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문제 정의
- 9) 이러한 장점들은 안와 림프종 환자에 있어 눈 깜빡임으로 인한 치료 부위의 움직임과 수정체의 움직임을 최소화하는데 도움을 줄 수 있고 MU의 감소로 인한 방사선과 연관된 2차적인 문제를 최소화할 수 있을 것 이라고 생각된다. 이로 인해 본 논문에서는 본원에서 치료받은 안와 림프종 4명의 환자를 대상으로 IMRT 치료계획과 용적세기조절회전치료(volumetric modulated arc therapy, VMAT)를 기반으로 한 RapidArc의 치료계획을 비교 분석해 보고자 한다.
제안 방법
- 1) IMRT, SA, DA 각각의 치료를 빔이 들어가는 시간을 시작으로 마지막 빔이 들어가는 시간까지(beam-on time)를 측정하고 총 MU를 기록하였다.
- 14) 본 논문에서는 partial -single arc(SA)는 치료대 회전각을 0°로 맞추고 갠트리 회전각이 IMRT와 동일한 조건인 치료 반대 측 40°에서 치료 측 120°까지로 선택하여 시계방향으로 160°의 회전각을 설정하였으며 콜리메이터는 아크가 회전하는 동안 tongue and groove 영향을 최소화하기 위해서 30°로 회전하였다.
- 2) 파라핀 왁스(paraffin wax)를 이용하여 만든 두 개부 팬텀에 수정체 사이즈의 광자극 발광 선량계(optically stimulated luminescent dosimeter, OSLD)를 삽입하고 그 위에 3 mm 볼루스를 덮어 눈과 동일한 조건을 재현한 뒤 3회씩 반복 측정하여 수정체에 들어가는 선량을 측정하였다. [그림 2]
- 2) 전통적인 방사선 치료의 급성부작용으로는 안구건조증을 포함한 결막염이 많은 환자에게서 발생하였고 만성부작용으로는 백내장 형성을 포함한 수정체 궤양, 녹내장, 눈물 부작용등이 발생하게 되었다.2,3,4) 이러한 단점을 보완하기 위해서 타겟 볼륨에 불균질한 빔 플루언스 가진 여러 개의 빔을 사용하여 최적화된 선량을 전달하는 세기조절방사선치료(intensity-modulated radiation therapy, IMRT)가 시행되었다. IMRT는 각각의 많은 beamlet으로 분할된다.
- 5mm 두께 slice로 두 개부 영역의 영상을 획득하였다. Isocenter의 위치는 CTV(clinical target volume)의 중심에 위치하였고 주변 정상 장기로는 양측 수정체(lens), 양측 눈물샘(lacrimal gland), 시신경교차(optic chiasm), 반대측 시신경(optic nerve), 양측 안와(orbit)를 그렸다.
- 0, Varian Medical system, Palo Alto, CA, USA)을 이용하였으며 True Beam STx(Varian, USA)에서 발생되는 6 MV 에너지의 광자선으로 치료계획을 시행하였다. True Beam에 장착 되어 있는 Millennium multileaf collimator(MLC)는 120개의 엽으로 구성되어 있으며 isocenter를 중심으로 중앙부에 2.5 mm의 엽이 64개, 그 위, 아래에 5 mm의 엽이 56개로 구성되어 있어 모든 치료계획은 2.5 mm의 엽으로 이루어진 구간에서 치료계획 되었다. IMRT와 VMAT 모두 dose rate 600 MU/min으로 치료계획 하였으며, anisotropic analytical algorithm (AAA, version 10.
- 고정된 갠트리의 sliding window 전달 방식으로 IMRT를 치료계획 하였으며 갠트리 회전각은 치료 반대 측 40°에서 치료 측 120°까지로 선택하여 20°의 등 간격으로 9개의 동일평면상의(coplanar) 필드를 이용하여 각각의 필드를 최적화하였다.
