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문제 정의
- 이에 본 논문에서는 전신조사방사선치료 시 2차원 치료계획이 지닌 한계성을 극복하고 합병증의 위험을 증가시키는 선량 불균일성을 줄이기 위해 Isodose Structure를 이용한 Field-in-Field (FIF) Technique의 유용성을 평가하고자 한다.
제안 방법
- (1) 전신조사방사선치료의 선량계산 인자 측정: 조직등 가고체팬텀, Ionization-chamber (FC65G)를 사용하여 치료 조건과 동일한 SAD=375 cm, 조사면을 40×40 cm2, dm=3 cm의 조건에서 Spoiler factor (Sf), Tray factor (Tf)를 포함한 출력인자(Output factor), Off-Axis Ratio (OAR), 조직최대선 량비(Tissue Maximum Ratio, TMR)를 측정하였다.
- (2) 치료조건의 측정값과 SSD=100 cm에서 측정한 데이터가 입력되어 있는 TPS의 오차 분석: TPS에서 30×30×30 cm3 의 가상의 팬텀(Sf, Tf, 밀도 균일)을 만들고, 각각 5 cm, 7 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm의 깊이에 1 Gy가 들어가도록 최적화(Normalization) 된 MU (Monitor Unit)를 얻고, 실험 1에서 측정한 데이터를 기준으로 각각의 깊이에서 직접 MU를 계산해 보았다.
- (3) 3차원 전산화 치료계획의 선량 비교: 측정을 통해 얻어진 각 측정지점에서의 선량의 차이를 비교 평가하기 위해서, 처방 선량의 기준점(Normalization point) 배꼽 (Umbilicus)에 2 Gy가 100% 전달 될 수 있도록 인체모형등가팬텀에 3차원 전산화 치료계획을 수립하였다. 측정된 값들은 기준점인 배꼽에서의 선량과 비교하여 얼마의 차이를 보이고 있는지 백분율(%)로 환산하여 기록 및 비교 평가 하였다.
- (4) 열형광선량계를 이용한 선량 비교: 실험방법(3)에서와 같이 납 보상체를 이용한 3차원 전산화 치료계획과 FIF 기법을 이용한 3차원 전산화 치료계획에서 2 Gy를 주었을 때, 계산되어 진 MU (깊이 20 cm, 배꼽 높이에 최적화)를 인체모형등가팬텀에 FIF 1,763 MU (좌, 우 각각), 납 보상체를 이용한 치료계획 1,769 MU (좌, 우 각각)를 조사하였다. 방사선 조사 시 인체모형등가팬텀에 두부, 경부, 흉부, 복부, 골반부에 기본적으로 열형광선량계를 부착하고(두부와 경부에는 1.
- 회전)의 선량 계산을 하여, 최적화된 곳에 비하여 고 선량으로 표시되는 곳을 알 수 있었다. TPS를 이용하여 가장 높은 140% 이상이 표시 되는 부분의 Isodose level을 Structure로 만들고 각 10%의 단계로 110% 까지 Isodose Structure를 만들 수 있었다. 그 단계 별로 140% 부분부터 전체 Beam weight의 10%씩을 보정 할 수 있도록 콜리메이터를 0o로 회전 후 다엽콜리메이터(Multi Leaf Collimator, MLC)를 이용하여 4개의 FIF를 제작하였다(Fig.
- ① 납 보상체를 이용한 3차원 전산화 치료계획: 좌우 대향 2문 조사법에 근거하여 각 SAD=375 cm로 고정하고 TPS의 Beam configuration에서 납 1 mm∼7 mm에 대한 투과인자를 각각 입력하였다.
- TPS를 이용하여 가장 높은 140% 이상이 표시 되는 부분의 Isodose level을 Structure로 만들고 각 10%의 단계로 110% 까지 Isodose Structure를 만들 수 있었다. 그 단계 별로 140% 부분부터 전체 Beam weight의 10%씩을 보정 할 수 있도록 콜리메이터를 0o로 회전 후 다엽콜리메이터(Multi Leaf Collimator, MLC)를 이용하여 4개의 FIF를 제작하였다(Fig. 3).
- 그리고 10 mm의 Sf를 반영할 수 있도록 체표윤곽을 만들었다. 기존의 2D 방식으로 기준 깊이 보다 두께가 얇은 곳에, 납 투과인자를 이용하여 두부에는 11 mm (좌측 5 mm, 우측 6 mm), 경부에는 13 mm (좌측 6 mm, 우측 7 mm), 흉부(폐 보정 적용 후 유효 깊이)에는 3 mm (좌측 1 mm, 우측 2 mm) 그리고 골반부에는 1 mm (좌측)의 납 보상체를 적용하여 3차원 치료계획을 세웠다(Fig. 2).
