[논문]원발성 폐암에서 정위적 체부 방사선치료의 빔 배열에 따른 선량분포의 비교

예지원

doi:10.14316/pmp.2014.25.2.110

원발성 폐암에서 정위적 체부 방사선치료의 빔 배열에 따른 선량분포의 비교
Comparison of the Dose Distributions with Beam Arrangements in the Stereotactic Body Radiotherapy (SBRT) for Primary Lung Cancer 원문보기

Progress in Medical Physics = 의학물리, v.25 no.2, 2014년, pp.110 - 115

초록
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원발성 폐암의 정위적 체부 방사선치료(Stereotatic Body Radiation Therapy; SBRT)시에, 종양주위의 빔 배열을 균등하게 한 $360^{\circ}$회전각도(Equally angles; EA)와 종양주위의 빔 배열을 부분각도(Partially angles; PA)로 배열한 치료계획의 선량차이를 확인하기 위하여, 세기조절방사선치료(Intensity-modulated radiation therapy, IMRT)와 체적변조회전치료(Volumetric-modulated arc therapy, VMAT)의 종양의 선량, 동측 폐의 선량, 반대측 폐의 선량, 손상위험장기(Organ at risk, OAR)의 선량, 치료효율 등을 비교분석 하였다. 12명의 환자에서 각각 4종류($IMRT_{EA}$, $IMRT_{PA}$, $VMAT_{EA}$, $VMAT_{PA}$)의 치료계획을 생성하였으며, 처방선량은 총 선량 60 Gy, 4회 분할치료로 표적체적 95%에 대해 100% 선량이 포함되게 하였다. IMRT와 VMAT의 치료계획 평가에서 $360^{\circ}$회전각도의 빔 균등배열과 부분각도 빔 배열에서 변수중 선량일치지수, 균질성지수, 고선량 유출, $D_{2cm}$, $R_{50}$은 빔 배열에 따라 크게 차이가 나지 않았다. 또한 손상위험장기인 척수, 기관지, 식도의 최고선량은 각각의 방법에 따라 차이를 나타내었다. 특히 $HDS_{location}$에서 21.63%와 26.46%의 큰 차이를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To compare 2 beam arrangements, circumferential equally angles (EA) beams or partially angles (PA) beams for stereotactic body radiation therapy (SBRT) of primary lung cancer for intensity-modulated radiation therapy (IMRT) and volumetric-modulated arc therapy (VMAT) delivery techniques with respect to target, ipsilateral lung, contralateral lung, and organs-at-risk (OAR) dose-volume metrics, as well as treatment delivery efficiency. Data from 12 patients, four treatment plans were generated per data sets ($IMRT_{EA}$, $IMRT_{PA}$, $VMAT_{EA}$, $VMAT_{PA}$). The prescribed dose (PD) was 60 Gy in 4 fractions to 95% of the planning target volume (PTV) for a 6-MV photon beam. When compared with the IMRT and VMAT treatment plan for 2 beams, conformity index, homogeneity index, high dose spillage, D2 cm (Dmax at a distance ${\geq}2cm$ beyond the PTV), R50 (ratio of volume circumscribed by the 50% isodose line and the PTV), resulted in similar. But Dmax of the Organ at risk (OAR), spinal cord, trachea, resulted in differ between four treatment plans. Especially $HDS_{location}$ showed big difference in 21.63% vs. 26.46%.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

