유방암 방사선치료 기법에 따른 선량 비교 : 3차원 입체조형치료, 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료 Dosimetric Comparison of Radiation Treatment Techniques for Breast Cancer : 3D-CRT, IMRT and VMAT원문보기
본 연구의 목적은 유방암 치료에 사용되는 다양한 첨단방사선치료법을 선량비교인자들을 이용하여 비교분석하고 이 결과를 이용하여 환자에 가장 적합한 치료방법을 찾기 위함이다. 인체밀도와 유사하게 제작된 모형팬텀을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였고 Eclipse v10 소프트웨어를 이용하여 3차원 입체조형치료, 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료 세 가지 치료계획을 수립하였다. 각 치료계획을 평가하기 위하여 균일지수, 순응도, 장기등가선량(OED), 초과절대위험률(EAR) 등을 이용하였다. 균일지수 값은 3차원 입체조형치료, 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료에서 16.89, 11.21, 9.55, 순응도는 0.59, 0.61, 0.83 으로 계산되었다. 사용된 3가지 치료법의 평균선량은 왼쪽 폐 0.01 ~ 2.02 Gy, 오른쪽 폐 0.36 ~ 5.01 Gy, 간 0.25 ~ 2.49 Gy, 심장 0.14 ~ 6.92 Gy, 식도 0.03 ~ 2.02 Gy, 척수 0.01 ~ 1.06 Gy, 왼쪽 가슴 0.25 ~ 6.08 Gy, 기관 0.08 ~ 0.59 Gy, 위 0.01 ~ 1.34 Gy 의 범위로 나타났다. 장기등가선량(OED)와 초과절대위험률(EAR)은 모든 장기에서 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료방법이 3차원 입체조형치료 보다 높게 나타났다. 이 연구의 결과로서, 우리는 선량분포지수(균일지수, 순응도)는 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료가 3차원 입체조형치료 보다 좋을 수 있지만 주변 정상장기에 들어가는 선량은 3차원 입체조형치료보다 높다는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구의 목적은 유방암 치료에 사용되는 다양한 첨단방사선치료법을 선량비교인자들을 이용하여 비교분석하고 이 결과를 이용하여 환자에 가장 적합한 치료방법을 찾기 위함이다. 인체밀도와 유사하게 제작된 모형팬텀을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였고 Eclipse v10 소프트웨어를 이용하여 3차원 입체조형치료, 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료 세 가지 치료계획을 수립하였다. 각 치료계획을 평가하기 위하여 균일지수, 순응도, 장기등가선량(OED), 초과절대위험률(EAR) 등을 이용하였다. 균일지수 값은 3차원 입체조형치료, 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료에서 16.89, 11.21, 9.55, 순응도는 0.59, 0.61, 0.83 으로 계산되었다. 사용된 3가지 치료법의 평균선량은 왼쪽 폐 0.01 ~ 2.02 Gy, 오른쪽 폐 0.36 ~ 5.01 Gy, 간 0.25 ~ 2.49 Gy, 심장 0.14 ~ 6.92 Gy, 식도 0.03 ~ 2.02 Gy, 척수 0.01 ~ 1.06 Gy, 왼쪽 가슴 0.25 ~ 6.08 Gy, 기관 0.08 ~ 0.59 Gy, 위 0.01 ~ 1.34 Gy 의 범위로 나타났다. 장기등가선량(OED)와 초과절대위험률(EAR)은 모든 장기에서 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료방법이 3차원 입체조형치료 보다 높게 나타났다. 이 연구의 결과로서, 우리는 선량분포지수(균일지수, 순응도)는 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료가 3차원 입체조형치료 보다 좋을 수 있지만 주변 정상장기에 들어가는 선량은 3차원 입체조형치료보다 높다는 것을 확인할 수 있었다.
The purpose of this study is to compare method in the treatment of breast cancer using dose index. And, it is to find the optimized treatment technique to the patient. The phantom filled with tissue-equivalent material were used simulation and treatment as techniques of 3D-CRT, IMRT, VMAT was planne...
The purpose of this study is to compare method in the treatment of breast cancer using dose index. And, it is to find the optimized treatment technique to the patient. The phantom filled with tissue-equivalent material were used simulation and treatment as techniques of 3D-CRT, IMRT, VMAT was planned using Eclipse v10. By using HI(homogeneity index), CI(Conformity index), OED(Organ equivalent dose), EAR(Excess Absolute Risk), were assessed for each treatment plans. HI and CI of 3D-CRT, IMRT, VMAT were calculated 16.89, 11.21, 9.55 and 0.59, 0.61, 0.83. The organ average doses of Lt lung, Rt lung, liver, heart, esophagus, cord, Lt breast, trachea and stomach were 0.01 ~ 2.02 Gy, 0.36 ~ 5.01 Gy, 0.25 ~ 2.49 Gy, 0.14 ~ 6.92 Gy, 0.03 ~ 2.02 Gy, 0.01 ~ 1.06 Gy, 0.25 ~ 6.08 Gy, 0.08 ~ 0.59 Gy, 0.01 ~ 1.34 Gy, respectively. The OED, EAR of the IMRT and VMAT show higher than 3D-CRT. As the result of this study, we could confirm being higher dose index(HI, CI) in IMRT and VMAT than 3D-CRT, but doses of around normal organs was higher IMRT, VMAT than 3D-CRT.
