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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 IGRT/4DRT 시행 전 전통적 방식으로 치료계획을 세우고 치료 전 위치를 확인하는 방식과 IGRT/4DRT의 도입으로 인하여 추가적으로 조사되는 선량을 확인하기 위하여, 영상장비에 의한 선량을 측정하여 비교하는 것을 목적으로 하였으며, 이를 치료과정 결정에 반영하고자 하였다.
- 본 연구에서 팬톰의 표면선량을 측정하여 최근에 방사선 종양학과에 많이 도입되고 있는 새로운 모델의 영상장비들로 인한 환자의 추가 선량을 기존의 장비들과 비교하였다. 그 결과 선량 증가의 가장 큰 원인은 IGRT/4DRT를 시행하기 위해 사용되는 4DCT로서, 기존에 사용하던 구모델 CT에 비해 약 10배정도의 선량 증가를 보였다.
제안 방법
- 흉부와 복부에 대하여 4DCT를 추가로 촬영하여 helical mode인 일반 촬영시의 조사선량과 비교하였다. 4DCT의 촬영조건은 관전압, 관전류 그리고 시간이 자동으로 설정되도록 하였다. 의료용 선형가속기(Varian IX, Palo Alto, CA, USA)에 장착된 CBCT는 실제 환자의 영상획득 시에 사용하는 저선량 모드(low dose mode)로 촬영하였으며, 두경부는 full-fan 모드로 half bowtie를 사용하였고, 그 외 부위는 half-fan 모드에 full bowtie를 장착하고 측정하였다.
- 전립선과 골반측부를 제외한 각 부위에 대하여는 각 장기 위치의좌, 우 양측에 TLD를 부착하였다. 8개의 장기위치를 선택한 이유는 두경부, 흉부, 복부/골반부 등 각 부위에 따라 영상장비의 관전압과 관전류(mA), 조사시간이 다르며 이에 따라 조사선량이 변하는 특성을 반영하고자 한 것이다. 측정의 조건은 각 치료부위에서 환자 촬영에 전형적으로 사용되는 영상획득 조건을 사용하였으며, 그 자세한 내용은 Table 2에 제시하였다.
- 의료용 선형가속기(Varian IX, Palo Alto, CA, USA)에 장착된 CBCT는 실제 환자의 영상획득 시에 사용하는 저선량 모드(low dose mode)로 촬영하였으며, 두경부는 full-fan 모드로 half bowtie를 사용하였고, 그 외 부위는 half-fan 모드에 full bowtie를 장착하고 측정하였다. OBI는 흉부 및 복부에 사용하는 투시영상(fluoroscopy)모드에서 측정하였다. 모의치료기는 환자의 흉부와 복부 촬영 시 영상저장까지 소요되는 평균시간을 적용하여, 아날로그형 모의치료기는 1분을 디지털 모의치료기는 평균 30초를 적용하였으며 관전압과 관전류는 촬영부위에 따라 모의치료기에서 자동설정되도록 하였다.
- TLD의 사용시 각 소자간 방사선에 대한 감수성의 편차를 줄이기 위하여, 각각의 측정부위에 동일한 TLD 소자를 사용하였다.
- OBI는 흉부 및 복부에 사용하는 투시영상(fluoroscopy)모드에서 측정하였다. 모의치료기는 환자의 흉부와 복부 촬영 시 영상저장까지 소요되는 평균시간을 적용하여, 아날로그형 모의치료기는 1분을 디지털 모의치료기는 평균 30초를 적용하였으며 관전압과 관전류는 촬영부위에 따라 모의치료기에서 자동설정되도록 하였다.
- 새로 도입하게 된 IGRT/4DRT용 4DCT와 디지털 모의 치료기인 Acuity, 그리고 선형가속기에 장착된 OBI (On Board Imager), CBCT (Cone Beam Computed Tomography) 및 EPID (Electronic Portal Imaging Device)에 의한 환자선량을 각각 측정하였고, 이를 기존에 사용하던 single slice CT, 아날로그형 모의치료기인 Ximatron, 그리고 L-gram 촬영시 투여되는 선량과 비교하였다.
