[논문]호흡동조방사선치료를 위한 4D-CT simulation을 이용한 동적장기와 종양 움직임 평가

김승철; 김민아

doi:10.5392/jkca.2015.15.09.395

호흡동조방사선치료를 위한 4D-CT simulation을 이용한 동적장기와 종양 움직임 평가
Evaluation 4D-CT Simulation used of Motion Organ and Tumor for Respiratory Gated Radiation Therapy 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.15 no.9, 2015년, pp.395 - 402

초록
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복부 및 흉부의 방사선 치료 시 호흡에 의한 종양의 움직임을 평가하고, 그 데이터를 활용하여 종양과 정상조직을 구분함으로써 정상조직에 대한 손상을 최소화하고 종양 치료 효과를 극대화 하고자 하였다. 폐암과 간암 환자를 각 20명씩 대상으로 4D-CT simulation과 GE사의 Light speed-16 검사장비로 50% top phase를 기준으로 30~70 % gating phase 구간과 0~90 % full phase 구간에서 움직임을 측정하였다. 폐와 간에서 종양의 full phase가 0~90 % 와 gating phase가 30~70 % 일 경우 GTV의 움직임과 크기를 비교하였다. I(inferior)에서 가장 큰 차이가 있었으며, full phase가 0~90%일 때 종양 움직임의 정도는 상대적으로 컸으며, gating phase를 30~70 % 하였을 때 종양 움직임이 평균 7.1mm 감소된 다는 것을 확인하였다. 동일한 방법으로 4D-CT simulation에서 full phase가 0~90 %일 때 움직임 값과 gating phase가 30~70 % 일 때 움직임 값을 비교해보면 full phase가 0~90% 보다 gating phase가 30~70% 일 때 2배 이상 움직임이 감소한다는 것을 확인하였다. 따라서 4D-CT simulation에서 얻을 결과를 이용하여 환자치료에 적용한다면 정상조직에 대한 피폭을 현저히 경감시킬 수 있을 것이며, 치료 후 방사선 장해와 환자의 고통 감소 등 효과적인 치료 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

when the radiation therapy of chest and abdomen, evaluation of the tumor motion and the data was used to minimize damage to normal tissues by separating the tumor and normal tissue and maximize tumor therapeutic effect. Lung and liver cancer each 20 patients based on the 50% top phase using 4D-CT simulation and Light speed-16 of shooting equipment 30 ~ 70 % gating phase interval and 0 ~90 % movement in the full phase interval was measured. If the full phase 0 ~ 90% with gating phase 30~70% of tumors in the liver and lung is shown the biggest difference compared to the motion and the size of the GTV was the largest difference in the I(inferior), full phase 0~90% degree of tumor motion only when a relatively large, gating phase to 30~70% of the tumor when the movement has been found that the reduced average 7.1mm. In the 4D-CT simulation comparing the motion value when the full phase 0~90 % and gating phase 30~70 % when the motion value, twice in the gating phase 30~70 % more than full phase 0~90 % showed a small movement value. The exposure to normal tissues, based on the results obtained from the 4D-CT simulation can be significantly alleviated, After treatment will reduce pain and disability in patients with radiation is expected to be able to effective treatment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

팬텀을 이용한 방법들은 보고된 바 있으나, 환자 각각에 따른 호흡신호를 사용하여 원래의 치료 계획된 분포와 검증하는 과정은 보고된 적이 거의 없기에 정밀한 환자 맞춤형 선량 정도관리 시스템이 필요하다. 따라서 방사선치료에서 호흡의 영향을 많이 받을 수 있는 폐암이나 상복부 종양, 간암의 방사선치료에서 호흡 등의 원인으로 종양의 위치가 변할 경우 그 움직임을 고려하여 정상조직의 방사선 피폭을 최소화고자 방사선치료법에 대하여 시뮬레이션을 이용하여 분석하고자 한다[4-11].
또한 치료 시 고통이 없다는 장점이 있다. 이와 같은 방사선치료의 궁극적인 목적은 종양부위에 방사선량을 집중적으로 조사하여 종양세포를 사멸시키고 정상조직에는 방사선량을 최소화 하는 것에 있다. 그러나 호흡에 따라 영향을 받는 장기의 치료 시에는 특별한 주의가 필요하다.

