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문제 정의
- 본 연구를 통하여 래피드아크 방사선치료계획 시 고려되는 광자 에너지(6 MV, 10 MV), 치료테이블 회전(0°, 20°), 아크 간 콜리메이터 각도 차이(0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°)가 전립선 암 환자의 선량분포에 미치는 영향에 대해 알아보았다.
제안 방법
- 아크 간 콜리메이터 각도 차이가 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°인 경우와 치료 테이블 회전 유무에 따라 치료 계획을 시행하였다.
- 치료 테이블 회전의 경우 래피드아크 치료 시 갠트리와 치료 테이블의 기계적인 충돌을 고려하여 아크 간 20°의 각도를 적용하였다.
- 본 논문에서는 전립선암 환자에 대해 동일한 선량 제한치로 광자 에너지, 치료 테이블 회전 및 아크 간 콜리메이터 회전 각도를 다르게 적용하여 래피드아크 치료계획을 수행하고 선량계산 결과를 서로 비교하였다. 이를 통하여 각 치료계획의 선량 분포를 평가함으로서 광자에너지, 치료 테이블 회전 및 아크 간 콜리메이터 회전 각도가 치료 계획표적용적과 중요 장기 및 정상 조직의 선량분포에 미치는 영향에 대해 조사하였다.
- 본 논문에서는 전립선암 환자에 대해 동일한 선량 제한치로 광자 에너지, 치료 테이블 회전 및 아크 간 콜리메이터 회전 각도를 다르게 적용하여 래피드아크 치료계획을 수행하고 선량계산 결과를 서로 비교하였다. 이를 통하여 각 치료계획의 선량 분포를 평가함으로서 광자에너지, 치료 테이블 회전 및 아크 간 콜리메이터 회전 각도가 치료 계획표적용적과 중요 장기 및 정상 조직의 선량분포에 미치는 영향에 대해 조사하였다.
- 치료 테이블 회전의 경우 래피드아크 치료 시 갠트리와 치료 테이블의 기계적인 충돌을 고려하여 아크 간 20°의 각도를 적용하였다. 이와 같이 각기 다른 기계적인 변수에 대한 치료계획을 수행하고 계산된 결과를 통해 각각의 선량분포를 정량적으로 서로 비교하였다.
- Table 1. Comparison of various indices for PTV from composite plans of 6 MV, 10 MV, coplanr, noncoplanar and various collimator angle difference between two arcs.
- 9 cc이었다. 각 치료계획 별로 PTV 내에서의 선량분포 차이를 확인하고자 PTV에서 GTV를 제외한 영역(PTV-GTV)을 설정하였다. 그리고 손상위험장기(Organ at Risk, OAR)로 직장(rectum)과 방광(bladder), 좌우 대퇴골두(femoral head)를 고려하였다.
- 각 치료계획 별로 PTV 내에서의 선량분포 차이를 확인하고자 PTV에서 GTV를 제외한 영역(PTV-GTV)을 설정하였다. 그리고 손상위험장기(Organ at Risk, OAR)로 직장(rectum)과 방광(bladder), 좌우 대퇴골두(femoral head)를 고려하였다. 정상 조직에 대하여 PTV에 근접한 영역과 먼 영역의 선량분포를 정량적으로 비교하기 위해 Near Region (NR)과 Far Region (FR)으로 나누어 정의하였다.
- 그리고 손상위험장기(Organ at Risk, OAR)로 직장(rectum)과 방광(bladder), 좌우 대퇴골두(femoral head)를 고려하였다. 정상 조직에 대하여 PTV에 근접한 영역과 먼 영역의 선량분포를 정량적으로 비교하기 위해 Near Region (NR)과 Far Region (FR)으로 나누어 정의하였다. NR은 PTV의 모든 방향으로 1 cm 확장한 영역에서 PTV를 제외한 영역이고 FR은 정상조직에서 NR을 제외한 영역이다.
- 모든 치료계획에 대해 처방선량으로 2.5 Gy를 28회 조사하여 총선량이 70 Gy가 되도록 하고 처방선량의 100%가 PTV의 98%에 조사되도록 규격화하였다. 최대 선량은 처방 선량의 107%를 넘지 않도록 하였으며 선량 최적화를 위한 표적 및 중요 장기의 선량 제한치(dose constraints)를 동일하게 적용하여 계산하였다.
- 5 Gy를 28회 조사하여 총선량이 70 Gy가 되도록 하고 처방선량의 100%가 PTV의 98%에 조사되도록 규격화하였다. 최대 선량은 처방 선량의 107%를 넘지 않도록 하였으며 선량 최적화를 위한 표적 및 중요 장기의 선량 제한치(dose constraints)를 동일하게 적용하여 계산하였다. 직장의 방사선량은 6,400 cGy 이상이 35% 미만이고 5,900 cGy 이상이 50% 미만이 되도록 하고 방광의 방사선량은 6,900 cGy 이상이 35% 미만이고 6,400 cGy 이상이 50% 미만이 되도록 하였다.
