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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 종양이 흉부와 상복부에 위치한 환자의 토모테라피 치료 시 호흡 조절 장치인 ABCHES를 이용한 방사선 치료의 유용성을 평가하고자 한다.
- 최근 움직임이 많은 장기의 방사선치료 시 호흡 정지 상태에서 방사선 치료를 시행할 목적으로 개발한 ABCHES (abdomen and chest motion control device)를 본 기관에서 토모테라피 치료 시 호흡조절 방사선치료를 목적으로 흉부와 상 복부 환자에게 적용하게 되었다.14)
제안 방법
- 4D-CT 검사는 환자 1명당 각각 ABCHES를 이용하여 자유 호흡과 얕은 호흡에서 촬영하였으며, 획득한 4차원 단층촬영 영상을 LEONARDO로 전송하여 Inspace 4D software에서 장기의 움직임을 일차적으로 확인 한 후 MIM 프로그램에서 종양의 움직임을 정량적으로 분석 하였다. 또한 치료계획을 위하여 그중 최대 흡기(100% inhalation phase), 최대 호기(100% exhalation phase), 호흡의 중간 위상(40% inhalation phase), Average CT 이미지를 치료계획실의 치료계획장비로 전송하였다.
- 1)를 사용한 후 상반신 진공쿠션(wing board vac-lock)으로 자세를 고정하였다. 4차원 영상 획득을 위해 Anzai gating system (AZ-733V; Anzai Medical, Japan)을 이용하여 4D-CT (Siemens Somatom Definition AS, Germany)을 하였고, LEONARDO에서 장기의 움직임을 확인하였다. 촬영한 영상은 치료계획 장비(Pinnacle 9.
- 본 연구에 해당하는 환자에게 ABCHES를 사용하여 자유 호흡(free breathing)과 얕은 호흡(shallow breathing)을 교육하였다. ABCHES 사용 시 폐 호흡 확인을 위해 흉부 지지대를 유두(nipple)와 평행한 곳에 위치하고 복부 호흡 확인을 위한 복부 지지대를 검상돌기(xiphoid process)와 배꼽(umbilicus) 사이 움직임이 가장 큰 곳에 위치시켰으며 치료 시 재현성 유지를 위해 피부에 지지대의 위치를 문신으로 표시 하였다. 환자에게 약 3분간 자유 호흡을 하게한 후 바늘이 규칙적으로 움직인 구간을 빨간 표시Ⓐ와 노란 표시Ⓑ로 표시한 후 다시 5분간 Ⓐ와 Ⓑ 구간에서 규칙적인 자유 호흡이 이루어지는지 확인하였다.
- 4D-CT 검사는 환자 1명당 각각 ABCHES를 이용하여 자유 호흡과 얕은 호흡에서 촬영하였으며, 획득한 4차원 단층촬영 영상을 LEONARDO로 전송하여 Inspace 4D software에서 장기의 움직임을 일차적으로 확인 한 후 MIM 프로그램에서 종양의 움직임을 정량적으로 분석 하였다. 또한 치료계획을 위하여 그중 최대 흡기(100% inhalation phase), 최대 호기(100% exhalation phase), 호흡의 중간 위상(40% inhalation phase), Average CT 이미지를 치료계획실의 치료계획장비로 전송하였다.
- 모든 환자의 HPTV는 4차원 단층촬영영상 각 위상에서 보이는 종양을 윤곽그리기 하여 이를 모두 합산하여 정의 하였으며 LPTV는 환자 case 별로 폐암 환자는 HPTV에 6 mm경계로 정의하였고, 췌장암 환자는 환자의 연령 및 전신 상태를 고려하여 HPTV에 3 mm확대하여 정의하였다. 쓸개암 환자의 LPTV는 HPTV에 침범된 림프절을 포함하여 정의하였으며, 간세포암종 환자는 HPTV에 5 mm 확대하여 정의하였다.
- 본 연구의 대상자는 2012년 1월부터 2012년 5월까지 본원에서 흉부와 상복부에 위치한 간, 쓸개, 췌장에 토모테라피 치료를 받은 환자 5명을 대상으로 하였다. 모의 치료계획 전 선정기준에 해당하는 환자를 대상으로 투시 장비(HITACHI ERGO prius-C DIGITAL C-arm)를 통해 횡격막의 움직임이 최소 10 mm 이상 움직이는 환자를 대상으로 시행하였다(Table 1).