- 모의치료하는 동안 각 환자들은 CT 치료대(couch) 위에 양손을 옆으로 하고 바로 누운 자세로 머리 고정대에 머리를 올려놓은 뒤 편안한 자세를 취하였고 aquaplast mask를 준비하여 환자의 머리를 고정하고 치료 측 눈 주변부의 aquaplast mask를 도려낸 뒤 환자의 눈을 뜨고 정면을 응시하도록 하였다. CT 스캔은 2.
- 안와 림프종 주위의 양측 렌즈, 양측 눈물샘, 시신경교차, 반대 측 시신경, 양측 안와의 mean dose와 표준오차를 구하고,[표 2] V30, V20, V10, V5의 평균값을 분석하였다.[표 3] 그 결과 반대 측 수정체, 눈물샘, 시신경, 안와의 mean dose값이 SA에서 가장 높았고 IMRT에서 가장 낮게 나타났다.
- 전산화 치료계획은 Eclipse Treatment Planning System(Version 10.0, Varian Medical system, Palo Alto, CA, USA)을 이용하였으며 True Beam STx(Varian, USA)에서 발생되는 6 MV 에너지의 광자선으로 치료계획을 시행하였다. True Beam에 장착 되어 있는 Millennium multileaf collimator(MLC)는 120개의 엽으로 구성되어 있으며 isocenter를 중심으로 중앙부에 2.
- 주변 정상조직은 mean dose와 정상조직이 받는 5 Gy(V5), 10 Gy(V10), 15 Gy(V15), 20 Gy(V20), 30 Gy(V30)의 퍼센트 볼륨으로 평가하였다.
- 치료계획의 정량분석은 표준 선량 체적 히스토그람(dose volume histogram, DVH)을 이 용 하 였 으 며 PTV의 CI(conformity Index)값 [식 1]과 PCI(Paddick’s Conformity Index)값 [식 2], HI(Homogeneity Index)값 [식 3]을 구하여 비교 평가하였다.
대상 데이터
- 모의치료하는 동안 각 환자들은 CT 치료대(couch) 위에 양손을 옆으로 하고 바로 누운 자세로 머리 고정대에 머리를 올려놓은 뒤 편안한 자세를 취하였고 aquaplast mask를 준비하여 환자의 머리를 고정하고 치료 측 눈 주변부의 aquaplast mask를 도려낸 뒤 환자의 눈을 뜨고 정면을 응시하도록 하였다. CT 스캔은 2.5mm 두께 slice로 두 개부 영역의 영상을 획득하였다. Isocenter의 위치는 CTV(clinical target volume)의 중심에 위치하였고 주변 정상 장기로는 양측 수정체(lens), 양측 눈물샘(lacrimal gland), 시신경교차(optic chiasm), 반대측 시신경(optic nerve), 양측 안와(orbit)를 그렸다.
- 본 연구는 안와 림프종으로 방사선치료를 받는 4명의 환자를 대상으로 하였다. 모든 환자는 치료계획을 목적으로 3차원적인 해부학적 자료를 얻기 위해 CT-simulation을 시행하였다.
데이터처리
- 환자의 대표적인 선량분포는 [그림 3]과 같다. IMRT, SA, DA로 치료계획하여 PTV의 CI, PCI, HI의 평균값과 표준오차를 분석하였다.[표 1] CI값을 분석한 결과 각 0.
- 본 연구는 안와 림프종으로 방사선치료를 받는 4명의 환자를 대상으로 하였다. 모든 환자는 치료계획을 목적으로 3차원적인 해부학적 자료를 얻기 위해 CT-simulation을 시행하였다.
이론/모형
- 5 mm의 엽으로 이루어진 구간에서 치료계획 되었다. IMRT와 VMAT 모두 dose rate 600 MU/min으로 치료계획 하였으며, anisotropic analytical algorithm (AAA, version 10.0) 광자선량 계산 알고리즘을 이용하였다.10-13 ) 환자의 처방선량은 일일 1.
