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문제 정의
- 본 연구에서는 실제로 빔이 조사되다가 끊어졌다가를 반복하는 호흡동조 양성자치료를 할 경우 분할 조사되는 양성자빔의 Range와 SOBP가 치료계획 대로 정확히 형성되는지 분석하고 Output factor를 정량적으로 측정해 봄으로써 본원에서 시행하고 있는 호흡동조 양성자치료의 정확성을 검증하고자 한다.
- 양성자 치료는 브래그 피크의 특성 상 호흡으로 인한 장기의 움직임에 특히 민감하다. 본원에서는 움직이는 종양에 대해서도 우수한 선량 분포의 장점을 충분히 살리기 위해 Range-modulated 양성자 치료에 호흡동조 시스템을 설치하여 적용해왔다. 실험을 통해 호흡동조 양성자치료 시 분할 조사된 양성자빔의 Range, SOBP 및 Output factor 모두 연속 조사된 양성자빔과 비교하여 차이가 미미한 것을 알 수 있었다.
제안 방법
- Output factor는 Scanditronix Wellhofer (IBA, Germany)와 Farmer chamber type 30013 (PTW, Germany)으로 측정하였다. 양성자 치료기의 갠트리를 0도에 맞춘 후 PPS 위에 Scanditronix Wellhofer Calibration Phantom WP1D (Ser.
- 8). PPS를 이동시켜 황동 끝에서부터 물의 표면까 지의 거리를 측정하고자 하는 환자의 에어 갭(Air gap, 빔의 사출구에서 체표면까지의 거리)에 맞추고, 물의 온도와 압력을 측정했다(23.96℃, 1010.4 hPa). 첫 번째로 환자의 호흡신호를 재현한 후 호흡동조를 적용하며 측정하고자 하는 환자의 치료계획과 동일한 양성자빔을 200 MU 조사하여 Scanditronix Wellhofer로 전하량을 측정했다.
- 6). 그 다음 호흡동조를 하지 않고 양성자빔을 생성하여 동일한 방법으로 각 5회씩 측정한다. 측정된 양성자 수를 분석하여 각각의 Range와 SOBP를 분석한 후 5회 값들의 평균을 구한다.
- 2012년 6월부터 8월까지 본원에서 호흡동조 양성자치료를 받은 간암 환자 세 명의 치료계획 자료를 대상으로 하였으며, 환자 한명 당 치료 조사영역 하나씩을 선택하였다. 그리고 호흡동조 양성자치료를 받았던 환자 20명의 호흡신호를 분석하여 평균 주기(Phase)를 구한 후 이와 똑같이 움직이는 구동 팬톰을 제작하였다(Fig. 3). 제작한 구동 팬톰 위에 적외선 반사체를 올려놓고 환자의 평균 호흡신호를 재현하였으며 이를 호흡연동 감시 시스템(Real-time management, RPM, Varian Medical System, Palo Alto, CA)을 사용하여 위상모드(Phase mode)로 추적하였다.
- 양성자 치료기를 위한 Output factor를 계산하는 방법에는 공식을 사용하여 계산하는 방법과 Monte Carlo 방법이 있다. 본 연구에는 환자의 자료를 이용하여 공식을 사용하여 계산하는 방법을 사용하였다[식 1].6)
- 제작한 구동 팬톰 위에 적외선 반사체를 올려놓고 환자의 평균 호흡신호를 재현하였으며 이를 호흡연동 감시 시스템(Real-time management, RPM, Varian Medical System, Palo Alto, CA)을 사용하여 위상모드(Phase mode)로 추적하였다. 위의 방법으로 호흡동조를 적용해 양성자 치료 시스템(Proteus-235, Chemin du Cyclotron, IBA, Belgium)에서 분할되는 양성자빔을 재현하며 Range, SOBP, Output factor를 각 5회씩 측정하였으며, 호흡동조를 하지 않은 연속 양성자빔에서도 동일한 항목들을 측정했다.