- 본 연구에 해당하는 환자에게 ABCHES를 사용하여 자유 호흡(free breathing)과 얕은 호흡(shallow breathing)을 교육하였다. ABCHES 사용 시 폐 호흡 확인을 위해 흉부 지지대를 유두(nipple)와 평행한 곳에 위치하고 복부 호흡 확인을 위한 복부 지지대를 검상돌기(xiphoid process)와 배꼽(umbilicus) 사이 움직임이 가장 큰 곳에 위치시켰으며 치료 시 재현성 유지를 위해 피부에 지지대의 위치를 문신으로 표시 하였다.
- 이것을 토모 치료계획용장비로 전송하여 치료 계획을 수립하였으며 MIM에서 선량 체적 히스토그램을 통해 두 호흡 간 치료 체적을 비교하였다. 선량통계량은 종양조직 주변으로 가장 중요하게 평가되는 정상장기 2개를 선택하여 평균 선량(Mean dose)값과 정상조직에 방사선이 조사되는 용적을 환자별로 각각 비교평가 하였다.
- 모든 환자의 HPTV는 4차원 단층촬영영상 각 위상에서 보이는 종양을 윤곽그리기 하여 이를 모두 합산하여 정의 하였으며 LPTV는 환자 case 별로 폐암 환자는 HPTV에 6 mm경계로 정의하였고, 췌장암 환자는 환자의 연령 및 전신 상태를 고려하여 HPTV에 3 mm확대하여 정의하였다. 쓸개암 환자의 LPTV는 HPTV에 침범된 림프절을 포함하여 정의하였으며, 간세포암종 환자는 HPTV에 5 mm 확대하여 정의하였다. 마지막으로 간내담관암 환자의 HPTV는 CT에서 보이는 종양으로 정의하였고, LPTV는 4D-CT 각 위상에서 보이는 종양을 윤곽그리기 하여 이를 모두 합산하여 정의하였다.
- 환자에게 약 3분간 자유 호흡을 하게한 후 바늘이 규칙적으로 움직인 구간을 빨간 표시Ⓐ와 노란 표시Ⓑ로 표시한 후 다시 5분간 Ⓐ와 Ⓑ 구간에서 규칙적인 자유 호흡이 이루어지는지 확인하였다. 얕은 호흡을 하기 위하여 자유 호흡 구간에서 얻은 Ⓐ와 Ⓑ의 간격을 환자에게 부담이 가지 않는 범위 내에서 줄이고 같은 방법으로 5분간 얕은 호흡훈련을 실시하며 조종실에서 환자의 respiration signal을 확인하였다. 치료 시 호흡의 재현성 확인은 치료 전 ABCHES를 모의 치료시와 동일한 조건하에 호흡훈련을 3분간 실시하였으며 치료 조종실에서는 CCD카메라와 LCD 모니터로 환자 확인과 respiration signal를 check하며 호흡에 미세한 오차가 발생하면 audio coaching을 통해 불안해하지 않는 상황에서 다시 호흡할 수 있도록 하였다(Fig.
- 이것을 토모 치료계획용장비로 전송하여 치료 계획을 수립하였으며 MIM에서 선량 체적 히스토그램을 통해 두 호흡 간 치료 체적을 비교하였다. 선량통계량은 종양조직 주변으로 가장 중요하게 평가되는 정상장기 2개를 선택하여 평균 선량(Mean dose)값과 정상조직에 방사선이 조사되는 용적을 환자별로 각각 비교평가 하였다.
- 촬영한 영상은 치료계획 장비(Pinnacle 9.0 philips)를 이용하여 윤곽그리기를 하였고 토모 치료계획용장비(TomoTherapy® planning station TOMO HDTM Version 1.0.1 Incorporated, Madison, WI, USA) 및 MIM (Mimsoftware, Version.5.2 USA)를 통해 전산화 치료 계획을 수립하여 종양의 움직임을 정량적으로 측정하였다.
