하지 연부조직육종을 위한 방사선치료기술 별 선량평가 연구 A dosimetric evaluation of volumetric modulated arc therapy, intensity modulated radiation therapy, and three-dimensional conformal radiation therapy for the lower extremity soft tissue sarcoma원문보기
본원에서 수술 후 방사선치료를 수행한 하지 연부조직육종 환자에 대해 용적세기조절회전치료(VMAT), 세기조절방사선치료(IMRT), 3차원입체조영방사선치료(3D-CRT)의 세 가지 치료계획을 수립하여 치료계획용적(PTV)과 대퇴골에 전달되는 방사선량을 각각 비교하였다. 세 치료계획방법 모두 치료계획용적에 전달되는 방사선량은 큰 차이를 보이지 않았으나 용적세기조절회전치료와 세기조절방사선치료의 경우 3차원입체조영방사선치료보다 대퇴골에 전달되는 방사선량을 줄일 수 있었다. 또한 용적세기조절회전치료의 경우 세기조절방사선치료 보다 치료에 필요한 monitor unit이 적어 치료시간 감소의 효과가 나타났다. 따라서 하지 연부조직육종 방사선치료 시 용적세기조절회전치료의 사용은 효과적인 방사선치료를 수행할 수 있을 것이라 사료된다.
본원에서 수술 후 방사선치료를 수행한 하지 연부조직육종 환자에 대해 용적세기조절회전치료(VMAT), 세기조절방사선치료(IMRT), 3차원입체조영방사선치료(3D-CRT)의 세 가지 치료계획을 수립하여 치료계획용적(PTV)과 대퇴골에 전달되는 방사선량을 각각 비교하였다. 세 치료계획방법 모두 치료계획용적에 전달되는 방사선량은 큰 차이를 보이지 않았으나 용적세기조절회전치료와 세기조절방사선치료의 경우 3차원입체조영방사선치료보다 대퇴골에 전달되는 방사선량을 줄일 수 있었다. 또한 용적세기조절회전치료의 경우 세기조절방사선치료 보다 치료에 필요한 monitor unit이 적어 치료시간 감소의 효과가 나타났다. 따라서 하지 연부조직육종 방사선치료 시 용적세기조절회전치료의 사용은 효과적인 방사선치료를 수행할 수 있을 것이라 사료된다.
A dosimetric evaluation of volumetric modulated arc therapy, intensity modulated radiation therapy, and three-dimensional conformal radiation therapy for the lower extremity soft tissue sarcoma For the lower extremity soft tissue sarcoma, volumetric modulated arc therapy, intensity modulated radiati...
A dosimetric evaluation of volumetric modulated arc therapy, intensity modulated radiation therapy, and three-dimensional conformal radiation therapy for the lower extremity soft tissue sarcoma For the lower extremity soft tissue sarcoma, volumetric modulated arc therapy, intensity modulated radiation therapy, and three-dimensional conformal radiation therapy were evaluated to compare these three treatment planning technique. The mean doses to the planning target volume and the femur were calculated to evaluate target coverage and the risk of bone fracture during radiation therapy. Volumetric modulated arc therapy can reduce the dose to the femur without compromising target coverage and reduce the treatment time compared with intensity modulated radiation therapy.
A dosimetric evaluation of volumetric modulated arc therapy, intensity modulated radiation therapy, and three-dimensional conformal radiation therapy for the lower extremity soft tissue sarcoma For the lower extremity soft tissue sarcoma, volumetric modulated arc therapy, intensity modulated radiation therapy, and three-dimensional conformal radiation therapy were evaluated to compare these three treatment planning technique. The mean doses to the planning target volume and the femur were calculated to evaluate target coverage and the risk of bone fracture during radiation therapy. Volumetric modulated arc therapy can reduce the dose to the femur without compromising target coverage and reduce the treatment time compared with intensity modulated radiation therapy.
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문제 정의
본 연구에서는 하지 연부조직육종의 방사선치료 시 치료계획용적(PTV, Planning target volume) 및 대퇴골에 전달되는 방사선량을 치료계획 기술 별로 분석하여 비교 및 평가고자 한다.
제안 방법
모든 치료계획은 6 MV의 광자선을 사용하였으며, 갠트리(gantry) 각도는 종양이 위치하지 않은 반대쪽 다리의 방사선량 조사를 최소화할 수 있도록 제한하여 사용하였다. 3D-CRT는 총 6개의 조사야를 설정하여 대퇴골에 전달되는 방사선량을 최소화하였고, IMRT는 총 5개의 조사야를 180도부터 시계방향으로 55도 간격으로 갠트리를 돌려가며 사용하였으며, VMAT은 181 도부터 40 도까지 시계방향과 반시계방향 각각 2개의 partial-arc 조사야를 사용하였다. 세치료계획모두 동일한 갠트리 각도를 유지한 채 추가치료 계획을 수립하여 최초 치료계획과 합하였다.