성능/효과
- 전통적으로 안와 림프종의 방사선 치료는 단일 입사 전자선 또는 전후방향 조사를 이용하여 안와 공동(orbital cavity)의 정점(apex)에서 5-6 cm 깊이에 처방하였고, 이러한 방법은 hotspot이 25 %이상 올라가게 되어 치료 조사범위 내에 선량 균질성이 떨어지는 큰 단점이 있었다.2) 전통적인 방사선 치료의 급성부작용으로는 안구건조증을 포함한 결막염이 많은 환자에게서 발생하였고 만성부작용으로는 백내장 형성을 포함한 수정체 궤양, 녹내장, 눈물 부작용등이 발생하게 되었다.2,3,4) 이러한 단점을 보완하기 위해서 타겟 볼륨에 불균질한 빔 플루언스 가진 여러 개의 빔을 사용하여 최적화된 선량을 전달하는 세기조절방사선치료(intensity-modulated radiation therapy, IMRT)가 시행되었다.
- 1) 이러한 안와림프종 환자들은 방사선 치료를 시행함으로써 국소제어와 생존률을 높이는데 중요한 역할을 하고 있다.2,3) 안와 림프종 환자들의 국소 제어율을 높이기 위해서는 30-36 Gy의 처방선량이 전달되어야하며,4,5) 본원에서는 현재 일반적으로 30.6 Gy의 처방선량을 전달하고 있다. 전통적으로 안와 림프종의 방사선 치료는 단일 입사 전자선 또는 전후방향 조사를 이용하여 안와 공동(orbital cavity)의 정점(apex)에서 5-6 cm 깊이에 처방하였고, 이러한 방법은 hotspot이 25 %이상 올라가게 되어 치료 조사범위 내에 선량 균질성이 떨어지는 큰 단점이 있었다.
- 이런 장점을 바탕으로 안와 림프종의 IMRT 치료는 종양 내 선량을 더욱 균등하게 만들어주고 잠재적으로 주요한 장기의 방사선 독소(toxicity)를 최소화 시켜주어 최근 가장 일반적으로 시행 되고 있다.6) 그러나 IMRT의 단점으로 치료 횟수 당 전달 시간이 길고 이러한 현상은 intrafraction한 환자의 움직임이 증가하기 때문에 치료의 정확성을 떨어뜨리게 된다. 또한 MU(monitor unit)가 증가하고 낮은 방사선량이 정상 조직에 노출되는 볼륨이 더 커지게 되면 IMRT 치료 후에 방사선과 연관 된 이차성암(secondary malignancy)의 가능성이 증가하게 될 것이다.
- Organ at risk(OAR)와 IMRT와는 다른 해결방안으로 정상조직의 보호를 향상시키고, 동일한 각도에서 선량 내 균등성을 유지 또는 향상시키며 치료 횟수 당 치료시간을 상당히 줄일 수 있다.9) 이러한 장점들은 안와 림프종 환자에 있어 눈 깜빡임으로 인한 치료 부위의 움직임과 수정체의 움직임을 최소화하는데 도움을 줄 수 있고 MU의 감소로 인한 방사선과 연관된 2차적인 문제를 최소화할 수 있을 것 이라고 생각된다. 이로 인해 본 논문에서는 본원에서 치료받은 안와 림프종 4명의 환자를 대상으로 IMRT 치료계획과 용적세기조절회전치료(volumetric modulated arc therapy, VMAT)를 기반으로 한 RapidArc의 치료계획을 비교 분석해 보고자 한다.
- 평균 치료시간 또한 TrueBeam의 automation기능을 이용했을 때 IMRT는 3분 9초, DA는 1분 2초, SA는 37초로 나타나 DA에 비해 IMRT의 치료시간이 약 3배정도 더 소요되었다. TrueBeam의 Automation기능을 사용하지 못하는 경우에도 DA 1분 50초, IMRT는 6분 1초로 나타나 IMRT치료 시 치료시간이 3.3배 더 소요됨을 확인할 수 있었다.[표 4]
- IMRT, SA, DA로 치료계획하여 PTV의 CI, PCI, HI의 평균값과 표준오차를 분석하였다.[표 1] CI값을 분석한 결과 각 0.88, 0.86, 0.92로 DA의 값이 가장 컸으며 PCI값은 1.41, 1.44, 1.33으로 DA에서 값이 가장 작게 나타났다. 또한 HI값은 1.