- 4DCT의 촬영조건은 관전압, 관전류 그리고 시간이 자동으로 설정되도록 하였다. 의료용 선형가속기(Varian IX, Palo Alto, CA, USA)에 장착된 CBCT는 실제 환자의 영상획득 시에 사용하는 저선량 모드(low dose mode)로 촬영하였으며, 두경부는 full-fan 모드로 half bowtie를 사용하였고, 그 외 부위는 half-fan 모드에 full bowtie를 장착하고 측정하였다. OBI는 흉부 및 복부에 사용하는 투시영상(fluoroscopy)모드에서 측정하였다.
- 측정은 RANDO 팬톰(The Phantom Laboratory, Salem, NY, USA)을 모의 환자로 사용하였고, 팬톰의 표면에 열형광선량계(TLD-100, Harshaw, USA)를 부착하여 표면선량을 측정하였다. 측정의 위치는 두뇌(brain), 눈(eye), 갑상선(thyroid), 흉부(chest), 복부(abdomen), 난소(ovary), 전립선(prostate), 우측골반(pelvis)의 8곳을 선택하였다.
- 측정의 조건은 각 치료부위에서 환자 촬영에 전형적으로 사용되는 영상획득 조건을 사용하였으며, 그 자세한 내용은 Table 2에 제시하였다. 흉부와 복부에 대하여 4DCT를 추가로 촬영하여 helical mode인 일반 촬영시의 조사선량과 비교하였다. 4DCT의 촬영조건은 관전압, 관전류 그리고 시간이 자동으로 설정되도록 하였다.
대상 데이터
- 삼성서울병원 암센터에 새로 설치된 영상장비와 기존에 사용하던 영상장비의 모델과 제조사를 Table 1에 정리하였다.
- 측정은 RANDO 팬톰(The Phantom Laboratory, Salem, NY, USA)을 모의 환자로 사용하였고, 팬톰의 표면에 열형광선량계(TLD-100, Harshaw, USA)를 부착하여 표면선량을 측정하였다. 측정의 위치는 두뇌(brain), 눈(eye), 갑상선(thyroid), 흉부(chest), 복부(abdomen), 난소(ovary), 전립선(prostate), 우측골반(pelvis)의 8곳을 선택하였다. 전립선과 골반측부를 제외한 각 부위에 대하여는 각 장기 위치의좌, 우 양측에 TLD를 부착하였다.
성능/효과
- 이는 Lightspeed Ultra RT16의 권장 프로토콜을 사용하면 기존의 CT보다 더 높은 관전류(mA)로 촬영되기 때문이다. 4DCT 촬영은 동일 장비의 helical mode에 비해서 평균 3.0배, 기존 CT의 helical mode시보다는 평균 13.5배의 선량 증가를 보였다. 디지털 모의치료기 Acuity에서 표면 흡수 선량은 아날로그형 Ximatron에 비교하여 두경부에서는 95%, 흉부에서는 78%, 복부는 70%, 그리고 골반부는 87% 의 선량 감소를 보였다.
- 그 결과 선량 증가의 가장 큰 원인은 IGRT/4DRT를 시행하기 위해 사용되는 4DCT로서, 기존에 사용하던 구모델 CT에 비해 약 10배정도의 선량 증가를 보였다. 4DCT를 제외한 모의치료기와 OBI, CBCT는 기존보다 적은 선량을 주면서 두경부를 제외한 흉부와 복부에서는 선량증가 없이 좋은 영상을 얻을 수 있었다. 따라서, 4DRT를 준비하면서 4DCT의 사용횟수와 촬영부위를 최소화하고, CBCT와 OBI에 의한 1회 선량은 작지만 시행 횟수에 대한 누적 선량을 고려하여 최소한의 횟수를 사용하는 노력이 필요하다.