PTV에 균일한 방사선량이 전달되는 지의 여부를 분석하기 위해 PTV-D2%와 PTV-D98%(각각 선량-체적 히스토그램에서 PTV 2%와 98% 체적에 전달되는 방사선량을 의미) 및 평균 방사선량을 비교하였으며, 충분한 방사선량이 PTV에 전달되는 지의 여부를 분석하기 위해 PTV-V95%(선량-체적히스토그램에서 처방선량의 95%이상이 전달되는 PTV의 체적을 의미)를 비교하였다.
대퇴골에 전달되는 방사선량을 비교하기 위해 평균 방사 선량과 Femur-D1cc(선량-체적 히스토그램에서 대퇴골 1 cc 체적에 전달되는 방사선량을 의미)을 분석하였으며, Femur-V40Gy(40 Gy이상이 전달되는 대퇴골의 체적을 의미)를 추가로 분석하여 방사선치료에 의해 대퇴골 골절이 발생할 확률에 대해 비교하였다.
모든 치료계획은 6 MV의 광자선을 사용하였으며, 갠트리(gantry) 각도는 종양이 위치하지 않은 반대쪽 다리의 방사선량 조사를 최소화할 수 있도록 제한하여 사용하였다. 3D-CRT는 총 6개의 조사야를 설정하여 대퇴골에 전달되는 방사선량을 최소화하였고, IMRT는 총 5개의 조사야를 180도부터 시계방향으로 55도 간격으로 갠트리를 돌려가며 사용하였으며, VMAT은 181 도부터 40 도까지 시계방향과 반시계방향 각각 2개의 partial-arc 조사야를 사용하였다.
방사선치료계획을 위한 모의치료 시 환자의 일정한 자세를 위해 고정기구(EZ-FIXⓡ, 알리코메디칼)를 사용하였으며, 종양이 위치한 다리를 개구리 자세(Frog legposition)로 유지하였다. 수술 흉터(scar) 부위에 1 cm의 bolus를 덧대어 수술 흉터에 충분한 방사선이 조사될 수 있도록 하였다.
방사선치료를 위한 처방선량은 총 63 Gy(일일 처방선량:1.8 Gy)였으며, 50.4 Gy 처방과 추가치료(boost) 12.6 Gy처방을 위한 두 개의 치료계획을 합하여 얻어진 치료선량을 분석하였다.
본 기관에서 치료를 수행한 환자의 경우하나의 고정장치만 사용하였기 때문에 위의 무작위 오차보다 큰 환자자세 움직임이 나타났을 것으로 예상할 수 있다. 본 기관에서는 환자 자세의 무작위 오차에 의한 영향을 줄이기 위해 PTV의 margin을 5-7 mm로 설정하였다(대퇴골방향 약 5 mm, 나머지 7 mm). 이는 기존 연구에서 보고된무작위 오차보다 충분히 큰 값이기 때문에 임상적치료용적(CTV, Clinical target volume)에는 처방선량이 충분히 전달되었을 것으로 생각할 수 있다.
본 연구는 2015년에 수술 후 방사선치료를 수행한 하지연부조직육종 환자를 대상으로 VMAT, IMRT, 3D-CRT에 대한 계획을 수립하여 방사선량 분포를 비교하였다.
세 가지 치료계획 별로 방사선치료에 소요되는 시간을 평가하기 위해 총 MU(monitor unit)를 계산하여 비교하였다.
3D-CRT는 총 6개의 조사야를 설정하여 대퇴골에 전달되는 방사선량을 최소화하였고, IMRT는 총 5개의 조사야를 180도부터 시계방향으로 55도 간격으로 갠트리를 돌려가며 사용하였으며, VMAT은 181 도부터 40 도까지 시계방향과 반시계방향 각각 2개의 partial-arc 조사야를 사용하였다. 세치료계획모두 동일한 갠트리 각도를 유지한 채 추가치료 계획을 수립하여 최초 치료계획과 합하였다. 방사선량 계산은Anisotropic Analytic Algorithm(AAA, version 8.