1에 표시하였다. IMRT와 VMAT은 동일한 제약조건(constraint)을 사용하였으며, 이들 제약조건은 RTOG-0813,⁹⁾ RTOG-0915,¹⁰⁾ AAPM TG-101¹¹⁾ 등의 선량부피그림표한계(dose volume histogram limits; DVH limits)조건을 만족시키기 위하여, 최적화(optimizations)과정을 200회로 고정하여 실시 하였다. 선량계산은 비균질 영역에서 비교적 정확하다고 보고된 Aniso-tropic Analytical Algorithm (AAA, Varian Medical Systems)알고리즘을 사용하여¹²⁾ 치료계획을 수행하였다.
계획용 표적체제(planning target volume; PTV)의 최대, 최소 및 평균 방사선량(Gy)을 분석하였다. 또한 RTOG-0817/0915에서 제안한 high dose spillage (HD_Slocation, HD_Svolume)와 low dose spillage (D_2cm, R₅₀)을 분석하였다.
균질성지수(homogeneity index; HI)는 rDHI (radical dose homogeneity index)와 mDHI (moderate homogeneity index)로 구분하여 분석하였다. 이 지수들은 이전 연구²⁾에서 정의되었다.
따라서 본 연구는 360°회전각도(Equally angles, EA)와 부분각도(partially angles; PA)의 빔 배열(Beam arrangements)에 따른 세기조절방사선치료(Intensity-modulated radiation therapy, IMRT)와 체적변조회전치료(Volumetric-modulated arc therapy, VMAT)에서 종양의 선량, 주요장기의 선량, 선량일치지수(conformity index; CI), 균질성지수(homogeneity index; HI), 모니터 단위(monitor unit; MU) 등의 차이를 비교 분석하였다.
따라서 본 연구는 방사선치료를 시행한 환자의 영상을 이용하여 종양주위에 빔 배열을 균등하게 한 360°회전각도와 부분각도로 배열한 치료계획의 선량차이를 알아보기 위해 세기조절방사선치료(Intensity-modulated radiation therapy, IMRT)와 체적변조회전치료(Volumetric-modulated arc therapy, VMAT)으로 분류하고 각각 선량분포를 비교하였다.
계획용 표적체제(planning target volume; PTV)의 최대, 최소 및 평균 방사선량(Gy)을 분석하였다. 또한 RTOG-0817/0915에서 제안한 high dose spillage (HD_Slocation, HD_Svolume)와 low dose spillage (D_2cm, R₅₀)을 분석하였다. HDS_location와 HDS_volume은 식 (1)와 (2)으로 표현할 수 있다.
또한, 체적변조회전치료기법에서 360°회전각도(VMATEA)는 181°∼179°의 시계방향 1ARC와 179°∼181°의 반시계방향의 1ARC로 구성된 총 2ARC로 치료계획을 하였고, 부분각도(VMATPA)에서는 종양의 위치가 왼쪽 폐에 있는 경우에는 320°∼179°의 시계방향 1ARC와 179°∼320°의 반시계방향의 1ARC로 구성된 총 2ARC로 치료계획을 하였고, 오른쪽 폐에 있는 경우에는 200°∼50°의 시계방향 1ARC와 50°∼200°의 반시계방향의 1ARC로 구성된 총 2ARC로 치료계획을 하여 반대측 폐의 조사선량이 최소가 되게 하였다.
세기조절방사선치료기법에서 360º회전각도(IMRTEA)는 0°/40°/80°/120°/160°/200°/240°/280°/320°로 40° 등간격으로 9개의 조사면을 이용하였고, 종양의 위치가 왼쪽에 있는 경우에 부분각도(IMRTPA)는 335°/0°/25°/50°/75°/100°/125°/150°/175°/200°/225°로 종양을 중심으로 11개의 조사면을 이용하였다.

대상 데이터

2012년 8월부터 2013년 12월까지 본원에서 폐 정위적 체부방사선치료 시행한 환자 12명의 영상을 이용하였다. 환자군의 나이는 42세에서 86세 사이였으며 중간값은 72세이고 성별은 남자 10명, 여자 2명으로 남자 환자가 많았다.
2012년 8월부터 2013년 12월까지 본원에서 폐 정위적 체부방사선치료 시행한 환자 12명의 영상을 이용하였다. 환자군의 나이는 42세에서 86세 사이였으며 중간값은 72세이고 성별은 남자 10명, 여자 2명으로 남자 환자가 많았다. 육안적 종양체적은 최저 0.