The purpose of this study is to compare method in the treatment of breast cancer using dose index. And, it is to find the optimized treatment technique to the patient. The phantom filled with tissue-equivalent material were used simulation and treatment as techniques of 3D-CRT, IMRT, VMAT was planned using Eclipse v10. By using HI(homogeneity index), CI(Conformity index), OED(Organ equivalent dose), EAR(Excess Absolute Risk), were assessed for each treatment plans. HI and CI of 3D-CRT, IMRT, VMAT were calculated 16.89, 11.21, 9.55 and 0.59, 0.61, 0.83. The organ average doses of Lt lung, Rt lung, liver, heart, esophagus, cord, Lt breast, trachea and stomach were 0.01 ~ 2.02 Gy, 0.36 ~ 5.01 Gy, 0.25 ~ 2.49 Gy, 0.14 ~ 6.92 Gy, 0.03 ~ 2.02 Gy, 0.01 ~ 1.06 Gy, 0.25 ~ 6.08 Gy, 0.08 ~ 0.59 Gy, 0.01 ~ 1.34 Gy, respectively. The OED, EAR of the IMRT and VMAT show higher than 3D-CRT. As the result of this study, we could confirm being higher dose index(HI, CI) in IMRT and VMAT than 3D-CRT, but doses of around normal organs was higher IMRT, VMAT than 3D-CRT.
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문제 정의
장기등가선량은 생물학적인 인자를 고려하여 선량반응의 가중치를 적용시켜 장기의 방사선량 평가에 이용하는 개념이다14~16). 우리의 목적은 유방암 치료에 있어서 새로운 치료방법을 적용하기 위해 치료계획 소프트웨어와 장기등가선량 그리고 초과절대위험률 등의 생물학적인 인자들을 이용하여 치료계획을 비교하고 분석하는 것이다.
가설 설정
1%의 값이 측정되어 일반적인 누설선의 정도를 나타내었다. 0.1%의 누설량은 1회 치료시 많게는 1000 cGy 의 출력을 사용하는 세기 변조 방사선치료의 경우 전체적으로 30 cGy 에 해당하는 선량을 전신에 피폭 받는다고 가정할 수 있다. 3D-CRT에 비해 최소 2배이상의 출력을 사용하는 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료의 경우 높은 출력을 사용할수록 정상조직의 선량은 높아질 수 밖에 없다.
제안 방법
Figure 4. Relative organ equivalent doses of Lt lung, Rt lung, Lt breast, Heart, Liver, Esophagus, Cord, Trachea, Stomach for IMRT and VMAT, normalized to that of 3D-CRT, using a plateau model.
우리는 유방암에서 새로운 치료방법의 적용을 위하여 세 가지 치료방법에 대한 치료계획 소프트웨어에서의 차이를 비교하였다. 균일지수, 순응도, 장기등가선량, 초과절대위험률등의 여러 가지 지표들을 이용하여 비교 분석하였다. 장기등가선량은 균등하지 않은 선량분포에 대한 장기의 평가를 위하여 개발된 개념이다.
치료계획을 위하여 인체조직과 같은 밀도로 제작이 된 여성용 인체모형팬텀을 방사선 치료용 시뮬레이션 전산화단층촬영(Somatom, Munich, Germany)장비로 스캔하였고, 전산화단층촬영(Computed Tomography, CT) 영상의 슬라이스 두께는 세기 변조 방사선치료를 고려하여 3 mm 로 설정되었다. 기존에 사용하던 3 차원 입체조형치료방법으로 field in field 접선조사방식이 이용되었고 오른쪽 유방을 기준으로 전체유방에 대해 180 cGy의 분할선량으로 5040 cGy의 선량을 계획하였다. 우리 사이트에서는 환자에 따라 4~6개의 필드를 이용하는 field in field 방식을 적용하고 있다.
우리 사이트에서는 환자에 따라 4~6개의 필드를 이용하는 field in field 방식을 적용하고 있다. 비교를 위한 치료 방법으로는 고정된 각도에서 방사선이 조사되는 세기 변조 방사선치료와 겐트리가 회전하면서 방사선이 조사되는 입체세기조절회전 방사선치료의 방식이 이용되었다. 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료는 각각 다섯 개의 조사야 치료방식과 한 개의 치료중심점에서 두번 회전하는 치료방법이 이용되었다.