, 알리코메디칼)를 사용하였으며, 종양이 위치한 다리를 개구리 자세(Frog legposition)로 유지하였다. 수술 흉터(scar) 부위에 1 cm의 bolus를 덧대어 수술 흉터에 충분한 방사선이 조사될 수 있도록 하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 환자는 vacuum cushion 형태의 고정장치만 사용하여 IMRT를 수행하였다. 이전 연구에 따르면vacuum cushion 형태의 고정장치와 thermoplastic 물질로제작한 마스크 식 고정장치를 사용하였을 때 환자자세의 치료 간(Intrafraction) 무작위 오차(Random error)는 약 2-3mm로 보고되었다.
치료시간을 평가하기 위한 총 monitor unit은 VMAT, IMRT, 3D-CRT 각각 853 MU, 1858 MU, 468 MU로 나타났 다. 치료시간은 400 MU/분의 선량률로 방사선을 조사할 경 우 VMAT은 약 2 분, IMRT는 약 6 분, 3D-CRT는 약 2 분이 걸릴 것으로 계산되었다.
이론/모형
모든 방사선치료계획은 Eclipse™ Treatment PlanningSystem(Version 8.6, Varian Medical Systems, USA)을 사용하였으며, CT 영상은 Brilliance CT - Big Bore Oncology(Philips Medical Systems, USA)를 이용하여 3 mm 간격으로 얻었다.
세치료계획모두 동일한 갠트리 각도를 유지한 채 추가치료 계획을 수립하여 최초 치료계획과 합하였다. 방사선량 계산은Anisotropic Analytic Algorithm(AAA, version 8.9.17)을 사용하였으며, 격자 크기는 0.25 cm를 사용하였다.
성능/효과
PTV에 전달되는 평균 방사선량은 VMAT, IMRT, 3D-CRT 각각 63.2 Gy, 63.1 Gy, 63.1 Gy로 나타나 세 가지 방사선 치료계획 기술 간의 차이를 보이지 않았다(Table 1). 세 가지 방사선치료계획 모두 PTV에 전달되는 최대 방사선량이 처방선량의 110%를 초과하지 않았다.
VMAT과 IMRT는 하지 연부조직육종 방사선치료 시 PTV에 조사되는 방사선량을 감소시키지 않으면서 대퇴골에 전달되는 방사선량을 줄일 수 있었다. 또한, VMAT의 경우IMRT에 비해 치료시간을 감소시킬 수 있었다.
대퇴골에 조사되는 평균 방사선량은 VMAT, IMRT, 3DCRT 각각 39.0 Gy, 40.3 Gy, 48.9 Gy로 나타나 VMAT과 IMRT에서 3D-CRT보다 적은 양의 방사선량이 대퇴골에 조사됨을 확인할 수 있었다(Table 1). 또한 대퇴골 골절의 위험을 나타낼 수 있는 척도 중의 하나인 V40Gy 역시 VMAT과 IMRT에서 각각 53.
또한, VMAT의 경우IMRT에 비해 치료시간을 감소시킬 수 있었다. 따라서 하지연부조직육종 방사선치료 시 VMAT의 사용은 효과적인 방사선치료를 수행할 수 있을 것으로 사료된다.
또한 PTV에 전달되는 방사선량의 균일정도를 비교하기 위해 분석한 PTV-D2% 및 PTV-D98%도 방사선치료계획 별 간의 큰 차이를 보이지 않았다(Table 1).
9 Gy로 나타나 VMAT과 IMRT에서 3D-CRT보다 적은 양의 방사선량이 대퇴골에 조사됨을 확인할 수 있었다(Table 1). 또한 대퇴골 골절의 위험을 나타낼 수 있는 척도 중의 하나인 V40Gy 역시 VMAT과 IMRT에서 각각 53.9%, 57.5%로 나타나 3D-CRT의 72.8%보다 낮게 나타났다(Table 1).
VMAT과 IMRT는 하지 연부조직육종 방사선치료 시 PTV에 조사되는 방사선량을 감소시키지 않으면서 대퇴골에 전달되는 방사선량을 줄일 수 있었다. 또한, VMAT의 경우IMRT에 비해 치료시간을 감소시킬 수 있었다. 따라서 하지연부조직육종 방사선치료 시 VMAT의 사용은 효과적인 방사선치료를 수행할 수 있을 것으로 사료된다.
5%정도였으며, 대퇴골에 40 Gy 이상이 조사되는 체적(Femur-V40Gy)이 64% 미만일 경우 대퇴골 골절의 위험을 낮출 수 있다고 보고하였다. 본 연구에서 얻은 Femur-V40Gy은 VMAT과 IMRT에서 각각53.9%, 57.5%로 나타났으며, 이는 대퇴골 골절의 위험을 낮출 수 있을 것으로 기대할 수 있었다. 하지만 3D-CRT의 경우 Femur-V40Gy가 72.