- 의 평균값을 분석하였다.[표 3] 그 결과 반대 측 수정체, 눈물샘, 시신경, 안와의 mean dose값이 SA에서 가장 높았고 IMRT에서 가장 낮게 나타났다. 정상 조직의 V30, V20, V10, V5의 평균값은 반대 측 시신경의 V5값에서만 IMRT가 가장 낮게 나왔으며 이를 제외한 나머지 값에서는 유의할만한 차이를 보이지 않았다.
- 안와 림프종 환자의 전산화 치료계획을 IMRT, SA, DA로 나누어 비교 평가한 결과 첫 번째 종양 내 선량 균등성은 CI, PCI, HI값을 이용한 결과 값에서 DA에서의 선량 균등성이 가장 좋다는 것을 알 수 있었다. 두 번째 정상조직의 선량을 비교 평가한 결과 반대 측 수정체, 눈물샘, 시신경, 안와의 mean dose값이 IMRT, DA, SA순으로 높게 나타나 동일한 조건으로 치료계획 했을 경우 IMRT에서 반대 측 정상조직의 보호가 더 잘 됨을 확인할 수 있었지만 그 선량이 매우 낮아 치료에 큰 영향 미치지 않는 것으로 판단되었다. 또한 정상 조직의 V30, V20, V10, V5의 평균값 비교에서 반대 측 시신경의 V5값만이 IMRT에서 유의할만한 차이를 보였으며 이를 제외한 나머지 값에서는 유의할 만한 차이를 보이지 않아 이 또한 치료에 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.
- 33으로 DA에서 값이 가장 작게 나타났다. 또한 HI값은 1.18, 1.20, 1.15로 DA에서 가장 낮은 것을 확인할 수 있었다.
- 두 번째 정상조직의 선량을 비교 평가한 결과 반대 측 수정체, 눈물샘, 시신경, 안와의 mean dose값이 IMRT, DA, SA순으로 높게 나타나 동일한 조건으로 치료계획 했을 경우 IMRT에서 반대 측 정상조직의 보호가 더 잘 됨을 확인할 수 있었지만 그 선량이 매우 낮아 치료에 큰 영향 미치지 않는 것으로 판단되었다. 또한 정상 조직의 V30, V20, V10, V5의 평균값 비교에서 반대 측 시신경의 V5값만이 IMRT에서 유의할만한 차이를 보였으며 이를 제외한 나머지 값에서는 유의할 만한 차이를 보이지 않아 이 또한 치료에 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다. 세 번째 MU값과 치료시간을 비교 평가한 결과 IMRT에서 약 3배 정도 높은 결과 값을 나타내었고 이 결과값은 치료 후에 방사선과 연관 된 이차성암(secondary malignancy)의 가능성이 증가하게 되며 수정체의 움직임과 눈 깜빡임으로 인한 치료 부위의 움직임이 증가할 수 있는 결과를 얻어 낼 수 있었다.
- 마지막으로 치료 측 수정체의 선량을 측정해본 결과 세 가지 치료계획에서 모두 비슷한 값으로 나타나 치료계획에서 얻어진 선량 값과 측정한 값이 동일함을 확인할 수 있었다.
- 마지막으로 파라핀 왁스의 두 개부 팬텀에 OSLD를 삽입하여 일일 1.8 Gy의 선량을 전달하였을 때의 치료 측 수정체 선량을 측정한 결과 IMRT가 20.85 cGy, SA는 19.95 cGy, DA는 20.61 cGy로 나타나 큰 차이를 보이지 않았다.[표 5]
- 또한 정상 조직의 V30, V20, V10, V5의 평균값 비교에서 반대 측 시신경의 V5값만이 IMRT에서 유의할만한 차이를 보였으며 이를 제외한 나머지 값에서는 유의할 만한 차이를 보이지 않아 이 또한 치료에 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다. 세 번째 MU값과 치료시간을 비교 평가한 결과 IMRT에서 약 3배 정도 높은 결과 값을 나타내었고 이 결과값은 치료 후에 방사선과 연관 된 이차성암(secondary malignancy)의 가능성이 증가하게 되며 수정체의 움직임과 눈 깜빡임으로 인한 치료 부위의 움직임이 증가할 수 있는 결과를 얻어 낼 수 있었다.