비교를 위한 치료 방법으로는 고정된 각도에서 방사선이 조사되는 세기 변조 방사선치료와 겐트리가 회전하면서 방사선이 조사되는 입체세기조절회전 방사선치료의 방식이 이용되었다. 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료는 각각 다섯 개의 조사야 치료방식과 한 개의 치료중심점에서 두번 회전하는 치료방법이 이용되었다. 치료는 처방선량의 90%가 계획체적대상(Planning Target Volume, PTV)에 포함되는 것을 기준으로 계획하였다.
그 이유는 폐에 들어가는 방사선량을 줄이기 위해서 인데 방사선조사로 발생하는 방사선 폐렴이 가장 심각한 부작용중의 하나이기 때문이다. 우리 기관에서는 전체유방암 치료에 있어서 새로운 치료방법의 적용을 위하여 기존의 접선방향치료법과 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료에 대하여 방사선치료계획 시스템을 이용하여 치료계획의 장단점을 비교하려고 한다. 그 동안 치료방법 및 계획의 비교는 여러 연구자들에 의해서 진행되었다.
그만큼 방사선 치료 시 발생할 수 있는 추가적인 부작용은 숙지하여야 할 중요한 사항중의 하나이다. 우리는 유방암에서 새로운 치료방법의 적용을 위하여 세 가지 치료방법에 대한 치료계획 소프트웨어에서의 차이를 비교하였다. 균일지수, 순응도, 장기등가선량, 초과절대위험률등의 여러 가지 지표들을 이용하여 비교 분석하였다.
10 (Varian Medical Systems, Palo Alto, US) 시스템을 이용하였다. 치료계획을 위하여 인체조직과 같은 밀도로 제작이 된 여성용 인체모형팬텀을 방사선 치료용 시뮬레이션 전산화단층촬영(Somatom, Munich, Germany)장비로 스캔하였고, 전산화단층촬영(Computed Tomography, CT) 영상의 슬라이스 두께는 세기 변조 방사선치료를 고려하여 3 mm 로 설정되었다. 기존에 사용하던 3 차원 입체조형치료방법으로 field in field 접선조사방식이 이용되었고 오른쪽 유방을 기준으로 전체유방에 대해 180 cGy의 분할선량으로 5040 cGy의 선량을 계획하였다.
세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료는 각각 다섯 개의 조사야 치료방식과 한 개의 치료중심점에서 두번 회전하는 치료방법이 이용되었다. 치료는 처방선량의 90%가 계획체적대상(Planning Target Volume, PTV)에 포함되는 것을 기준으로 계획하였다.
이론/모형
치료계획의 차이를 비교하기 위하여 Eclipse v.10 (Varian Medical Systems, Palo Alto, US) 시스템을 이용하였다. 치료계획을 위하여 인체조직과 같은 밀도로 제작이 된 여성용 인체모형팬텀을 방사선 치료용 시뮬레이션 전산화단층촬영(Somatom, Munich, Germany)장비로 스캔하였고, 전산화단층촬영(Computed Tomography, CT) 영상의 슬라이스 두께는 세기 변조 방사선치료를 고려하여 3 mm 로 설정되었다.
성능/효과
하지만 유방암에 대한 방사선치료의 경우 접선조사를 사용하여 치료하기 때문에 오히려 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료에서 주변장기에 높은 선량이 축적되는 것을 확인하였다. 초과절대위험률(EAR) (Fig 5.)의 결과를 살펴보면 간 0.05 ~ 0.07, 왼쪽 폐 0.07 ~ 0.32, 식도 0.07 ~ 0.29, 척수 0.07 ~ 0.20, 오른쪽 폐 0.11 ~0.42, 왼쪽 유방 0.09 ~ 0.63, 기관 0.07 ~ 0.15, 심장 0.07 ~ 0.64, 위 0.05 ~ 0.27 으로 장기에 따라 1.3배에서 최대 8.7 배에 해당하는 차이를 확인할 수 있었다.
장기에 대한 상대적인 OED가 큰 차이를 가진다는 것도 확인할 수 있다. 그 중에서도 심장의 경우 3차원 입체조형 치료와 입체세기조절회전 방사선치료방법에 따른 장기등가선량(OED)가 8배로 가장 큰 차이가 나타났다. 그리고 이 결과는 오른쪽 유방의 치료를 기준으로 계산되었기 때문에 심장에 근접한 왼쪽 유방의 방사선치료의 경우 심장의 선량은 더 증가할 것으로 예상된다.