제안 방법

20대～80대의 남성 폐암 환자 20명을 대상으로 호흡에 따른 full phase 0～90 %에서 나이별 종양의 움직임과[표 1] gating phase 30～70%를 비교하였다[표 2]. 종양 full phase 0～90 % 로 하였을 때 inferior 방향에서 61세～70세인 환자의 움직임이 가장 컸으며(평균 9.
현재 보편적으로 호흡분석에 사용되는 것은 컴퓨터단층촬영으로서 사차원전산화단층촬영(4-Dimensional Computed Tomography 이하 4D-CT)을 사용하고 있다[12-15]. 원리는 호흡 시에 간이나 폐의 움직임을 정확히 파악하기 위해 간단한 호흡 연습을 한 뒤 호흡동조 CT 촬영을 하고 이를 이용하여 방사선치료 계획을 적용한다. 안정된 호흡주기에만 방사선이 조사되도록 하는 치료방법이며 보편화 되어 있다.
서울 소재 A병원의 폐암과 간암 환자 각각 20명씩 4D-CT 촬영한 총 40명의 환자를 대상으로 하였다. 치료 장비로는 사차원 전산화단층촬영기와 OBI(On-board imager) 시스템, RPM(real time position management) 시스템, Exac Trac X-ray 6D 시스템, Vision RT 시스템 등이 장착된 사차원방사선치료 전용 장비인 Varian Ⅸ 장비, Novalis TX 장비를 이용하였다.
폐암 20명과 간암 20명 총 40명의 환자를 대상으로 호흡으로 인한 종양의 움직임이 있을 때 환자별로 각각 50% top phase 기준으로 움직임을 측정, 30～70 % gating 구간에서 움직임 측정, 0～90 % full phase 구간에서 움직임을 Light speed-16 CT[그림 1]장비로 각각 실험하였다.
폐암과 간암의 경우 종양의 위치에 대한 보정뿐만 아니라 호흡에 따른 움직임의 보정을 위하여 호흡동조 방사선치료를 시행한다. 호흡동조방사선치료에 선행하여 호흡할 때 폐나 간의 움직임을 정확히 파악하기 위해 간단한 호흡 연습을 한 뒤 호흡동조 CT 촬영으로 4D-CT를 적용하였다.
폐암과 간암의 경우 종양의 위치에 대한 보정뿐만 아니라 호흡에 따른 움직임의 보정을 위하여 호흡동조 방사선치료를 시행한다. 호흡동조방사선치료에 선행하여 호흡할 때 폐나 간의 움직임을 정확히 파악하기 위해 간단한 호흡 연습을 한 뒤 호흡동조 CT 촬영으로 4D-CT를 적용하였다. 그러나 아직 4차원 방사선치료에 대한 정확한 선량분포를 계산해 낼 수 있는 방사선치료계획 시스템이 존재하지 않는 것이 호흡 동조 방사선 치료의 가장 큰 문제점이라고 할 수 있다.
호흡주기에 해당하는 모든 데이터를 치료계획 시스템에서 종양의 크기를 확정하고 full phase 0～90 %와 gating phase 30～70 %했을 경우의 GTV를 R(right), L(left), A(anterior), P(posterior), S(superior), I(inferior)방향으로 최대값, 최소값을 비교하였다[그림 3][그림 4].

대상 데이터

서울 소재 A병원의 폐암과 간암 환자 각각 20명씩 4D-CT 촬영한 총 40명의 환자를 대상으로 하였다. 치료 장비로는 사차원 전산화단층촬영기와 OBI(On-board imager) 시스템, RPM(real time position management) 시스템, Exac Trac X-ray 6D 시스템, Vision RT 시스템 등이 장착된 사차원방사선치료 전용 장비인 Varian Ⅸ 장비, Novalis TX 장비를 이용하였다.