- 안와 림프종 환자의 전산화 치료계획을 IMRT, SA, DA로 나누어 비교 평가한 결과 첫 번째 종양 내 선량 균등성은 CI, PCI, HI값을 이용한 결과 값에서 DA에서의 선량 균등성이 가장 좋다는 것을 알 수 있었다. 두 번째 정상조직의 선량을 비교 평가한 결과 반대 측 수정체, 눈물샘, 시신경, 안와의 mean dose값이 IMRT, DA, SA순으로 높게 나타나 동일한 조건으로 치료계획 했을 경우 IMRT에서 반대 측 정상조직의 보호가 더 잘 됨을 확인할 수 있었지만 그 선량이 매우 낮아 치료에 큰 영향 미치지 않는 것으로 판단되었다.
- 일일 1.8 Gy의 선량을 전달하였을 때 평균 MU값은 IMRT가 1009, SA가 343, DA가 349로 나타나 IMRT가 평균 약 3배 정도 높은 결과를 나타냈다. 평균 치료시간 또한 TrueBeam의 automation기능을 이용했을 때 IMRT는 3분 9초, DA는 1분 2초, SA는 37초로 나타나 DA에 비해 IMRT의 치료시간이 약 3배정도 더 소요되었다.
- 8 Gy의 선량을 전달하였을 때 평균 MU값은 IMRT가 1009, SA가 343, DA가 349로 나타나 IMRT가 평균 약 3배 정도 높은 결과를 나타냈다. 평균 치료시간 또한 TrueBeam의 automation기능을 이용했을 때 IMRT는 3분 9초, DA는 1분 2초, SA는 37초로 나타나 DA에 비해 IMRT의 치료시간이 약 3배정도 더 소요되었다. TrueBeam의 Automation기능을 사용하지 못하는 경우에도 DA 1분 50초, IMRT는 6분 1초로 나타나 IMRT치료 시 치료시간이 3.
- 안와 림프종 환자 IMRT 치료는 장애를 최소화하고 종양 내 선량 균등성을 높이기 위한 일반적인 치료법이다. 하지만 최근 시행하고 있는 RapidArc 치료계획에서 종양 내 선량 균등성이 IMRT 치료계획보다 우수한 결과 값을 보였고 정상조직의 선량 비교에서 큰 차이를 보이지 않았을 뿐만 아니라 MU와 치료시간 또한 약 1/3로 줄일 수 있었다. 이러한 이점은 안와 림프종 환자의 RapidArc 치료계획에 대한 지속적인 연구를 통해 치료의 효율성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
- 6) 그러나 IMRT의 단점으로 치료 횟수 당 전달 시간이 길고 이러한 현상은 intrafraction한 환자의 움직임이 증가하기 때문에 치료의 정확성을 떨어뜨리게 된다. 또한 MU(monitor unit)가 증가하고 낮은 방사선량이 정상 조직에 노출되는 볼륨이 더 커지게 되면 IMRT 치료 후에 방사선과 연관 된 이차성암(secondary malignancy)의 가능성이 증가하게 될 것이다.7,8) RapidArc(RA)(Varian Medical System, Palo Alto, CA)는 1 또는 2 회전으로 선량율과 갠트리 속도를 변경함으로써 빔의 강도 변조를 달성한다.
- 하지만 최근 시행하고 있는 RapidArc 치료계획에서 종양 내 선량 균등성이 IMRT 치료계획보다 우수한 결과 값을 보였고 정상조직의 선량 비교에서 큰 차이를 보이지 않았을 뿐만 아니라 MU와 치료시간 또한 약 1/3로 줄일 수 있었다. 이러한 이점은 안와 림프종 환자의 RapidArc 치료계획에 대한 지속적인 연구를 통해 치료의 효율성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.
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