- 본 실험은 Treatment Planning System (TPS)가 SAD=375 cm의 선량 계산을 잘 반영할 수 있는 지를 우선적으로 점검하고, 인체모형등가팬텀에 양 팔을 제작하고, 전산화단층촬영을 한 후 3차원 전산화 치료계획을 시행하였다. 기존의 치료방법인 납 보상체를 이용하는 방법을 3차원으로 재 구현한 치료계획과 Isodose structure를 이용한 FIF 치료계획을 비교 분석하였다. 실제 환자에게 적용 가능성 평가를 위해 전신조사방사선치료를 시행 할 환자분의 동의를 얻어 전산화단층 촬영을 하고 앞서 언급한 두 가지 치료계획을 세워 비교 분석해 보았다.
- 11, 12). 또한 신체부위(피부에 서 5 mm 안쪽 체적)에 대한 선량체적히스토그램을 분석하고 HI를 비교하였다. 결과 FIF는 1.
- 또한, 전신조사방사선치료 시 표적이 되는 신체부위(피부에서 5 mm 안쪽 체적)에 대한 선량체적히스토그램(Dose Volume Histogram, DVH)을 비교하였다. HI (Homogeneity Index.
- (4) 열형광선량계를 이용한 선량 비교: 실험방법(3)에서와 같이 납 보상체를 이용한 3차원 전산화 치료계획과 FIF 기법을 이용한 3차원 전산화 치료계획에서 2 Gy를 주었을 때, 계산되어 진 MU (깊이 20 cm, 배꼽 높이에 최적화)를 인체모형등가팬텀에 FIF 1,763 MU (좌, 우 각각), 납 보상체를 이용한 치료계획 1,769 MU (좌, 우 각각)를 조사하였다. 방사선 조사 시 인체모형등가팬텀에 두부, 경부, 흉부, 복부, 골반부에 기본적으로 열형광선량계를 부착하고(두부와 경부에는 1.0 cm의 Bolus로 Build up), 심부쪽의 선량을 비교하기 위해 인체모형등가팬텀을 분해 한 후 팔로 가려진 흉부 부위, 팔로 가려지지 않는 흉부와 복부의 전면 부위에 열형광선량계를 부착하였다. 판독기를 이용해 열형광선량계를 판독하였다(Fig.
- 본 실험은 Treatment Planning System (TPS)가 SAD=375 cm의 선량 계산을 잘 반영할 수 있는 지를 우선적으로 점검하고, 인체모형등가팬텀에 양 팔을 제작하고, 전산화단층촬영을 한 후 3차원 전산화 치료계획을 시행하였다. 기존의 치료방법인 납 보상체를 이용하는 방법을 3차원으로 재 구현한 치료계획과 Isodose structure를 이용한 FIF 치료계획을 비교 분석하였다.
- 본원에서 사용하고 있는 전산화단층촬영모의치료기(LightSpeed RT 16, GE)와 15 MV 의료용선형가속기(Clinac-21EX Platinum, Varian, USA), 전산화 치료계획 장비(Eclipse Version 10.0, Varian, USA)를 이용하여 치료계획을 하였다. 실험용 팬텀으로는 물로 채워진 팔을 포함한 인체모형등가팬텀(Rando Phantom, Alderson Resarch Laboratories Inc.
- 본원에서는 1998년 이래 환자의 치료 자세 유지가 편하고 팔의 위치에 따라 폐부위조직결손을 보상하여 폐부 방사선량을 선량기준점에 근접하게 얻을 수 있는 장점이 있는 좌우 대향 2문 조사법을 이용하여 전신조사방사선치료를 시행하고 있다.11,12)
- 기존의 치료방법인 납 보상체를 이용하는 방법을 3차원으로 재 구현한 치료계획과 Isodose structure를 이용한 FIF 치료계획을 비교 분석하였다. 실제 환자에게 적용 가능성 평가를 위해 전신조사방사선치료를 시행 할 환자분의 동의를 얻어 전산화단층 촬영을 하고 앞서 언급한 두 가지 치료계획을 세워 비교 분석해 보았다.
- 실험방법(3)에서 언급한 두 가지(납 보상체, FIF) 치료 계획 방법에 대해 전신조사방사선치료를 시행할 환자(신장 175 cm, 구부린 다리 자세 잡이 후 133 cm)에 대해 전산화단층촬영을 하고 3차원 전산화 치료계획을 수립하고 비교 분석 하였다.