성능/효과

61～70세, 71～80세 두 연령 군에서 오른쪽(RT), 왼쪽(LT), 정면(ANT), 후면(POS), 누운(SUP) 방향에서 폐암 환자 종양의 움직임은 최소 1 mm, 최대 3 mm 정도 차이가 있었으나, 아래(INF) 방향에서는 full phase와 gating phase 30～70 %를 종양의 움직임을 비교하였을 때[그림 5][그림 6] 두 연령군 모두 I(inferior)방향에서 가장 큰 차이가 나타났다. full phase 0～90 %의 최대값은 21 mm이었고, gating phase 30～70 %에서의 최소값은 4 mm로 가장 큰 차이가 나는 것을 알 수 있었다.
본 논문에서 gating phase 30～70%값이 full phase 0～90%값보다 종양의 움직임이 감소하는 것을 알 수 있기 때문에 full phase 0～90%에서 치료하는 것보다 gating phase 30～70%하는 것이 효과적이다. 이는 gating phase 30～70%을 시행했을 때 호흡으로 인한 움직임의 보정이 가능하다는 의미이다.
또한 방사선치료에 있어서 평가해야 할 사항 중에서 2차원적인 선량분포만을 검증할 수 있는 방법과 결과를 제시한 연구도 있다[12]. 본 논문에서는 이와 같은 문제점을 보완하고자 호흡에 의한 움직임을 평가하기 위한 실험을 시행한 결과 폐암 환자 20명은 A(anterior)방향에서 full phase 0～90% 평균 1.75 mm에서 gating phase 30～70% 평균 0.2 mm로 1～4 mm 차이가 있었으며, P(posterior)방향에서는 full phase 0～90% 평균 1.85 mm에서 gating phase 30～70% 평균 1.2 mm로 2～4 mm정도의 미미한 차이가 있었다. 그리고 S(superior)방향 에서는 차이가 없었으며, I(inferior)방향에서 가장 큰 차이가 있었던 환자의 경우 full phase 0～90% 영상에서 21 mm이였다.
반면 gating phase 30～70%에서의 4 mm로 full phase 0～90%에 비해 상당히 작은 움직임이 있다는 것을 확인하였다. 움직임이 큰 차이를 보이는 환자의 경우는 폐 하엽에 종양이 위치하여 호흡에 의한 움직임이 영향을 많이 받는 것으로 평가되었다. 또한 RPM(Respiratory Gating System)의 phase gating 방식에서 기준 호흡에 비하여 큰 변화가 있는 호흡변화에서는 호흡신호가 검은색에서 붉은색으로 바뀌며 사용자에게 경고를 표시하지만 정확하게 환자 호흡을 인식하여 방사선 조사를 주거나 끊을 수 없다.

후속연구

이는 gating phase 30～70%을 시행했을 때 호흡으로 인한 움직임의 보정이 가능하다는 의미이다. 따라서 폐의 하엽에 종양이 위치한 환자와 간암 환자 등 방사선치료 시 호흡으로 종양의 위치가 변할 수 있는 경우 4D-CT를 이용한 호흡동조방사선치료의 시행이 정확한 방사선치료를 가능하게 할 것이고, 정상조직의 피해를 최소화 할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사선치료는 어떤 장점이 있는가?	또한 방사선치료는 삼차원 입체조형방사선치료, 정위방사선치료, 세기조절 방사선치료 등 입체적인 공간에서 방사선분포를 제어하며 치료하는 추세이며, 1일 수분에서 수 십분 정도 시간이 소요된다[16]. 또한 치료 시 고통이 없다는 장점이 있다. 이와 같은 방사선치료의 궁극적인 목적은 종양부위에 방사선량을 집중적으로 조사하여 종양세포를 사멸시키고 정상조직에는 방사선량을 최소화 하는 것에 있다.
	방사선치료란 무엇인가?	방사선치료란 고에너지 방사선을 이용하여 암세포를 치료하는 것을 의미하며, 외과적 수술, 항암화학요법은 암 치료의 3대 치료법 중 하나이다. 또한 방사선치료는 삼차원 입체조형방사선치료, 정위방사선치료, 세기조절 방사선치료 등 입체적인 공간에서 방사선분포를 제어하며 치료하는 추세이며, 1일 수분에서 수 십분 정도 시간이 소요된다[16].
	방사선치료의 궁극적인 목적은 무엇인가?	또한 치료 시 고통이 없다는 장점이 있다. 이와 같은 방사선치료의 궁극적인 목적은 종양부위에 방사선량을 집중적으로 조사하여 종양세포를 사멸시키고 정상조직에는 방사선량을 최소화 하는 것에 있다. 그러나 호흡에 따라 영향을 받는 장기의 치료 시에는 특별한 주의가 필요하다.

참고문헌 (16)

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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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