- 첫 번째로 환자의 호흡신호를 재현한 후 호흡동조를 적용하며 측정하고자 하는 환자의 치료계획과 동일한 양성자빔을 200 MU 조사하여 Scanditronix Wellhofer로 전하량을 측정했다. 이를 세 명의 환자 모두 5회씩 반복 측정하였으며 두 번째로 호흡동조를 하지 않고 위와 동일한 방법으로 연속해서 조사되는 양성자빔의 전하량을 5회씩 측정했다. 측정된 전하량을 분석하여 Output factor를 계산한 후 5회 값들의 평균을 구했다.
- 3). 제작한 구동 팬톰 위에 적외선 반사체를 올려놓고 환자의 평균 호흡신호를 재현하였으며 이를 호흡연동 감시 시스템(Real-time management, RPM, Varian Medical System, Palo Alto, CA)을 사용하여 위상모드(Phase mode)로 추적하였다. 위의 방법으로 호흡동조를 적용해 양성자 치료 시스템(Proteus-235, Chemin du Cyclotron, IBA, Belgium)에서 분할되는 양성자빔을 재현하며 Range, SOBP, Output factor를 각 5회씩 측정하였으며, 호흡동조를 하지 않은 연속 양성자빔에서도 동일한 항목들을 측정했다.
- 4 hPa). 첫 번째로 환자의 호흡신호를 재현한 후 호흡동조를 적용하며 측정하고자 하는 환자의 치료계획과 동일한 양성자빔을 200 MU 조사하여 Scanditronix Wellhofer로 전하량을 측정했다. 이를 세 명의 환자 모두 5회씩 반복 측정하였으며 두 번째로 호흡동조를 하지 않고 위와 동일한 방법으로 연속해서 조사되는 양성자빔의 전하량을 5회씩 측정했다.
- 5). 환자 세 명의 치료 계획 자료를 토대로 양성자빔을 생성하여 호흡동조를 하면서 200 MU를 조사한다. 환자 한 명당 양성자빔을 5회씩 조사하여 깊이에 따른 양성자 수(Number of Counts)를 측정한다(Fig.
- 환자 세 명의 치료 계획 자료를 토대로 양성자빔을 생성하여 호흡동조를 하면서 200 MU를 조사한다. 환자 한 명당 양성자빔을 5회씩 조사하여 깊이에 따른 양성자 수(Number of Counts)를 측정한다(Fig. 6). 그 다음 호흡동조를 하지 않고 양성자빔을 생성하여 동일한 방법으로 각 5회씩 측정한다.
대상 데이터
- 2012년 6월부터 8월까지 본원에서 호흡동조 양성자치료를 받은 간암 환자 세 명의 치료계획 자료를 대상으로 하였으며, 환자 한명 당 치료 조사영역 하나씩을 선택하였다. 그리고 호흡동조 양성자치료를 받았던 환자 20명의 호흡신호를 분석하여 평균 주기(Phase)를 구한 후 이와 똑같이 움직이는 구동 팬톰을 제작하였다(Fig.
데이터처리
- 공식을 이용하여 본원에서 축적한 자료를 바탕으로 만들어 놓은 Excel 2007 (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA) 프로그램에 Scanditronix Wellhofer로 측정한 전하량, Range, SOBP, 물의 온도와 압력, Farmer chamber가 위치했던 기준 깊이, 그 밖의 환자치료계획 수치 값을 입력하여 Output factor를 구하였다. 호흡동조를 한 경우의 5회 평균 Output factor 값은 0.
- 그 다음 호흡동조를 하지 않고 양성자빔을 생성하여 동일한 방법으로 각 5회씩 측정한다. 측정된 양성자 수를 분석하여 각각의 Range와 SOBP를 분석한 후 5회 값들의 평균을 구한다.
- 이를 세 명의 환자 모두 5회씩 반복 측정하였으며 두 번째로 호흡동조를 하지 않고 위와 동일한 방법으로 연속해서 조사되는 양성자빔의 전하량을 5회씩 측정했다. 측정된 전하량을 분석하여 Output factor를 계산한 후 5회 값들의 평균을 구했다.