- 4DRT 시행 시 추가적으로 종양의 움직이는 범위를 확인하고자 할 때, OBI를 투시영상 모드로 사용하면 흉부/복부에서 1회 평균 표면선량이 약 1.0 cGy가 추가로 조사되며, 이는 반복 횟수에 비례하여 증가 할 것이다. 또한 CBCT로 확인 시 약 2 cGy가 조사되어 1회의 선량이 크지 않지만, 4DRT의 특성상 매번 치료 시 시행해야 하는 것을 고려하면, CBCT를 저선량모드로 흉부를 20회 확인하는 경우 총합 선량이 40 cGy가 되고 1.
- 1 cGy가 조사되었다. CBCT는 모든 부위 에서 대략 2 cGy 내외가 조사되었으며, 각 부위별 평균 선량은 두경부 2.2 cGy, 흉부 1.9 cGy, 복부 2.4 cGy 골반부 2.6 cGy의 선량이 측정되었으나, 이 중 갑상선 부위와 전립선 위치에서의 방사선량이 3.3 cGy로 타 부위에 비하여 높게 나타났다.
- 본 연구에서 팬톰의 표면선량을 측정하여 최근에 방사선 종양학과에 많이 도입되고 있는 새로운 모델의 영상장비들로 인한 환자의 추가 선량을 기존의 장비들과 비교하였다. 그 결과 선량 증가의 가장 큰 원인은 IGRT/4DRT를 시행하기 위해 사용되는 4DCT로서, 기존에 사용하던 구모델 CT에 비해 약 10배정도의 선량 증가를 보였다. 4DCT를 제외한 모의치료기와 OBI, CBCT는 기존보다 적은 선량을 주면서 두경부를 제외한 흉부와 복부에서는 선량증가 없이 좋은 영상을 얻을 수 있었다.
- 따라서 치료 beam을 사용하는 L-gram의 2차원 영상 사용에 비교하여 CBCT 사용 시에는 환자에게 더 많은 방사선량이 조사됨을 유념하여야 하겠다. 그러나 film을 사용한 L-gram에 비교하여, EPID영상에서는 눈을 제외한 모든 측정점에서 적은 선량을 보였으며, OBI에서도 적은 선량을 보여 digital 영상으로의 전환이 많은 경우 선량을 감소시킴을 알 수 있다.
- 3 cGy). 눈과 갑상선에서 CBCT의 선량이 증가한 원인은, 두경부 L-gram의 double exposure 촬영 시 눈을 차폐하여 눈에 선량이 적게 조사되었고, 갑상선인 경우에는 목 부위가 두뇌부 보다 작은 두께로 인하여 CBCT 촬영 시 선량이 증가하는 것이 원인이다. Kilovoltage X-선의 상대생물학적효과(relative biology effectiveness)가 megavoltage X-선 보다 높으며 최근의 연구 결과에 의한 값 1.
- 5배의 선량 증가를 보였다. 디지털 모의치료기 Acuity에서 표면 흡수 선량은 아날로그형 Ximatron에 비교하여 두경부에서는 95%, 흉부에서는 78%, 복부는 70%, 그리고 골반부는 87% 의 선량 감소를 보였다.
- 따라서 IGRT/4DRT가 아닌 일반 치료 시에 환자가 첫 치료까지 받는 영상선량은 기존에 사용하던 장비들인 경우 CT촬영, 모의치료 촬영, L-gram 촬영 1회인 경우 두경부 9.9 cGy, 흉부 9.7 cGy, 복부 10.4 cGy, 골반부 18.2 cGy를 받게 되며, 새로운 장비들로 같은 과정을 시행할 때 두경부 6.0 cGy, 흉부 10.6 cGy, 복부 11.0 cGy, 골반부 11.0 cGy 로 두경부와 골반부 치료환자에서는 선량 감소를 보였으며, 흉부와 복부에서는 비슷한 선량을 받는 것으로 관측되었다.
