)를 시행한다면 보다 정밀한 방사선 치료가 가능할 것이라 생각되며, 향후 이에 관한 많은 연구가 이루어 져야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서도 알 수 있듯이 모의치료영상과 MVCT을 융합했을 때 1 cm 이상의 차이를 보이는 경우가 있었으며 이때 치료는 GTV에 맞추어 치료를 진행했으나 결과적으로 SSD나 SAD, STD의 변화가 일어날 수 있으며 경우에 따라서는 환자 두께의 변화도 일어 날 수 있기 때문에 이는 종양 내 뿐만 아니라 주변 정상조직의 선량분포도 변했음을 의미하며 이와 같은 경우에는 단순히 특정 관심 부위의 해부학적 위치로만 교정하는 것이 아니라 이에 따른 선량계산을 다시 하는 방법이 적용된다면 보다 정밀한 방사선치료가 가능할 것으로 판단된다.
- 이와 같은 결과를 토대로 볼 때 영상추적방사선치료(IGRT) 가 보다 정확한 선량을 조사하는데 큰 도움이 될 것이라 사료되며 특히 움직이는 장기에 있어서 주변장기에 의한 변화를 확인하고 수정 후 방사선치료를 시행함에 따라 보다 치료의 정확성을 향상시킬 수 있으리라 판단된다. 또한 기존의 3차원입체조형치료(3D Conformal Therapy)나 세기조절방사선치료(IMRT) 등과 같이 정밀한 치료 시에는 매일 L-gram을 촬영 해 종양 자체뿐만 아니라 인접장기의 변화를 측정하는 것이 바람직하리라 사료된다. 특히 전립선암과 같이 주변의 장기에 민감하게 반응하는 종양에 있어서는 본 실험에서와 같이 직장풍선과 같은 장기의 모양을 고정하는 고정기구의 사용이 반드시 필요하리라 사료되며 MVCT 같이 3차원적으로 영상을 재구성할 수 있다면 보다 큰 효과를 얻을 수 있을 것이다.
- 또한 IGRT 뿐만 아니라 이를 토대로 궁극적으로 적응방사선치료(Adaptive Radiotherapy)를 시행한다면 보다 정밀한 방사선 치료가 가능할 것이라 생각되며, 향후 이에 관한 많은 연구가 이루어 져야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서도 알 수 있듯이 모의치료영상과 MVCT을 융합했을 때 1 cm 이상의 차이를 보이는 경우가 있었으며 이때 치료는 GTV에 맞추어 치료를 진행했으나 결과적으로 SSD나 SAD, STD의 변화가 일어날 수 있으며 경우에 따라서는 환자 두께의 변화도 일어 날 수 있기 때문에 이는 종양 내 뿐만 아니라 주변 정상조직의 선량분포도 변했음을 의미하며 이와 같은 경우에는 단순히 특정 관심 부위의 해부학적 위치로만 교정하는 것이 아니라 이에 따른 선량계산을 다시 하는 방법이 적용된다면 보다 정밀한 방사선치료가 가능할 것으로 판단된다. 특히 방사선치료가 진행되는 동안에 체중의 변화가 심하다면 더욱 그러하리라 판단된다.
- 이와 같은 결과를 토대로 볼 때 영상추적방사선치료(IGRT) 가 보다 정확한 선량을 조사하는데 큰 도움이 될 것이라 사료되며 특히 움직이는 장기에 있어서 주변장기에 의한 변화를 확인하고 수정 후 방사선치료를 시행함에 따라 보다 치료의 정확성을 향상시킬 수 있으리라 판단된다. 또한 기존의 3차원입체조형치료(3D Conformal Therapy)나 세기조절방사선치료(IMRT) 등과 같이 정밀한 치료 시에는 매일 L-gram을 촬영 해 종양 자체뿐만 아니라 인접장기의 변화를 측정하는 것이 바람직하리라 사료된다.
- 또한 기존의 3차원입체조형치료(3D Conformal Therapy)나 세기조절방사선치료(IMRT) 등과 같이 정밀한 치료 시에는 매일 L-gram을 촬영 해 종양 자체뿐만 아니라 인접장기의 변화를 측정하는 것이 바람직하리라 사료된다. 특히 전립선암과 같이 주변의 장기에 민감하게 반응하는 종양에 있어서는 본 실험에서와 같이 직장풍선과 같은 장기의 모양을 고정하는 고정기구의 사용이 반드시 필요하리라 사료되며 MVCT 같이 3차원적으로 영상을 재구성할 수 있다면 보다 큰 효과를 얻을 수 있을 것이다. 또한 IGRT 뿐만 아니라 이를 토대로 궁극적으로 적응방사선치료(Adaptive Radiotherapy)를 시행한다면 보다 정밀한 방사선 치료가 가능할 것이라 생각되며, 향후 이에 관한 많은 연구가 이루어 져야 할 것으로 판단된다.
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