이론/모형
- 양성자빔의 Range와 SOBP를 측정하기 위해 Multi-layer ionization chamber (MLIC, IBA, Germany)와 자료 획득을 위한 소프트웨어 프로그램인 OmniPro-Incline (IBA, Germany)을 사용하였다.
성능/효과
- 1)를 만들어 치료하게 된다.1) 이는 암세포만을 정확히 파괴하며 양성자빔의 최대 비정 이후에 위치한 정상조직에는 선량이 전달되지 않아 부작용을 최대한 줄일 수 있게 한다. 예를 들어 간암의 광자선(Photon) 치료 시 병변의 앞 또는 뒤쪽에 위치하는 정상 간조직에 많은 선량의 방사선이 노출되어 방사선으로 인한 간조직 손상을 초래하게 된다.
- 3) 10 MV X선의 경우 물등가깊이(Water-equivalent depth)에서 1 cm의 변화는 3∼4%의 선량 변화가 생기지만 양성자의 경우 암세포(Target Volume)의 먼 쪽 부분 1 cm은 선량을 받지 못하거나(Undershooting) 암세포 뒤에 위치한 정상조직이 1 cm 만큼 온전한 선량(Full dose)으로 과조사(Overshooting)된다.
- 실험을 통해 호흡동조 양성자치료 시 분할 조사된 양성자빔의 Range, SOBP 및 Output factor 모두 연속 조사된 양성자빔과 비교하여 차이가 미미한 것을 알 수 있었다. 본 연구로 호흡동조 시 발생된 양성자빔의 특성을 검증하였고 이를 이용한 양성자치료의 정확성 또한 확인할 수 있었다. 이에 따라 호흡으로 인한 장기의 움직임이 발생하는 폐, 종격, 간암 환자의 경우 호흡동조 양성자치료를 시행함으로써 치료계획 시 특정한 주기에서의 종양의 움직임만을 고려하여 계획용 표적체적(Planning target volume, PTV) Margin 을 줄여 정상조직을 최대한 보호하고 부작용을 최대한 줄임과 동시에 양성자의 우수한 선량 분포를 이용한 치료효과 향상을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
- 본원에서는 움직이는 종양에 대해서도 우수한 선량 분포의 장점을 충분히 살리기 위해 Range-modulated 양성자 치료에 호흡동조 시스템을 설치하여 적용해왔다. 실험을 통해 호흡동조 양성자치료 시 분할 조사된 양성자빔의 Range, SOBP 및 Output factor 모두 연속 조사된 양성자빔과 비교하여 차이가 미미한 것을 알 수 있었다. 본 연구로 호흡동조 시 발생된 양성자빔의 특성을 검증하였고 이를 이용한 양성자치료의 정확성 또한 확인할 수 있었다.
후속연구
- 단 이 치료법은 호흡 추적 장치가 관찰하는 움직임의 정도가 종양의 움직임을 정확하게, 또는 용인 가능한 오차 범위 이내에서 예측할 경우에만 적용 가능하다. 따라서 호흡동조 양성자치료 시 환자의 피부 표면에 의한 호흡신호와 실제 종양의 움직임의 일치 여부와 환자가 불규칙한 호흡을 할 경우에도 양성자 선의 Range, SOBP, Output factor가 정확하게 형성되는지에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 본 연구로 호흡동조 시 발생된 양성자빔의 특성을 검증하였고 이를 이용한 양성자치료의 정확성 또한 확인할 수 있었다. 이에 따라 호흡으로 인한 장기의 움직임이 발생하는 폐, 종격, 간암 환자의 경우 호흡동조 양성자치료를 시행함으로써 치료계획 시 특정한 주기에서의 종양의 움직임만을 고려하여 계획용 표적체적(Planning target volume, PTV) Margin 을 줄여 정상조직을 최대한 보호하고 부작용을 최대한 줄임과 동시에 양성자의 우수한 선량 분포를 이용한 치료효과 향상을 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 단 이 치료법은 호흡 추적 장치가 관찰하는 움직임의 정도가 종양의 움직임을 정확하게, 또는 용인 가능한 오차 범위 이내에서 예측할 경우에만 적용 가능하다.
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