1 Gy로 나타나 세 가지 방사선 치료계획 기술 간의 차이를 보이지 않았다(Table 1). 세 가지 방사선치료계획 모두 PTV에 전달되는 최대 방사선량이 처방선량의 110%를 초과하지 않았다. 또한 PTV에 전달되는 방사선량의 균일정도를 비교하기 위해 분석한 PTV-D2% 및 PTV-D98%도 방사선치료계획 별 간의 큰 차이를 보이지 않았다(Table 1).
치료시간을 평가하기 위한 총 monitor unit은 VMAT, IMRT, 3D-CRT 각각 853 MU, 1858 MU, 468 MU로 나타났 다. 치료시간은 400 MU/분의 선량률로 방사선을 조사할 경 우 VMAT은 약 2 분, IMRT는 약 6 분, 3D-CRT는 약 2 분이 걸릴 것으로 계산되었다.
후속연구
하지만 환자 자세의 치료 간움직임은 대퇴골에 치료계획보다 높은 방사선량을 조사시킬 수 있으며, 일반적으로 치료시간이 길어질수록 환자의치료 간 움직임이 커질 수 있다. 만약 IMRT 대신 VMAT을수행하여 치료시간을 단축시킨다면 환자 자세의 치료 간 무작위 오차를 줄일 수 있고, 이를 통해 보다 정확하고 안전한 방사선치료를 수행할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
종양에서 탁월한 효과를 보이는 첨단 방사선치료기술에는 어떤 것들이 있는가?
최근에는 세기조절방사선치료(IMRT, Intensity modulatedradiation therapy)와 용적세기조절회전치료(VMAT,Volumetric modulated arc therapy)와 같은 첨단 방사선치료기술을 이용하여 종양과 인접한 정상 장기의 방사선량을 줄이는 시도가 진행되고 있으며, 현재 전립선암, 두경부암 등의 종양에서 기존 방사선치료 대비 탁월한 치료 효과를 보이고 있다.
하지 연부조직육종의 수술 후 방사선 치료의 주의할 점은 무엇인가?
하지 연부조직육종(lower extremity soft tissue sarcoma)의 수술 후 방사선치료(post-operative radiotherapy)는 종양 조직의 병리학적 분석이 가능하고 적절한 방사선치료 범위를 설정할 수 있어 널리 사용되고 있다. 하지만 방사선치료 시 종양과 인접한 대퇴골의 골절과 같은 부작용이 발생할 수 있어 세심한 주의가 필요하다. 전통적으로 하지 연부조직육종 방사선치료 시 대퇴골에 전달되는 방사선량을 줄이기 위해 3차원입체조영방사선치료 (3D-CRT, 3-dimensional conformal radiation therapy) 기술이 사용되고 있다.
하지 연부조직육종 방사선치료시에 나타나는 부작용에는 무엇이 있는가?
하지 연부조직육종 방사선치료 시 늦게 나타나는 부작용(late effect) 중 하나는 대퇴골 골절이다. 하지 연부조직육종 환자 691 명을 대상으로 수행한 이전 연구에서 7 년 이내대퇴골 골절이 나타날 확률은 약 4.
참고문헌 (5)
Hong L, Alektiar KM, Hunt M, Venkatraman E, Leibel SA: Intensity-modulated radiotherapy for soft tissue sarcoma of the thigh. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2004;59:752-759
Stewart AJ, Lee YK, Saran FH: Comparison of conventional radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy for post-operative radiotherapy for primary extremity soft tissue sarcoma. Radiother Oncol 2009;93:125-130
Fogliata A, Scorsetti M, Navarria P, et al.: Dosimetric comparison between VMAT with different dose calculation algorithms and protons for soft-tissue sarcoma radiotherapy. Acta Oncol 2013;52:545-552
Dickie CI, Parent AL, Griffin AM, et al.: Bone fractures following external beam radiotherapy and limbpreservation surgery for lower extremity soft tissue sarcoma: relationship to irradiated bone length, volume, tumor location and dose. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2009;75:1119-1124
Dickie CI, Parent AL, Chung PW, et al.: Measuring interfractional and intrafractional motion with cone beam computed tomography and an optical localization system for lower extremity soft tissue sarcoma patients treated with preoperative intensitymodulated radiation therapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2010;78:1437-1444
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