다만 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료의 경우 환자나 치료계획에 따라 장기의 선량이 큰 차이를 나타낸다는 것을 유의하여야 한다. 그리고 2차암의 발생에 대한 수치가 전체 암의 발생률로 평가할 때 그 위험도가 높지 않다는 것을 확인할 수 있다. 위의 결과를 통하여 우리는 방사선치료의 목적인 종양에 대한 균등한 선량전달과 주변 정상조직선량의 최소화를 적절히 고려하여 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료를 유방암 환자의 방사선치료 방법으로 적용할 수 있을 것이라 생각한다.
비교분석 결과 타겟에 대한 치료목적에 대하여는 입체 세기조절회전 방사선치료가 가장 좋은 수치를 나타내었지만 주변정상조직의 보호 측면에서는 일반적인 치료방법인 3차원 입체조형치료방법이 가장 좋은 수치를 나타내었다. 장기에 대한 상대적인 OED가 큰 차이를 가진다는 것도 확인할 수 있다.
세 가지 치료방법의 비교의 결과는 우리에게 새로운 치료법의 적용은 여러 가지 고려할 사항이 많다는 것을 말해준다. 먼저 세기 변조 방사선치료의 경우 일반 치료방법보다 높은 출력을 요구하게 된다.
1%로 권고하고 있다1). 우리기관에서의 누설선은 월간 정도관리에서 Isocenter 지점에서 평균적으로 0.1%의 값이 측정되어 일반적인 누설선의 정도를 나타내었다. 0.
우리는 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료방법이 종양에 선량을 균일하고 정확하게 전달시키는 데는 3차원 입체조형치료보다 좋은 효과를 가지는 것을 확인하였다. 하지만 종양의 주변조직에 대한 선량보호 효과는 2차암발생의 평가로 볼 때 3차원 입체조형치료가 가장 좋은 효과를 가진다.
Table 4, 5 는 계획체적대상과 전체 몸 그리고 주변장기에 대한 차이를 V30, V60, V90, D30, D60, D90으로 비교한 표이다. 이 두 가지의 결과를 통하여 타겟에 대한 선량의 전달측면에서는 세기 변조 방사선치료, 입체세기조절회전 방사선치료가 뛰어나지만 몸에 대한 전체적인 비교를 하였을 때 3차원 입체조형치료보다 높은 선량이 전달되는 것을 확인할 수 있었다. Fig 3.
심부에 위치한 타겟의 경우 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료 방법은 일반 조직에 대한 보호효과를 나타낼 수 있다. 하지만 유방암에 대한 방사선치료의 경우 접선조사를 사용하여 치료하기 때문에 오히려 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료에서 주변장기에 높은 선량이 축적되는 것을 확인하였다. 초과절대위험률(EAR) (Fig 5.
후속연구
그리고 2차암의 발생에 대한 수치가 전체 암의 발생률로 평가할 때 그 위험도가 높지 않다는 것을 확인할 수 있다. 위의 결과를 통하여 우리는 방사선치료의 목적인 종양에 대한 균등한 선량전달과 주변 정상조직선량의 최소화를 적절히 고려하여 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료를 유방암 환자의 방사선치료 방법으로 적용할 수 있을 것이라 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료의 단점은 무엇이 있을까?
세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료(Volumetric modulated Arc Therapy, VMAT)는 암에 방사선을 집중 시키는 반면에 정상조직을 보호하는 효과를 가지고 있다. 그러나 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료는 장점뿐만이 아니라 단점들도 가지고 있는 데 첫째는 기존의 치료법보다 많은 방향의 필드를 사용하는 것이고 둘째는 높은 MU (Monitor unit)의 사용이다. 결국 이러한 두 가지 특징은 높은 출력으로 산란선과 누설선의 증가를 야기시키며 많은 2차선량을 가져온다.
세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료는 어떤 효과를 가지고 있는가?
그 이점 중의 하나인 세기 변조 방사선치료(Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRT)는 다엽콜리메이터(Multileaf Collimator, MLC)의 개발과 함께 이용되기 시작한 치료방법이다. 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료(Volumetric modulated Arc Therapy, VMAT)는 암에 방사선을 집중 시키는 반면에 정상조직을 보호하는 효과를 가지고 있다. 그러나 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료는 장점뿐만이 아니라 단점들도 가지고 있는 데 첫째는 기존의 치료법보다 많은 방향의 필드를 사용하는 것이고 둘째는 높은 MU (Monitor unit)의 사용이다.
현대 기술의 발전이 이점을 가져다 준 방사선치료 방법은 무엇인가?
다양한 현대 기술의 발전은 방사선치료에서 여러 가지이점을 가져다 주었다1). 그 이점 중의 하나인 세기 변조 방사선치료(Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRT)는 다엽콜리메이터(Multileaf Collimator, MLC)의 개발과 함께 이용되기 시작한 치료방법이다. 세기 변조 방사선치료와 입체세기조절회전 방사선치료(Volumetric modulated Arc Therapy, VMAT)는 암에 방사선을 집중 시키는 반면에 정상조직을 보호하는 효과를 가지고 있다.
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