- 본 연구의 측정결과에서 새로운 영상장비가 기존 영상장비에 비해 치료계획 단계에서는 4DCT에 의한 선량 증가가, 그리고 모의 치료단계에서는 선량 감소가 관찰되었다 (Table 4). CT에 의한 선량 증가는 새로 설치된 CT가 기존 CT에 비해 높은 관전류(mA)로 촬영되는 것이 원인이다.
- 자세의 확인 단계에서의 영상선량은 IGRT를 시행하여 CBCT로 자세 확인을 하는 경우, 기존의 megavoltage X-선을 사용하는 L-gram에 비교하여 두경부의 평균 선량은 약간 감소하였으나(2.9 cGy vs 2.2 cGy), 양측 눈과 갑상선 부위에서는 CBCT에서의 선량이 약간 증가됨을 보였다(눈: 1 cGy vs 1.5 cGy, 갑상선: 2.9 cGy vs 3.3 cGy). 눈과 갑상선에서 CBCT의 선량이 증가한 원인은, 두경부 L-gram의 double exposure 촬영 시 눈을 차폐하여 눈에 선량이 적게 조사되었고, 갑상선인 경우에는 목 부위가 두뇌부 보다 작은 두께로 인하여 CBCT 촬영 시 선량이 증가하는 것이 원인이다.
- 치료 전 치료부위 확인을 위한 EPID영상 획득시의 선량을 film을 사용한 L-gram과 비교하면, 평균 선량이 두경부는 16%, 흉부는 56%, 복부는 48%, 그리고 골반부는 70%가감소하였다. 투시영상 모드로 OBI를 촬영 시 흉부에 평균 0.
- 각 영상장비를 이용한 촬영 시 환자에게 투여되는 표면선량의 측정결과를 Table 3에 정리하였다. 치료계획을 위해 촬영하는 CT의 일반 helical mode로 촬영시 single slice CT에 비해 두경부 선량(두뇌, 눈, 갑상선부위의 평균선량)은 평균 2.6배, 흉부 선량은 4.4배, 골반부 선량(복부선량과 전립선, 난소, 우측골반의 평균선량)은 4.5배 증가하였다. 이는 Lightspeed Ultra RT16의 권장 프로토콜을 사용하면 기존의 CT보다 더 높은 관전류(mA)로 촬영되기 때문이다.
후속연구
- 의 Monte Carlo 계산에서도 두경부의 심부선량이 좌우의 체표면 선량의 약 89%임을 보이고 있어 표면선량뿐 아니라, 내부선량 역시 CBCT의 선량이 L-gram의 선량보다 높을 것임을 시사하고 있다. 따라서 치료 beam을 사용하는 L-gram의 2차원 영상 사용에 비교하여 CBCT 사용 시에는 환자에게 더 많은 방사선량이 조사됨을 유념하여야 하겠다. 그러나 film을 사용한 L-gram에 비교하여, EPID영상에서는 눈을 제외한 모든 측정점에서 적은 선량을 보였으며, OBI에서도 적은 선량을 보여 digital 영상으로의 전환이 많은 경우 선량을 감소시킴을 알 수 있다.
- 이로 인하여 저에너지 X-선을 사용한 영상획득이 빈번해지며, 이는 잠정적으로 환자의 치료 빔 외에 추가적인 방사선 투여를 증가시킨다. 저에너지의 X-선이 치료용의 고에너지 X-선에 비교하여 생물학적 효과가 큰 것을 고려하면,9,10) IGRT 및 4DRT를 도입하고 치료진행 과정을 정립할 때, 환자에 대한 추가 방사선량을 정량적으로 측정하고 그 결과를 바탕으로 치료절차를 정하는 것이 필요하다. 이에 따라 최근의 AAPM 보고서에서는 방사선 치료를 받는 환자들에 대한 영상 선량을 그 동안 무시할 만큼 적은 양으로 여겨왔지만, IGRT의 도입으로 인한 영상선량을 분석하여 효과적이고 효율적으로 영상사용을 관리할 것을 권고하고 있다.
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