[논문]세기변조 방사선치료의 환자 치료 전 선량보증에 대한 고찰

한영이

doi:10.14316/pmp.2013.24.4.213

세기변조 방사선치료의 환자 치료 전 선량보증에 대한 고찰
Review on the Pre-treatment Quality Assurance for Intensity Modulated Radiation Therapy 원문보기

Progress in Medical Physics = 의학물리, v.24 no.4, 2013년, pp.213 - 219

초록
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본 논문은 현재 세기변조 방사선 치료를 시행 시에 일반적으로 사용 되고 있는 환자 치료 전 품질보증의 방법 중, 2차원 선량분포를 측정하여 품질을 보증하는 방법들에 관한 이슈들을 최근 3~4년 간 발표된 논문들을 중심으로 살펴보고, 향후 품질보증 방법의 개선방향에 대하여 조명해 보고자 하였다.

This review paper deals with the current statues of pre-treatment quality assurance conducted for Intensity modulated radiation therapy. Focusing on the issues relevant to two-dimensional verification of absorbed dose distribution, review was made for the papers published during the last 3~4 years. ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 그 동안 시행되어온 치료 전 품질보증 방법의 문제점을 살펴보고, 측정기와 측정방법 및 분석방법, 소프트웨어의 발전에 따라 향후 IMRT의 치료 전 품질보증 방법의 발전방향을 조망해 보고자 한다.
치료 전 품질보증의 목적은 치료계획시스템과 치료기의 인수검사 이후에 지속적인 각 개별환자의 치료확인과정을 통하여 최적화된 치료계획 플랜이 치료기에서 구현되는 지와 선형가속기의 구동이 정상상태인지 확인하는 것이며, 이에 더하여 환자치료의 정확성과 안전성을 보증하기 위함이다.⁷⁾ 이러한 세 가지의 목적을 달성하기 위해서는 빠르게 변화해 가는 IMRT의 치료기술이 내포하고 있는 문제점들을 파악하고 이게 발 맞추어 품질보증 방법도 같이 변화해야 한다.

제안 방법

이 질문에 대하여, Zhen 등21)은 Nelms 등18)이 시행한 것과 동일한 방법으로, 4개의 두경부암의 IMRT 치료계획에 대하여, 4종류의 오류가 있는 96개의 치료계획을 생성하고, 3차원 부피 내에서 평가한 gamma index의 통과율과 PDP (planned dose perturbation) 알고리즘을 사용한 DVH (3DVH 소프트웨어)가 임상적으로 의미 있는 인자들인 침샘 평균 선량, 척수의 최대선량과 D1cc, CTV D95, 후두 평균선량들과 통계적인 상관관계가 있는지 분석하였다.

대상 데이터

Average passing rate and standard deviation of the IMRT QA results for 53 fields for the three photon beam models. The measurement was performed with the MapCHECK device. IMRT plan was generated using the BM4 beam model for each patient.

성능/효과

Per-beam의 gamma index 통과율은 임상적으로 의미 있는 인자와 Person 분석에서 약, 중 정도의 상관관계를 나타내었으며(r=－0.295∼ 0.653, Table 2), 높은 값의 gamma-index 통과율의 일부 플랜에서는 정상장기에서의 선량차이는 매우 큰, 잘못된 음성결과(False negative) 값이 관찰되었다.
Per-beam의 gamma index를 2%/2 mm로 평가 시에는 EPID와 ionchamber arry를 사용한 두 경우 모두에서 허용가능 프랜과 허용불가능 프랜간에 근소한 차이(EPID: 88.2%∼92.2% vs 87.5%∼91.5%, ionchamber array: 92.4%∼94.9% vs 86.8%∼98.3%)를 보였으나, 3%/3 mm로 평가 시에는 모든 프랜이 gamma index로는 허용 가능한 프랜으로 관찰되어, 변별력이 없는 것을 보였다.
또한, Li 등¹³⁾은 치료기의 모델링 중 방사선원의 분포와 MLC의 모델링의 정확성이 IMRT 치료의 불확도에 미치는 영향을 Monte Carlo 계산을 수행하여 측정하였다. 그 결과, 방사선원의 분포의 정확성은 1.5%의 불확도를 증가시키는 요인인데 반하여, MLC 두께, MLC의 각 잎간 방사선 누설량, MLC의 tungand-groove, 그리고 MLC 각 잎의 위치의 오프셋은 평균선량분포에 각각 4.5%, 5.6%, 5.3%와 7.8%의 불확도를 야기할 수 있는 것을 보였으며 각 체적소의 흡수선량에는 각각 2.5%, 0.7%, 2.1%, 1.3% 그리고 5%의 표준편차를 야기할 수 있음을 보여, 치료계획시스템에서 그 방사선량적 및 형태적 특성을 정확하게 반영하지 못하는 MLC의 모델링이 측정 시 관찰되는 불확도의 주요한 원인임을 보였다.
방사선 치료에서 가장 중요한 기술 발전 중 하나로 평가되는 IMRT는 기존의 방사선 치료와는 다르게 전자불균형이 일어나는 작은 조사야의 사용과 복잡한 형태의 조사야의 조합을 사용함으로 3차원 치료에 비교하여 방사선 흡수선량을 예측하는 알고리즘의 정확성이 더욱 중요하게 되었다. 이와 더불어 MLC (Multi Leaf Collimator) 구동의 정확성과 재연성, 환자 셋업의 정확성 그리고 움직이는 종양의 제어와 치료종양의 보다 정확한 타겟팅이 정확한 치료구현을 위한 중요한 요소로 부각되었으며, 이는 기존의 3차원 치료의 연장선상이 아닌, 새로운 치료 파라다임으로 간주되었다.
이중에서 2차원 선량분포를 gamma index 지표로 평가할 때, 치료를 위해 허용할 수 있는 오차의 한계를 결정하는 것이 하나의 이슈였으며, 각 기관에 따라 낮게는 90%에서 높게는 97%까지 다양한 오차허용 범위(gamma index 통과율)를 사용할 수 있으나,¹⁰⁾ AAPM의 TG 119⁷⁾에서는 3%/3 mm의 허용오차의 한계에, 통과율 95%를 적용하는 것이 현실적인 것으로 언급하고 있다.
치료전 품질보증 측정에서 관찰되는 오차의 원인 중 중요한 한가지는, 기본적으로 각 기관이 IMRT를 도입 시 시행한 커미셔닝의 정확도이다. 커미셔닝의 정확도의 범위를 다양한 제조사의 치료기와 치료계획시스템에 대하여 미국 내의 10개 기관이 공동연구를 시행한 결과에 따르면,⁷⁾ 절대선량은 고선량과 저선량점의에서 거의 비슷한 결과를 보이고 있으나, 2차원 선량분포는 치료의 복잡성의 정도에 따라, 그리고 측정이 중심축 면에서 벗어나는 경우 더 큰 오차를 보이고 있다.

