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문제 정의
- 본 연구는 위와 같은 CyberKnife 치료 시스템의 특징을 이용하여, 정위적방사선치료를 받은 척추 전이암 환자의 치료 중 움직임을 분석하고 치료 시간의 경과에 따른 불확실성을 분석하는데 목적이 있다. 또한 VMAT이나 TomoTherapy와 같이 치료 중 환자의 움직임을 보정할 수 없는 치료 방식의 경우, 척추 전이암 정위적방사선치료의 적절한 치료 시간을 추정하고자 하였다.
- 본 연구는 위와 같은 CyberKnife 치료 시스템의 특징을 이용하여, 정위적방사선치료를 받은 척추 전이암 환자의 치료 중 움직임을 분석하고 치료 시간의 경과에 따른 불확실성을 분석하는데 목적이 있다. 또한 VMAT이나 TomoTherapy와 같이 치료 중 환자의 움직임을 보정할 수 없는 치료 방식의 경우, 척추 전이암 정위적방사선치료의 적절한 치료 시간을 추정하고자 하였다.
- 본 연구에서는 치료 중 환자의 움직임을 보정할 수 없는 치료 방식의 경우, 척추 전이암 환자의 정위적방사선치료 시 적절한 치료시간을 분석하고자 하였다. 일반적으로 방사선 치료 시 척추는 움직이지 않는다고 여겨지지만, 본 연구에서는 부위마다 방향과 정도의 차이는 있으나 시간에 따라 움직이는 정도가 점점 커짐을 확인할 수 있었다.
제안 방법
- 이 X-ray 영상은 위에서 설명한 디지털재구성사진과 비교되고, 81개의 노드로 구성되어 있는 격자 구조를 통해 두 영상 사이의 오차를 계산해낸다.5) 그 계산값은 3개의 수직 이동 방향(Superior/Inferior, Left/Right, Anterior/Posterior)과 3개의 회전 방향(Roll, Pitch, Yaw)으로 표현되며, 이 값만큼 couch를 이동하여 환자 정렬을 시행하였다. 각 오차값이 0 mm, 0°에 가까워질 때까지 위 과정을 반복하여 환자를 정렬한 후 치료를 시작하였다.
- 각 방향으로의 움직임을 시간의 추이에 따라 나타내기 위해, 치료 시작 시간을 기준으로 0~5분, 5~10분, 10~15분, 15~20분, 20~25분, 25~30분, 30~35분으로 구간을 나누었다. 그 이후의 구간은 각 구간 내 속하는 표본 수가 적어 정규분포를 이루기 힘들기 때문에 생략하였다.
- 각 오차값이 0 mm, 0°에 가까워질 때까지 위 과정을 반복하여 환자를 정렬한 후 치료를 시작하였다.
- 환자의 움직임을 평가하기 위해 각 구간마다 평균의 95% 신뢰도 구간의 상한값과 하한값을 구한 후, 그 둘의 차이값을 구하였다. 그리고 이 값이 시간과 어떠한 상관성을 갖는지 평가하기 위해 유의 확률을 계산하였다. 경추의 경우 pitch와 yaw 방향에서 시간에 따라 차이값이 점차적으로 커지는 양상을 보였다.
- 또한 수직 이동 방향과 회전 방향을 종합적으로 평가하기 위해 Transtotal, Rottotal 값을 구간 별로 나눠 상자 도표 형식으로 나타내었다.(Fig.
- 본원의 CyberKnife M6(Accuray Incorporated, USA)는 치료 중에도 지속적으로 X-ray 영상을 얻어 실시간으로 환자의 움직임에 대한 오차를 보정하며 치료를 진행한다. 천장에 달린 양쪽의 X-ray 발생기는 지속적으로 X-ray 영상을 획득하고 이를 전산화단층영상에서 얻은 디지털재구성사진(Digitally Reconstructed Radiograph)과 비교하여 두 영상 사이의 차이를 계산해 내는데, 이는 곧 치료 중 환자의 움직임을 의미한다.
- 그 중 경추를 치료 받은 환자는 8명, 흉추는 26명, 그리고 요추는 23명이었다. 전산화단층촬영장치(Aquilion, Toshiba Medical System, Japan)를 이용하여 1 mm 절편 두께(slice thickness)로 모의치료를 시행하였다. 경추와 1번부터 5번 흉추의 경우 thermoplastic mask를 사용해 모의치료하였으며, 6번부터 12번 흉추와 요추 환자는 BlueBAG을 사용하였다.