- 0 cm의 Bolus로 Build up), 심부쪽의 선량을 비교하기 위해 인체모형등가팬텀을 분해 한 후 팔로 가려진 흉부 부위, 팔로 가려지지 않는 흉부와 복부의 전면 부위에 열형광선량계를 부착하였다. 판독기를 이용해 열형광선량계를 판독하였다(Fig. 4).
- 팬텀 내 선량 평가를 위해 열형광 선량계(TLD-100, Harshaw ChemieBV, The Netherlands), 열형광선량계 오븐(PTW-TLDoven, PTW- Freiburg, Germany), 열형관선량계 판독기(Harshaw/QS TLD System 4000 reader, Solon Technologies, USA)와 GAF Chromic® EBT2 필름을 이용하여 비교 분석하였다.
- 필름을 스캔 한 후, OmniPro-I’mRT (ver 1.7)를 이용하여 분석하였다.
- 환자와 동일한 자세를 구현하기 위해 인체모형등가팬텀에 물을 채운 막대 풍선으로 팔(Arms) 모양을 만들어 고정하였고, 전산화단층촬영모의치료기 영상(slice thickness 1.0 cm)을 획득하여(Fig. 1) TPS에서 Anisotropic Analytical Algorithm (AAA)으로 전산화치료계획을 시행하였다.13) 전산화 치료계획은 기존에 시행되었던 납 보상체를 이용한 치료계획을 전산화단층촬영모의치료기 데이터 상에 구현하는 방법과 Isodose Structure를 바탕으로 FIF를 이용하는 두 가지 방법으로 시행하였고 측정 데이터를 바탕으로 MU 검증을 시행하였다.
대상 데이터
- 0, Varian, USA)를 이용하여 치료계획을 하였다. 실험용 팬텀으로는 물로 채워진 팔을 포함한 인체모형등가팬텀(Rando Phantom, Alderson Resarch Laboratories Inc. Stamford. CT, USA), 조직등가고체팬텀(Solid water phantom)을 사용하였다. 선량을 측정하기 위해 Ionization-chamber (FC65G, IBA Dosimetry, Germany)와 전위계(DOSE-1, IBA Dosimetry, Germany)가 이용되었다.
데이터처리
- 1) TPS에서 Anisotropic Analytical Algorithm (AAA)으로 전산화치료계획을 시행하였다.13) 전산화 치료계획은 기존에 시행되었던 납 보상체를 이용한 치료계획을 전산화단층촬영모의치료기 데이터 상에 구현하는 방법과 Isodose Structure를 바탕으로 FIF를 이용하는 두 가지 방법으로 시행하였고 측정 데이터를 바탕으로 MU 검증을 시행하였다.
- (3) 3차원 전산화 치료계획의 선량 비교: 측정을 통해 얻어진 각 측정지점에서의 선량의 차이를 비교 평가하기 위해서, 처방 선량의 기준점(Normalization point) 배꼽 (Umbilicus)에 2 Gy가 100% 전달 될 수 있도록 인체모형등가팬텀에 3차원 전산화 치료계획을 수립하였다. 측정된 값들은 기준점인 배꼽에서의 선량과 비교하여 얼마의 차이를 보이고 있는지 백분율(%)로 환산하여 기록 및 비교 평가 하였다.
이론/모형
- CT, USA), 조직등가고체팬텀(Solid water phantom)을 사용하였다. 선량을 측정하기 위해 Ionization-chamber (FC65G, IBA Dosimetry, Germany)와 전위계(DOSE-1, IBA Dosimetry, Germany)가 이용되었다. 팬텀 내 선량 평가를 위해 열형광 선량계(TLD-100, Harshaw ChemieBV, The Netherlands), 열형광선량계 오븐(PTW-TLDoven, PTW- Freiburg, Germany), 열형관선량계 판독기(Harshaw/QS TLD System 4000 reader, Solon Technologies, USA)와 GAF Chromic® EBT2 필름을 이용하여 비교 분석하였다.
성능/효과
- 15% 적게 나왔지만, 7 cm 깊이에서의 두 MU는 동일하게 나왔다. 10 cm, 15 cm, 20 cm 깊이에서의 TPS에서 계산된 MU는 직접 계산한 MU에 비해 각 각 0.49%, 0.44%, 1.00% 많게 나왔지만 전체적으로 1% 이하의 MU 차이를 보이는 것으로 보아, TPS에서 Anisotropic Analytical Algorithm (AAA)은 SAD=375 cm에 대해서도 선량 계산을 반영하는 것으로 분석되어 본 실험을 진행하였다(Table 1).