후속연구

TG 119와 동등한 결과를 보이고 있다. 따라서, 각 치료기관은 상기에서 시행한 방법과 동일한 방법으로 난이도가 다른 여러 개의 IMRT 샘플치료계획을 세우고, 치료를 팬톰에 대하여 여러 번 시행, 측정하여 오차의 평균값과 표준 편차를 구한 후, 상기 연구에서 발표된 범위내인지 확인하는 것이 필요하다. 이 결과값으로 해당기관의 confidence limit 값을 구하여, 치료 전 환자 품질보증의 한계오차를 정하는 것이 바람직하다,
오류의 종류는 치료방법간에 차이를 보여서, IMRT에서는 장비, 특히 MLC의 작동과 관련된 오류, 그리고 환자 자료 입력과 해석에 따른 오류가 다빈도 항목이었으며, 이와는 다르게 3차원 입체조형치료에서는, 조사야를 만드는 블럭이나 쇄기, 셋업 보조 도구 등 액세서리관련 에러가 다빈도 항목으로 보고하고 있다. 따라서, 치료의 안전성에 보다 주의를 집중하고 치료 전 품질보증의 활동을 수행하는 IMRT 치료가 오히려 기존의 치료에 비교하여 적은 오류율을 보이는 원인으로 결론짓고 있으며, 환자의 안전증진을 위한 품질 보증 내용은 각 치료방법의 특성을 반영하여 구성되어야 함을 제시하고 있다. 이는 최근에 개발된 Rapid Arc 등 회전조사 방식의 IMRT 품질보증내용을 결정에 참고해야 할 사항이다.
최근에 개발되는 3차원적으로 DVH를 평가하는 환자 치료 전 품질보증 방법들은 임상적 측면에서의 치료 품질을 평가할 수 있음이 증명되고 있으며, 따라서 DVH를 측정으로 확인하는 방법으로 전환하는 것이 가능하게 되었다. 또한, 치료전 확인 뿐 아니라, IMRT 치료 중에 출구선량을 EPID로 측정하여 실시간으로 치료의 정확성을 보증 하는 방법이²²⁾ 일반화 된다면 보다 치료정확성 향상에 기여할 것으로 사려된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	내부 표지자를 매 치료시행 전에 X-선 영상으로 확인할 수 있는 기기는 무엇이 있는가?	이후로, 환자 셋업의 정확성을 증진하기 위하여, 영상유도 방사선 치료기의 개발이 촉발 되었으며, 외부 표지자가 아닌, 인체 내부의 종양 또는 종양의 위치를 대신하는 내부 표지자를 매 치료시행 전에 X-선 영상으로 확인할 수 있는 기기의 개발이 가속화 되었다. 따라서, 치료용 Megavoltage의 X-선을 그대로 사용하는 EPID (Electronic Portal Imaging Device)를 시작으로 Kilovoltage의 X-선을 사용하는 2차원 영상(On board Imager, Exac Track)과 3차원 Cone Beam CT 영상, 그리고 Megavoltage의 X-선을 사용하는 Cone Beam CT 또는 Fan beam CT (Tomothrapy) 영상으로 치료시행 전 종양위치를 확인 할 수 있는 치료용 가속기들이 개발되었다.
	세기변조방사선치료는 어떻게 보급되었나?	세기변조방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)는 Brahme1)의 역 치료계획(Inverse planning)의 알고리즘에 대한 논문발표를 시작으로 1994년에 Nomos 사의 PEACOCK 시스템으로 첫 치료를 시작한 후, 2000년도 이후 본격적으로 상용화되어, 임상에 널리 보급되었고, 2008년 자료에 의하면 미국 암 환자의 30%∼60%2)가 IMRT로 치료를 받는 것으로 보고되고 있다. 국내에서도 2011년 5개암에 대하여 국내에서 보험이 적용된 이후에, 세기변조 방사선 치료 건수가 급속히 증가하고 있다.
	우리나라 방사선 치료 건수가 급속히 증가한 배경은?	세기변조방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)는 Brahme1)의 역 치료계획(Inverse planning)의 알고리즘에 대한 논문발표를 시작으로 1994년에 Nomos 사의 PEACOCK 시스템으로 첫 치료를 시작한 후, 2000년도 이후 본격적으로 상용화되어, 임상에 널리 보급되었고, 2008년 자료에 의하면 미국 암 환자의 30%∼60%2)가 IMRT로 치료를 받는 것으로 보고되고 있다. 국내에서도 2011년 5개암에 대하여 국내에서 보험이 적용된 이후에, 세기변조 방사선 치료 건수가 급속히 증가하고 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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