- 대퇴골두와 그 외 정상 조직에는 선량 제한치를 두지 않았다. 이와 같이 동일한 선량 제한치를 사용한 계산 결과에서 치료계획표적용적, 중요 장기, 정상 조직에서의 선량 분포를 평가하기 위해 CI (Conformity index)와 HI (Homogeneity index), QOC (Quality of Coverage) 등의 여러 가지 정량화된 선량 지표를 구하여 각 치료계획의 최적화 결과를 비교하였다.13)
- 에너지와 치료테이블 조건은 동일하게하고, 2 아크를 사용하여 아크 간 콜리메이터의 각도를 변화하면서 수행한 치료계획들을 각각의 선량지표로 비교하였다(Table 4). PTV에 대해서 CIRTOG, CILomax, QOCRTOG, HILomax 모두 2% 이하의 차이를 보였고, CIRTOG와 QOCRTOG는 아크 간 콜리메이터 각도가 증가함에 따라 조금 높았다.
- Table 2. Comparison of dosimetric indices for PTV-GTV from composite plans of 6 MV, 10 MV, coplanr, noncoplanar and various collimator angle differnce between two arcs.
대상 데이터
- 9)를 사용하였다. 래피드아크 치료 계획에 적용된 광자선 에너지는 6 MV와 10 MV이고 최대 선량율은 600 MU/min 이었다. 동일 환자에 대하여 2 아크(two arcs)를 사용하였고 갠트리 각도는 시계 방향 181.
이론/모형
-
재료 및 방법
방사선치료기는 선형가속장치(Varian Clinac iX, USA)이고 치료계획은 Eclipse (version 8.9, Varian Medical System, USA) 시스템을 사용하였으며, 계산 알고리즘은 Anisotropic Analytical Algorithm (AAA, version 8.9)를 사용하였다. 래피드아크 치료 계획에 적용된 광자선 에너지는 6 MV와 10 MV이고 최대 선량율은 600 MU/min 이었다.
- 본 연구의 대상인 전립선암 환자의 치료계획표적용적(Planning Target Volume, PTV) 및 중요 장기의 설정과 치료 계획에 사용된 선량 제한치는 RTOG (Radiation Therapy Oncology Group) 0415 기준을 따랐다.11) 먼저 표적에 대해 임상표적체적(Clinical Target Volume, CTV)은 전립선(prostate)만을 포함하였다.
성능/효과
- PTV의 선량분포를 정량적으로 평가하기 위해서 각 치료 계획별 CI, HI, QOC를 Table 1에 정리하였다. CILomax, QOCRTOG, HIRTOG는 거의 동일한 값을 보였고, Fig. 1에서 6 MV와 10 MV의 CIRTOG와 HIRTOG 최대차이는 각각 0.04와 0.02의 값을 나타내었다. 그리고 치료테이블 회전 유무에 따른 PTV의 각 선량지표 차이는 0.
- Table 2는 PTV에서 GTV를 제외한 영역, 즉 치료계획표적용적의 가장자리 선량분포를 나타내었다. Dmin, Dmean, Dmax의 평균값을 보면 6 MV가 조금씩 높기는 하나 그 차이가 각각 0.7%, 0.4%, 1.6%로 나타났다. 콜리메이터 0°에서 Dmin값을 제외하면 치료테이블 회전 유무에 따른 차이도 1% 이하로 나타났다.
- 7%로 6 MV가 조금 높게 나타났다. 방광에 대해서도 Dmean, Dmax, V80%의 차이는 적었고 V60%의 경우 6 MV가 1.4% 높았으며 치료테이블 회전이 없을 때 2% 높게 나타났다. NR에 대해서 에너지와 치료테이블 회전 간의 큰 차이가 없었고 V100%의 경우 10 MV가 1.
- 4% 높았으며 치료테이블 회전이 없을 때 2% 높게 나타났다. NR에 대해서 에너지와 치료테이블 회전 간의 큰 차이가 없었고 V100%의 경우 10 MV가 1.9 cc 낮게 나타났다. FR에 대해서 V10%, V25%, V50%, Dmean의 값은 10 MV가 각각 54.
- 1 cc 적게 나타났다. 치료테이블을 회전한 치료계획이 회전하지 않은 치료계획보다 V10%와 V25%가 각각 343.4 cc, 50.2 cc의 값을 나타내었고 각 단면에서의 등선량 곡선을 비교했을 때 V50%이하 저 선량 영역에서 뚜렷한 차이를 확인할 수 있었다(Fig. 2). 대퇴골두부의 경우 Fig.
- 에너지와 치료테이블 조건은 동일하게하고, 2 아크를 사용하여 아크 간 콜리메이터의 각도를 변화하면서 수행한 치료계획들을 각각의 선량지표로 비교하였다(Table 4). PTV에 대해서 CIRTOG, CILomax, QOCRTOG, HILomax 모두 2% 이하의 차이를 보였고, CIRTOG와 QOCRTOG는 아크 간 콜리메이터 각도가 증가함에 따라 조금 높았다. PTV-GTV의 경우도 콜리메이터 각도에 따른 Dmin, Dmean, Dmax의 차이는 없었고 Dmin의 경우 콜리메이터 각도 증가에 따라 2.