이론/모형

각 치료계획의 계획용 표적체제의 방사선량의 품질을 평가하기 위하여 선량일치지수(conformity index; CI)는 Van’t Riet et al.13)이 제시한 아래 수식을 사용하였다.
IMRT와 VMAT은 동일한 제약조건(constraint)을 사용하였으며, 이들 제약조건은 RTOG-0813,⁹⁾ RTOG-0915,¹⁰⁾ AAPM TG-101¹¹⁾ 등의 선량부피그림표한계(dose volume histogram limits; DVH limits)조건을 만족시키기 위하여, 최적화(optimizations)과정을 200회로 고정하여 실시 하였다. 선량계산은 비균질 영역에서 비교적 정확하다고 보고된 Aniso-tropic Analytical Algorithm (AAA, Varian Medical Systems)알고리즘을 사용하여¹²⁾ 치료계획을 수행하였다.

성능/효과

최근에는 정위적 체부방사선치료를 통해 종양에 대한 고정밀 4차원 전산화 단층촬영술과 컴퓨터시스템하의 영상유도 위치검증으로 3차원 단층촬영 기반의 입체조형 방사선치료보다 환자의 표적체적 정확도와 개별성이 향상되었다.¹⁾ 이런 기술의 급진적 발전으로^2-4) 분할선량을 높일 수 있으며 치료기간의 단축, 방사선부작용 감소, 국소 제어율 증가의 결과를 가져왔다.^5,6) 한편 정위적 체부방사선치료의 치료계획과 치료방법은 개인 또는 치료기관에 따라 조금씩 다르게 시행되어 왔으나, 최근 미국 방사선치료 암연구단체(Radiation Therapy Oncology Group; RTOG)와 유럽 암치료 연구단체(European Organisation for Research and Treatment of Cancer; EORTC)에서 초기 원발성 폐암의 정위적 체부방사선치료 권고안을 제시하였다.
또한 치료계획 조사선량 평가 비교에서 IMRT_EA IMRT_PA VMAT_EA VMAT_PA에서 양쪽 폐를 고려한 경우에서 V₂₀ (%)은 6.40, 6.20, 7.18, 7.05를 나타내었으며, V₅(%)은 20.35, 17.21, 19.62, 16.57를 나타내었으며, 종양이 있는 부위의 폐에 대해서는 V₂₀ (%)은 12.63, 12.48, 14.51, 14.25를 나타내었으며, V₅ (%)은 30.12, 29.77, 31.61, 31.54를 나타내었으며, 조양이 없는 반대편 폐에 대해서는 V₅ (%)은 10.28, 4.30, 7.50, 3.93를 나타내었으며, 중요 장기 척추에 조사되는 최대선량의 평균선량에 대해서는 13.36 Gy, 10.37 Gy, 10.69 Gy, 9.59 Gy를 나타내었다(Table 4).
모니터 단위는 부분각 빔 배열에서 작았으며 반대측 폐의 V₁₀ (%)도 동일한 결과를 보였고 특히 세기조절방사선치료에서 5배 이상의 큰 차이를 보였다.
본 연구에서 원발성 폐암의 정위적 체부 방사선치료시 빔 배열에 따른 선량분포의 차이를 분석하였고 결론적으로 부분 각 빔 배열에 따른 치료계획이 적은 모니터 단위로 환자의 치료에는 효율적이고 반대측 폐의 방사선량은 감소시켜 부작용의 위험을 줄일 수 있다.
이중 양측 폐나 동측 폐, 척수, 기도, 심장에 분포하는 선량지표는 큰 차이가 없었으며 반대측 폐의 V₁₀(%)이 부분각 배열에서 5배이상의 큰 차이를 보여 방사선수술 이후 만성 합병증인 방사선폐렴과 드물게 발생하는 섬유화로 인한 폐기능 저하 발생빈도를 감소시킨다.
총 200회의 치료계획 최적화 과정을 수행하였고, 계획용 표적체적은 최소 7.6 (cc)에서 최대 137.3 (cc)이며 평균 39.7 (cc)였다. 치료계획 평가 변수 비교에서 IMRT_EA IMRT_PA VMAT_EA VMAT_PA에서 표적체적선량의 분포는 65.
7 (cc)였다. 치료계획 평가 변수 비교에서 IMRT_EA IMRT_PA VMAT_EA VMAT_PA에서 표적체적선량의 분포는 65.37, 65.29, 64.94, 64.90를 나타내었으며, 선량일치지수는 0.74, 0.70, 0.68, 0.67를 나타내었으며, 균질성지수는 0.92, 0.86, 0.81, 0.87를 나타내었으며, 고선량 유출은 HDS_location에서 1.61, 2.05, 3.63, 4.93의 큰 차이를 나타내었으며, R₅₀은 0.74, 0.70, 0.68, 0.67를 나타내었으며, 모니터 단위는 5287, 4493, 3565, 303의 큰 차이를 나타내었다(Table 3).
따라서 본 연구는 방사선치료를 시행한 환자의 영상을 이용하여 종양주위에 빔 배열을 균등하게 한 360°회전각도와 부분각도로 배열한 치료계획의 선량차이를 알아보기 위해 세기조절방사선치료(Intensity-modulated radiation therapy, IMRT)와 체적변조회전치료(Volumetric-modulated arc therapy, VMAT)으로 분류하고 각각 선량분포를 비교하였다. 치료계획 평가 변수중 선량일치지수, 균질성지수, 고선량 유출, D_2cm, R₅₀은 빔 배열에 따라 크게 차이가 나지 않았다. 또한 손상위험장기인 척수, 기관지, 식도의 최고선량은 각각의 방법에 따라 차이가 있었으나 빔 배열에 의한 차이보다는 표적체적의 위치 차이에 의한 것으로 생각된다.