- 얕은 호흡을 하기 위하여 자유 호흡 구간에서 얻은 Ⓐ와 Ⓑ의 간격을 환자에게 부담이 가지 않는 범위 내에서 줄이고 같은 방법으로 5분간 얕은 호흡훈련을 실시하며 조종실에서 환자의 respiration signal을 확인하였다. 치료 시 호흡의 재현성 확인은 치료 전 ABCHES를 모의 치료시와 동일한 조건하에 호흡훈련을 3분간 실시하였으며 치료 조종실에서는 CCD카메라와 LCD 모니터로 환자 확인과 respiration signal를 check하며 호흡에 미세한 오차가 발생하면 audio coaching을 통해 불안해하지 않는 상황에서 다시 호흡할 수 있도록 하였다(Fig. 2).15,16)
- 한명의 전공의가 Pinnacle에서 최대 흡기, 최대 호기, 호흡의 중간 위상, Average CT 이미지에서 육안적으로 보이는 종양과 그 주변 정상 장기를 그렸다. 육안적으로 보이는 종양을 고 위험 표적(High-risk Planning Target Volume, HPTV)으로 정의 하였고, HPTV 주변으로 각 환자별로 종양적 특이성을 고려한 방사선 조사면 여유분을 주어 setup error와 움직임에 대한 불확실성을 포함한 저 위험 표적(Low-risk Panning Target Volume, LPTV)으로 정의 하였다.
- 호흡 조절을 위해 ABCHES (APEX Medical, Japan)(Fig. 1)를 사용한 후 상반신 진공쿠션(wing board vac-lock)으로 자세를 고정하였다. 4차원 영상 획득을 위해 Anzai gating system (AZ-733V; Anzai Medical, Japan)을 이용하여 4D-CT (Siemens Somatom Definition AS, Germany)을 하였고, LEONARDO에서 장기의 움직임을 확인하였다.
- 환자 case별로 MIM에서 내부 장기의 움직임을 위 · 아래(Superior-Inferior, SI), 전 · 후(Anterior-Posterior, AP), 좌 · 우(Left-Right, LR)에서 거리와 방향으로 분석하였다.
- ABCHES 사용 시 폐 호흡 확인을 위해 흉부 지지대를 유두(nipple)와 평행한 곳에 위치하고 복부 호흡 확인을 위한 복부 지지대를 검상돌기(xiphoid process)와 배꼽(umbilicus) 사이 움직임이 가장 큰 곳에 위치시켰으며 치료 시 재현성 유지를 위해 피부에 지지대의 위치를 문신으로 표시 하였다. 환자에게 약 3분간 자유 호흡을 하게한 후 바늘이 규칙적으로 움직인 구간을 빨간 표시Ⓐ와 노란 표시Ⓑ로 표시한 후 다시 5분간 Ⓐ와 Ⓑ 구간에서 규칙적인 자유 호흡이 이루어지는지 확인하였다. 얕은 호흡을 하기 위하여 자유 호흡 구간에서 얻은 Ⓐ와 Ⓑ의 간격을 환자에게 부담이 가지 않는 범위 내에서 줄이고 같은 방법으로 5분간 얕은 호흡훈련을 실시하며 조종실에서 환자의 respiration signal을 확인하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상자는 2012년 1월부터 2012년 5월까지 본원에서 흉부와 상복부에 위치한 간, 쓸개, 췌장에 토모테라피 치료를 받은 환자 5명을 대상으로 하였다. 모의 치료계획 전 선정기준에 해당하는 환자를 대상으로 투시 장비(HITACHI ERGO prius-C DIGITAL C-arm)를 통해 횡격막의 움직임이 최소 10 mm 이상 움직이는 환자를 대상으로 시행하였다(Table 1).
성능/효과
- 2009년 발표된 한국중앙 암 등록본부자료에 의하면 남녀를 합하여 폐암이 4위 간암이 5위를 차지하며 그중 연령별로는 65세 이상 남녀 모두에서 폐암이 2위 간암이 4위로 보고 되고 있다.18) 폐암과 간암 방사사선 치료 시 호흡 조절방사선 치료는 치료 효과를 극대화시키기 위해 필요한 기술이지만 현재 많은 병원에서 사용 중인 system은 본원에서도 사용함에 있어 치료의 정확성면에서는 좋은 성과를 보였지만 고가의 장비 가격과 환자 한명 당 치료 시간이 오래 걸리는 문제점 그리고 무엇보다도 고령의 환자에게 호흡조절 장치를 적용하는데 있어 많은 애로사항이 발생해 본원과 같이 다수의 환자를 치료하는 기관에서는 환자 대기 시간 증가 등의 문제로 제한적인 사용을 하였다.