- 본 실험에서 인체모형등가팬텀에 양 팔을 제작하여 치료 계획 및 선량을 조사해 본 결과 양 팔의 투과 유무에 따라 약 7∼17%의 선량차이가 발생 하였다. 4단계의 FIF 기법으로 3차원 치료계획을 수립하여 전신에 약 95∼107%의 균등 한 선량 분포를 확인하였고 ±10% 이내의 선량 균일성을 유지 할 수 있을 것으로 분석 되었다. FIF 기법을 이용한 3차원 치료 계획은 환자 전신에 조사되는 선량을 미리 분석 할 수 있는 치료 계획으로 기존 치료 방법보다 균등한 선량의 전달이 가능할 것으로 사료된다.
- 7)를 이용하여 분석하였다. FIF 보다는 납 보상체를 이용한 치료계획의 필름에서 기준깊이에 나타난 농도를 기준으로 전체적인 선량 분포의 농도 차가 팔로 가려지지 않는 흉부와 복부 전면으로 갈수록 크다는 것을 알 수 있었다(Fig. 9).
- 또한, 전신조사방사선치료 시 표적이 되는 신체부위(피부에서 5 mm 안쪽 체적)에 대한 선량체적히스토그램(Dose Volume Histogram, DVH)을 비교하였다. HI (Homogeneity Index. HI = #)를 비교한 결과 FIF는 1.094, 납 보상체를 이용한 치료계획은 1.235로, 값이 클수록 균일성이 좋지 않음을 나타내는 지표로서, 신체부위(피부에서 5 mm 안쪽 체적)에 대해 FIF가 납 보상체를 이용한 치료계획 보다는 선량이 균등하게 들어가는 것을 알 수 있다(Fig. 7).
- 또한 신체부위(피부에 서 5 mm 안쪽 체적)에 대한 선량체적히스토그램을 분석하고 HI를 비교하였다. 결과 FIF는 1.095, 납 보상체를 이용한 치료계획은 1.238로 FIF기법을 이용하면 보다 균등한 선량이 들어가는 것을 알 수 있었다.
- 결과 본 실험의 관심영역인 팔로 가려진 부위와 가려지지 않은 부위의 선량 차이는 납 보상체를 사용하는 기존의 방식대로 치료를 한다면 약 10∼17%의 고 선량 영역이 발생 할 수 있다는 것을 알았다(Fig. 8).
- 즉 ±10%의 선량 균등성에 적합 하다고 평가할 수 있다. 그러나 인체모형등가팬텀 안 쪽의 부착한 열형광선량계의 판독 값 중 팔로 가려지는 흉부 부위(바닥을 기준으로 8 cm 떨어진 지점)는 FIF에서 우폐: 101.6%, 좌폐: 95.8%, 납 보상체를 이용한 치료계획에서 우폐: 94.6%, 좌폐: 89.6%, 팔로 가려지지 않는 흉부의 전면 부위(바닥을 기준으 로 15 cm 떨어진 지점)는 FIF에서 우폐: 107.2%, 좌폐: 105.9%였고, 납 보상체를 이용한 치료계획에서 우폐: 112.5%, 좌폐: 110.2%, 팔로 가려지지 않는 복부 부위(바닥을 기준으로 15 cm 떨어진 지점)는 FIF에서 104.9%, 납 보상체를 이용한 치료계획에서 117.7%의 선량 값을 보였다. 결과 본 실험의 관심영역인 팔로 가려진 부위와 가려지지 않은 부위의 선량 차이는 납 보상체를 사용하는 기존의 방식대로 치료를 한다면 약 10∼17%의 고 선량 영역이 발생 할 수 있다는 것을 알았다(Fig.
- 3%의 선량 값을 보였다. 납 보상체를 이용한 치료 계획에서 두부는 96.2%, 경부는 97.5%, 흉부는 97.5%, 복부는 100.0%, 골반부는 107.4%의 차이를 보였다. 이는 기존에 전신조사방사선치료 시 열형광선량계로 선량 평가되던 부위에 대한 평가이다.