후속연구

본 연구의 제한 점은 환자수가 적고 후향적 연구로 좀 더 많은 환자를 대상으로 전향적 연구를 시행하여 수치를 분석하는 것이 통계적인 의의를 나타낼 수 있을 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초기 폐암의 원칙적인 치료는?	초기 폐암의 원칙적인 치료는 수술적 제거이나 의학적으로 수술 불가능한 경우 과거에는 고식적 방사선치료(conventional radiotherapy)를 시행하여 왔었다. 최근에는 정위적 체부방사선치료를 통해 종양에 대한 고정밀 4차원 전산화 단층촬영술과 컴퓨터시스템하의 영상유도 위치검증으로 3차원 단층촬영 기반의 입체조형 방사선치료보다 환자의 표적체적 정확도와 개별성이 향상되었다.
	정위적 체부방사선치료를 통해 무엇이 향샹됬나?	초기 폐암의 원칙적인 치료는 수술적 제거이나 의학적으로 수술 불가능한 경우 과거에는 고식적 방사선치료(conventional radiotherapy)를 시행하여 왔었다. 최근에는 정위적 체부방사선치료를 통해 종양에 대한 고정밀 4차원 전산화 단층촬영술과 컴퓨터시스템하의 영상유도 위치검증으로 3차원 단층촬영 기반의 입체조형 방사선치료보다 환자의 표적체적 정확도와 개별성이 향상되었다.1) 이런 기술의 급진적 발전으로2-4) 분할선량을 높일 수 있으며 치료기간의 단축, 방사선부작용 감소, 국소 제어율 증가의 결과를 가져왔다.
	정위적 체부방사선치료 같은 기술의 발전으로 어떤 결과를 가져왔나?	최근에는 정위적 체부방사선치료를 통해 종양에 대한 고정밀 4차원 전산화 단층촬영술과 컴퓨터시스템하의 영상유도 위치검증으로 3차원 단층촬영 기반의 입체조형 방사선치료보다 환자의 표적체적 정확도와 개별성이 향상되었다.1) 이런 기술의 급진적 발전으로2-4) 분할선량을 높일 수 있으며 치료기간의 단축, 방사선부작용 감소, 국소 제어율 증가의 결과를 가져왔다.5,6) 한편 정위적 체부방사선치료의 치료계획과 치료방법은 개인 또는 치료기관에 따라 조금씩 다르게 시행되어 왔으나, 최근 미국 방사선치료 암연구단체(Radiation Therapy Oncology Group; RTOG)와 유럽 암치료 연구단체(European Organisation for Research and Treatment of Cancer; EORTC)에서 초기 원발성 폐암의 정위적 체부방사선치료 권고안을 제시하였다.

참고문헌 (15)

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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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