- 037)로 유의한 차이를 보였다(신뢰구간 95%). 5명의 환자 중 호흡 조절 장치인 ABCHES를 이용하여 자유 호흡과 얕은 호흡 상태에서 장기의 움직임이 5 mm 이상 움직인 호흡은 자유 호흡이 12번인 반면 얕은 호흡에서는 2번으로 얕은 호흡을 할 경우 자유 호흡과 비교해 모든 치료 부위에서 종양의 움직임이 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다(Table 2, Fig. 3).
- 간내담관암 환자의 치료체적 HPTV는 얕은 호흡이 자유 호흡에 비해 각각 1.6%, 4.0%의 감소율을 보였으며 주변 정상조직 선량 통계량은 간의 평균선량은 자유 호흡이 26.3 Gy, 얕은 호흡이 24.9 Gy로 낮게 조사되었으며, 우 신장의 선량 평가는 두 호흡 간 가장 큰 선량 차이를 보인 V10에서 자유 호흡 45.5%인 반면 얕은 호흡이 29.5%로 감소하였다(Table 3, 4, Fig. 4, 5E).
- 간세포암종 환자의 선량 체적 히스토그램 비교 결과 치료 체적 HPTV는 자유 호흡 444.1 ml, 얕은 호흡 363.1 ml, LPTV는 677.0 ml, 577.5 ml로 얕은 호흡이 각각 18.0%, 14.0%의 감소율을 보였다. 정상 간 평가의 중요한 예측 인자인 V50은 자유 호흡이 28.
- 9 mm) 감소하였다. 또한 두 호흡간의 통계프로그램(spss v.12.0)을 통한 t-검정 결과 SI (P=0.045), AP (P=0.026), LR (P=0.037)로 유의한 차이를 보였다(신뢰구간 95%). 5명의 환자 중 호흡 조절 장치인 ABCHES를 이용하여 자유 호흡과 얕은 호흡 상태에서 장기의 움직임이 5 mm 이상 움직인 호흡은 자유 호흡이 12번인 반면 얕은 호흡에서는 2번으로 얕은 호흡을 할 경우 자유 호흡과 비교해 모든 치료 부위에서 종양의 움직임이 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다(Table 2, Fig.
- 본원에서 ABCHES를 호흡으로 인한 장기의 움직임이 큰 종양에 방사선 치료를 받는 환자에게 적용 시 움직임을 감소시킬 수 있었고 방사선 조사 여유분을 줄임으로써 정상장기에 불필요한 방사선 조사를 최소화 할 수 있었다. 또한 모의치료와 방사선치료 시 간편하면서도 정확한 재현성을 유지 할 수 있었으며 특히 고령의 환자들은 ABCHES 에 대한 이해도가 기존 호흡조절 장비보다 높음을 확인할 수 있었다.
- 5-11) 방사선치료의 최근 기술인 세기조절 방사선 치료의 또 다른 형태로 발전된 토모테라피는 진단용 CT 기계와 같은 gantry 안에 선형가속기를 탑재한 형태로 기존 세기조절 방사선 치료가 3∼7방향의 고정된 빔을 사용하는 것과 달리 토모테라피는 360° 한번 회전 시 51개 방향에서 방사선을 조사하는 것이 가능하므로 종양 표적 내 선량 균일성을 향상시키고 종양과 인접한 정상 조직에 선량을 최소화시킴으로써 안전하고 우수한 치료 효과를 기대할 수 있다. 또한 초고압 전산화단층촬영(Mega-Voltage Computed Tomography, MVCT)을 통해 방사선치료 전 종양의 위치 및 주위 정상 장기를 확인 후 방사선치료를 시행하는 영상유도 방사선치료가 가능하다.12,13)
- 1 Gy로 얕은 호흡이 정상조직에 낮은 선량이 조사됨을 확인 할 수 있었다. 방사선폐렴의 중요 예측인자인 20 Gy 이상 조사된 정상 폐 용적(V20) 또한 자유 호흡이 23.9%인 반면 얕은 호흡에서는 21.2%로 감소하였다(Table 3, 4, Fig. 4, 5A).