- 팔로 가려지지 않는 복부 부위(바닥을 기준으로 15 cm 떨어진 지점)는 FIF에서 107%, 납 보상체를 이용한 치료계획에서 124%의 선량차이를 보였다. 두 치료계획에서 관심영역인 5개 부위에 대해 표준편차를 구해 본 결과 FIF는 0.27(%) 납 보상체에서는 8.93(%)의 값을 얻었다. 이에 FIF기법을 이용하면 양 팔로 가려지지 않는 부위에 대해 보다 균등한 선량이 들어가는 것을 알 수 있었다(Fig.
- 6%의 선량차이를 보였다. 두 치료계획에서 관심영역인 5개 부위에 대해 표준편차를 구해 본 결과 FIF는 1.98(%) 납 보상체를 이용한 치료계획은 11.19(%)의 값을 얻었다(Fig. 11, 12). 또한 신체부위(피부에 서 5 mm 안쪽 체적)에 대한 선량체적히스토그램을 분석하고 HI를 비교하였다.
- 두부, 경부, 흉부, 팔로 가려지는 흉부, 팔로 가려지지 않는 흉부, 복부, 팔로 가려지지 않는 복부 부위, 골반부에 총 11개, 각각 3개의 열형광선량계를 판독한 결과 FIF에서 두부는 105.0%, 경부는 100.2%, 흉부는 102.7%, 복부는 100.0%, 골반부는 100.3%의 선량 값을 보였다. 납 보상체를 이용한 치료 계획에서 두부는 96.
- 본 실험에서 인체모형등가팬텀에 양 팔을 제작하여 치료 계획 및 선량을 조사해 본 결과 양 팔의 투과 유무에 따라 약 7∼17%의 선량차이가 발생 하였다. 4단계의 FIF 기법으로 3차원 치료계획을 수립하여 전신에 약 95∼107%의 균등 한 선량 분포를 확인하였고 ±10% 이내의 선량 균일성을 유지 할 수 있을 것으로 분석 되었다.
- 실험 결과 1)에서 보았듯이 환자와 동일하게 양 팔을 부착한 인체등가모형팬텀에서는 TPS 시스템을 신뢰 할 수 있었고, 납 보상체만을 이용하여 치료를 할 경우, 본 실험의 관심 영역인 양 팔로 가려진 부위와 가려지지 않은 부위에 대한 선량차이를 알 수 있었다.
- 93(%)의 값을 얻었다. 이에 FIF기법을 이용하면 양 팔로 가려지지 않는 부위에 대해 보다 균등한 선량이 들어가는 것을 알 수 있었다(Fig. 5, 6).
- 좌우 대향 2문 조사법으로 최초 open beam (조사야는 40×40 cm2, 콜리메이터는 45o 회전)의 선량 계산을 하여, 최적화된 곳에 비하여 고 선량으로 표시되는 곳을 알 수 있었다.
- 팔로 가려지지 않는 복부 부위는 FIF에서 109.7%, 납 보상체를 이용한 치료계획에서 124.6%의 선량차이를 보였다. 두 치료계획에서 관심영역인 5개 부위에 대해 표준편차를 구해 본 결과 FIF는 1.
- 팔로 가려지지 않는 흉부의 전면 부위(바닥을 기준으로 15 cm 떨어진 지점)에서는 FIF에서 우폐: 106.4%, 좌폐: 106.7%, 납 보상체를 이용한 치료계획에서 우폐: 115%, 좌폐: 114%의 선량차이를 보였고, 팔로 가려지는 흉부 부위(바닥을 기준으로 8 cm 떨어진 지점)의 선량 차이는 FIF에서 우폐: 107%, 좌폐: 107%였고, 납 보상체를 이용한 치료계획에서는 우폐: 103%, 좌폐: 103%의 선량차이를 보였다.
- 팔로 가려지지 않는 흉부의 전면 부위에서는 FIF에서 우폐: 106.7%, 좌폐: 108.3%, 납 보상체를 이용한 치료계획에서 우폐: 112.6%, 좌폐: 111.5%의 선량차이를 보였고, 팔로 가려지는 흉부 부위의 선량 차이는 FIF에서 우폐: 104.5%, 좌폐: 106.3%였고, 납 보상체를 이용한 치료계획에서는 우폐: 97.6%, 좌폐: 98.6%의 선량차이를 보였다.
후속연구
- FIF 기법을 이용한 3차원 치료 계획은 환자 전신에 조사되는 선량을 미리 분석 할 수 있는 치료 계획으로 기존 치료 방법보다 균등한 선량의 전달이 가능할 것으로 사료된다. 다만 다엽콜리메이터를 이용하여 단계별로 치료가 이루어지기 때문에 보다 정확한 환자의 위치 잡이와 장비의 정도 관리가 필요할 것으로 사료된다.
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