- PTV에 대해서 CIRTOG, CILomax, QOCRTOG, HILomax 모두 2% 이하의 차이를 보였고, CIRTOG와 QOCRTOG는 아크 간 콜리메이터 각도가 증가함에 따라 조금 높았다. PTV-GTV의 경우도 콜리메이터 각도에 따른 Dmin, Dmean, Dmax의 차이는 없었고 Dmin의 경우 콜리메이터 각도 증가에 따라 2.8% 이하의 차이를 나타내었다. 중요 장기인 직장과 방광에서 콜리메이터 각도 변화에 따른 Dmean, Dmax, V60%, V80%의 차이는 3.
- 8% 이하의 차이를 나타내었다. 중요 장기인 직장과 방광에서 콜리메이터 각도 변화에 따른 Dmean, Dmax, V60%, V80%의 차이는 3.6% 이하로 나타났다. 좌측과 우측 대퇴골두에서 Dmean, Dmax, V15%의 차이가 5% 이상 나는 경우가 있으나 콜리메이터 각도에 따른 상관관계는 찾을 수 없었다.
- 이 보고한 결과와 일치한다. CILomax는 거의 동일한 값을 가지지만 CIRTOG는 6 MV, 10 MV가 각각 1.06과 1.03으로 10 MV가 조금 더 좋게 나타났다. 이는 PTV 내부의 선량분포는 동일하나 PTV 바깥의 처방선량 영역이 6 MV가 10 MV보다 조금 더 넓다는 것을 의미한다.
- 이는 PTV 내부의 선량분포는 동일하나 PTV 바깥의 처방선량 영역이 6 MV가 10 MV보다 조금 더 넓다는 것을 의미한다. PTV-GTV 영역의 선량 분포도 거의 동일한 결과를 보여주므로 PTV 내 가장자리 선량분포도 에너지에 따른 차이가 없음을 알 수 있었다. 치료테이블 회전에 따른 영향도 PTV와 PTV-GTV 영역에서 큰 차이를 확인할 수 없었다.
- 이는 래피드아크 치료계획의 최적화 과정으로 표적과 그 주변의 선량은 거의 동등하게 나타나지만 10 MV에 비해 6 MV는 충분한 표적의 선량을 위해 표적에서 먼 영역에서 선량 증가가 필요하다고 생각된다. 그리고 치료테이블이 회전한 경우 환자의 전면부 방향으로 선량증가가 나타나면서 저 선량 영역이 감소하는 결과를 보였다(Fig. 2). 이는 치료테이블 회전에 의해서 양 측면 방향에서 표적까지의 깊이가 증가하고 정상조직에 비해 광자 에너지 감쇠에 영향이 큰 대퇴골두를 어느 정도 비켜갈 수 있게 되어서 최적화 과정에서 저 선량 영역을 줄이면서 표적의 선량 제한치를 만족할 수 있게 된다고 생각 된다.
- 일반적으로 생물학적 모델에서 정상조직 부작용 확률은 큰 체적에 작은 선량이 조사 되는것이 작은 체적에 많은 선량이 조사 되는 것 보다 낮다고 알려져 있지만16) 큰 체적에 받는 저 선량이 정상조직의 이차 암 발생 확률을 높인다는 보고도 있다.17) 아크 간 콜리메이터 각도에 따른 PTV 영역과 중요 장기의 선량 분포에도 큰 차이가 없었고 콜리메이터 각도가 증가하면서 표적 주변의 고 선량 영역의 확대로 CIRTOG와 QOCRTOG의 값이 조금 증가하고 표적에서 먼 영역의 V10% 영역이 크게 감소됨(16%)을 확인하였다.
- 본 연구를 통하여 래피드아크 방사선치료계획 시 고려되는 광자 에너지(6 MV, 10 MV), 치료테이블 회전(0°, 20°), 아크 간 콜리메이터 각도 차이(0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°)가 전립선 암 환자의 선량분포에 미치는 영향에 대해 알아보았다. PTV 영역과 중요장기에서는 선량분포 차이가 없었지만 표적에서 먼 정상조직의 저 선량 영역은 6 MV, 치료테이블 회전이 없을 때, 아크 간 콜리메이터 각도차이가 적을 때 크게 나타남을 확인하였다. 증가된 저 선량 분포 영역에 대한 이러한 결과는 나이가 젊고 생존기간이 길 것으로 예상되는 환자의 래피드아크 치료 계획 시 고려되어야 할 사항으로 사료된다.
- 5) 총 회전 각도 1,500° 이내에서 최소 회전 각도는 30°이고 1 아크(one arc)부터 10 아크(ten arcs)까지 적용할 수 있다.
- 중요 장기, NR, FR에 대해서 에너지와 치료테이블 회전 유무에 따른 각 치료계획의 선량지표 별 평균값을 Table 3에 나타내었다. 직장에 대해서 에너지와 치료테이블 회전에 따른 Dmean, Dmax, V80%는 1% 이하의 차이를 보였고, V60%의 경우 2.7%로 6 MV가 조금 높게 나타났다. 방광에 대해서도 Dmean, Dmax, V80%의 차이는 적었고 V60%의 경우 6 MV가 1.
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