- 이를 보안하기 위해 도입한 ABCHES는 기존 호흡조절 장치의 단점을 보안하면서 효과적인 호흡 조절을 할 수 있어 환자는 자유 호흡에 비해 종양과 정상장기의 움직임을 최소화 시킬 수 있는 얕은 호흡을 정확하게 유지한 상태에서 호흡조절 토모테라피를 시행할 수 있었다. 본원에서 ABCHES를 호흡으로 인한 장기의 움직임이 큰 종양에 방사선 치료를 받는 환자에게 적용 시 움직임을 감소시킬 수 있었고 방사선 조사 여유분을 줄임으로써 정상장기에 불필요한 방사선 조사를 최소화 할 수 있었다. 또한 모의치료와 방사선치료 시 간편하면서도 정확한 재현성을 유지 할 수 있었으며 특히 고령의 환자들은 ABCHES 에 대한 이해도가 기존 호흡조절 장비보다 높음을 확인할 수 있었다.
- 쓸개암 환자의 치료체적은 얕은 호흡이 각각 10%, 2.0%의 감소율을 보였으며 주변 정상장기의 조사선량은 얕은 호흡이 간 68.1% (V20), 십이지장 80.9% (V20)로 감소하였다(Table 3, 4, Fig. 4, 5C).
- 얕은 호흡 상태에서 대부분 움직임이 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 평균 감소율을 SI방향에서 50.3% (3.2 mm), AP방향에서 45.3% (2.5 mm), LR방향에서 22.5% (1.9 mm) 감소하였다.
- 이를 보안하기 위해 도입한 ABCHES는 기존 호흡조절 장치의 단점을 보안하면서 효과적인 호흡 조절을 할 수 있어 환자는 자유 호흡에 비해 종양과 정상장기의 움직임을 최소화 시킬 수 있는 얕은 호흡을 정확하게 유지한 상태에서 호흡조절 토모테라피를 시행할 수 있었다. 본원에서 ABCHES를 호흡으로 인한 장기의 움직임이 큰 종양에 방사선 치료를 받는 환자에게 적용 시 움직임을 감소시킬 수 있었고 방사선 조사 여유분을 줄임으로써 정상장기에 불필요한 방사선 조사를 최소화 할 수 있었다.
- 5%의 감소율을 보였다. 전체 폐와 좌측 폐에 대한 얕은 호흡의 평균선량은 각각 12.8 Gy, 21.1 Gy로 얕은 호흡이 정상조직에 낮은 선량이 조사됨을 확인 할 수 있었다. 방사선폐렴의 중요 예측인자인 20 Gy 이상 조사된 정상 폐 용적(V20) 또한 자유 호흡이 23.
- 췌장암 환자의 선량 체적 히스토그램 비교 결과 치료 체적 HPTV는 자유 호흡 67.2 ml, 얕은 호흡 64.3 ml, LPTV는 107.1 ml, 102.8 ml로 얕은 호흡이 각각 4.3%, 4.0% 감소하였고, 주변 정상장기 평가에서는 얕은 호흡이 위장 8.8% (V5), 십이지장 21.1% (V10)로 감소하였다(Table 3, 4, Fig. 4, 5B).
- 폐암 환자의 선량 체적 히스토그램 비교 결과 치료 체적 HPTV는 자유 호흡 41.4 ml, 얕은 호흡 32.0 ml, LPTV는 130.4 ml, 106.2 ml로 얕은 호흡이 각각 22.0%, 18.5%의 감소율을 보였다. 전체 폐와 좌측 폐에 대한 얕은 호흡의 평균선량은 각각 12.
- 폐와 간은 종양의 위치와 호흡법에 따라 장기의 움직임 변화가 뚜렷하게 나타났다. 하지만 췌장과 쓸개의 경우 횡격막이 자유 호흡에서 최대 2∼2.
후속연구
- 앞으로 호흡의 객관적 지표가 되는 횡격막과 실제 장기 움직임의 연관성에 관한 연구와 함께 현재 ABCHES를 적용한 환자에 대한 추적관찰 또한 필요하리라 생각되며 토모테라피와 LINAC 치료 시 ABCHES를 이용한 호흡조절 방사선 치료를 통해 치료성적을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
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