- 치료 시작 후에도 지속적으로 X-ray 영상을 얻어내고, 이때 계산된 오차값은 couch가 아닌 로봇이 보정하여 치료하게 된다. 치료 시작 시에는 15초 간격으로 영상을 획득하였으며, 환자의 움직임이 안정적인 경우 그 간격을 30초, 45초, 60초 순으로 늘려나갔다. 치료 진행 중 어느 시점에 X-ray 영상이 획득되었는지, 그 영상에서 계산된 오차값이 얼마인지 기록이 되며, 이 기록을 추출하여 연구 데이터로 활용하였다.
- 치료 중 얻은 모든 오차값 기록을 종합한 후 치료 부위에 따라 분류하였다. 총 기록의 수는 2,475개였고 그 중 경추는 413개, 흉추는 1,068개, 요추는 994개였다.
- 환자 셋업 후, 영상의 중심을 기준으로 천장에 45°, 315° 각도로 달려 있는 두 개의 X-ray 발생기를 통해 한 쌍의 X-ray 영상을 얻어낸다.
- 그 이후의 구간은 각 구간 내 속하는 표본 수가 적어 정규분포를 이루기 힘들기 때문에 생략하였다. 환자의 움직임을 평가하기 위해 각 구간마다 평균의 95% 신뢰도 구간의 상한값과 하한값을 구한 후, 그 둘의 차이값을 구하였다. 그리고 이 값이 시간과 어떠한 상관성을 갖는지 평가하기 위해 유의 확률을 계산하였다.
대상 데이터
- 전산화단층촬영장치(Aquilion, Toshiba Medical System, Japan)를 이용하여 1 mm 절편 두께(slice thickness)로 모의치료를 시행하였다. 경추와 1번부터 5번 흉추의 경우 thermoplastic mask를 사용해 모의치료하였으며, 6번부터 12번 흉추와 요추 환자는 BlueBAG을 사용하였다.
- 본원에서 CyberKnife를 통해 척추 전이암 정위적방사선치료를 받은 환자 57명을 대상으로 하였다. 그 중 경추를 치료 받은 환자는 8명, 흉추는 26명, 그리고 요추는 23명이었다. 전산화단층촬영장치(Aquilion, Toshiba Medical System, Japan)를 이용하여 1 mm 절편 두께(slice thickness)로 모의치료를 시행하였다.
- 본원에서 CyberKnife를 통해 척추 전이암 정위적방사선치료를 받은 환자 57명을 대상으로 하였다. 그 중 경추를 치료 받은 환자는 8명, 흉추는 26명, 그리고 요추는 23명이었다.
- 치료 중 얻은 모든 오차값 기록을 종합한 후 치료 부위에 따라 분류하였다. 총 기록의 수는 2,475개였고 그 중 경추는 413개, 흉추는 1,068개, 요추는 994개였다. 최대 치료 시간은 경추의 경우 73.
- 치료 시작 시에는 15초 간격으로 영상을 획득하였으며, 환자의 움직임이 안정적인 경우 그 간격을 30초, 45초, 60초 순으로 늘려나갔다. 치료 진행 중 어느 시점에 X-ray 영상이 획득되었는지, 그 영상에서 계산된 오차값이 얼마인지 기록이 되며, 이 기록을 추출하여 연구 데이터로 활용하였다.
데이터처리
- 그 후, 치료 시작 시간을 기준으로 5분마다 구간을 나누어 치료 부위마다 시간에 따라 각 방향으로의 움직임이 어떤 양상을 보이는지 통계 프로그램(IBM SPSS Statistics 20)을 이용하여 분석하였다. 그리고 시간과 환자의 움직임 정도 사이의 상관성 분석을 시행하였으며, 이때 통계적 유의수준을 p<0.
- 그리고 시간과 환자의 움직임 정도 사이의 상관성 분석을 시행하였으며, 이때 통계적 유의수준을 p<0.05로 설정하였다.
성능/효과
- (Fig. 2(a)) 흉추의 경우, 시간이 지남에 따라 수직 이동 방향과 회전 방향으로의 움직이는 정도가 점차적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 값이 급격히 증가하는 구간은 보이지 않았다.
- 이에 반해, 수직 이동 방향으로의 전체적인 움직임(Transtotal)은 시간과의 상관성이 낮은 것으로 나타났다.(Table 2) 흉추의 경우, 시간이 지남에 따라 모든 방향의 차이값이 점차적으로 증가하는 추세를 보였다.(Table 3) 요추의 경우도 시간이 지날수록 모든 방향의 차이값이 점차적으로 증가하는 양상을 보여, 시간과의 상관성이 높음을 알 수 있었다.
- 1,2) 정위적방사선치료는 회당 선량이 높기 때문에 종양의 Biological Effective Dose(BED)가 높아져 치료 효과가 좋지만 정상 조직의 BED 역시 높아지기 때문에 치료 시 주의를 요하게 된다.3) 또한 척추 주변에는 척수를 비롯한 주요 장기들이 위치하고 있어 주변의 결정 장기에 조사되는 선량을 최소화하면서 종양에 원하는 만큼의 선량을 전달하기 위해서는 세기변조방사선치료, 영상유도방사선치료와 같은 최신 방사선치료 기술이 필수적이다.4) 주변 정상 장기의 종류와 위치, 치료 부위의 모양, 회당 선량과 같은 조건에 따라 더 정밀한 세기 변조를 해야 하며, 이는 치료 시간의 증가로 이어진다.
- (Table 2) 흉추의 경우, 시간이 지남에 따라 모든 방향의 차이값이 점차적으로 증가하는 추세를 보였다.(Table 3) 요추의 경우도 시간이 지날수록 모든 방향의 차이값이 점차적으로 증가하는 양상을 보여, 시간과의 상관성이 높음을 알 수 있었다.(Table 4)
- 3) 또한 척추 주변에는 척수를 비롯한 주요 장기들이 위치하고 있어 주변의 결정 장기에 조사되는 선량을 최소화하면서 종양에 원하는 만큼의 선량을 전달하기 위해서는 세기변조방사선치료, 영상유도방사선치료와 같은 최신 방사선치료 기술이 필수적이다.4) 주변 정상 장기의 종류와 위치, 치료 부위의 모양, 회당 선량과 같은 조건에 따라 더 정밀한 세기 변조를 해야 하며, 이는 치료 시간의 증가로 이어진다. 치료 시간이 증가함에 따라 환자가 치료 중 움직일 수 있는 가능성이 높아지지만, 치료 중 환자의 움직임을 확인하기란 쉽지 않다.
- 기존 7개 구간의 추세를 이용해 40분과 45분 구간의 평균값을 예측한 결과 수직 이동 방향에서 각각 2.9 mm, 3.7 mm였고, 회전 방향에서 각각 1.8°, 2.3°였다.
- 비록 이 연구에서 관찰된 값들이 일반적인 방사선치료에서 사용되는 PTV margin 보다 작은 범위에서 나타났으나 정위적방사선치료와 같이 PTV margin이 없거나 작은 경우6,7,8), 치료 중 발생한 움직임으로 인해 선량적 불확실성을 증가시킬 것으로 사료된다. 따라서 치료 중 환자의 움직임을 보정할 수 없는 TomoTherapy나 VMAT과 같은 치료 시스템의 경우, 치료 시간은 경추의 경우 15분, 흉추의 경우 40분, 요추의 경우 20분 이내가 적절한 것으로 사료된다.
- 경추의 경우, thermoplastic mask로 환자의 두경부를 고정하였음에도 불구하고 세 부위 중 움직임이 비교적 큰 것으로 나타났다. 시간이 지남에 따라 회전 방향으로의 움직임이 점차 증가하였고, 치료 시작 15분 이후 값이 큰 폭으로 증가하였다. 이와 대조적으로 수직 이동 방향으로의 움직임은 시간이 지나도 큰 변화가 없었다.
- 우선 척추 전이암 정위적방사선치료 중 획득한 X-ray 영상에서 얻어낸 모든 오차값 기록을 종합하였다. 그리고 3개의 수직 이동 방향으로의 움직임을 종합적으로 평가하기 위해 각 값을 제곱한 후 합한 뒤 양의 제곱근으로 나타내었고, 이 값을 Transtotal이라 칭하였다.
- 본 연구에서는 치료 중 환자의 움직임을 보정할 수 없는 치료 방식의 경우, 척추 전이암 환자의 정위적방사선치료 시 적절한 치료시간을 분석하고자 하였다. 일반적으로 방사선 치료 시 척추는 움직이지 않는다고 여겨지지만, 본 연구에서는 부위마다 방향과 정도의 차이는 있으나 시간에 따라 움직이는 정도가 점점 커짐을 확인할 수 있었다.
- 총 기록의 수는 2,475개였고 그 중 경추는 413개, 흉추는 1,068개, 요추는 994개였다. 최대 치료 시간은 경추의 경우 73.67분, 흉추의 경우 69.50분, 요추의 경우 83.67분이었다. 평균 치료 시간은 경추 48.
- 67분이었다. 평균 치료 시간은 경추 48.97분, 흉추 42.97분, 요추 42.90분으로 나타났다.(Table 1)
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