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문제 정의
- 이에 본 논문에서는 영상획득 및 체적설정 방식에 따른 표적의 선량과 체적의 정확성을 비교 하고, 호흡동조 방사선치료의 적용 여부에 따른 선량을 평가함으로써 방사선치료 효과비를 높일 수 있는 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 05 이하가 유지되도록 하였다. 그리고 호흡동조 방사선치료의 적용 유무 및 호흡주기에 따른 차이를 보고자, 측정된 값과 ITV의 선량을 평균하여 비교하였다.
- 먼저 표적이 고정되어 있는 상태(이하 고정표적)와 표적이 움직이는 상태(이하 유동표적)를 3D CT로 획득하였다. 다음으로 동일한 유동표적을 4D CT로 획득하였으며, 이때 전체 0~90%의 주기를 10% 단위로 하여 10개의 영상을 얻었다. 다음으로 체적의 부피를 비교하기 위해 4D CT로 획득한 10개의 영상 중 가장 안정된 호기 상태인 50% 주기를 이용하였다12).
- 다음으로 영상획득 방식에 따른 체적의 선량을 비교하기 위해 유동표적의 GTV와 ITV를 통계적으로 분석하였다. 그 결과 모든 처방선량에 있어 유의수준 0.
- 다음으로 체적에 따른 선량을 비교 평가하였다. 유동표적을 3D CT로 획득한 GTV의 경우 처방선량의 90% 전·후의 선량을 보이며 모든 그룹에서 유의수준 0.
- 다음으로 동일한 유동표적을 4D CT로 획득하였으며, 이때 전체 0~90%의 주기를 10% 단위로 하여 10개의 영상을 얻었다. 다음으로 체적의 부피를 비교하기 위해 4D CT로 획득한 10개의 영상 중 가장 안정된 호기 상태인 50% 주기를 이용하였다12). 표적의 체적은 전산화치료계획시스템을 이용하였으며 원기둥 체적 공식에 의해 구해진 실제 체적과 비교하였다[식1].
- 체적설정에 따른 선량 차이를 보기위해 다음과 같이 진행하였다. 먼저 고정표적과 유동표적을 대상으로 획득한 영상에 육안적 종양체적(Gross Tumor Volume, 이하 GTV)을 설정하였다. 이후 유동표적을 대상으로 4D CT로 획득한 영상 10개의 전체 주기에 GTV를 설정한 뒤, 전체 체적을 포함하는 ITV를 설정하였다(Fig.
- 전산화 단층 촬영기를 이용하여 2 mm의 두께로 영상을 획득하였으며, 표적은 다음의 조건으로 하였다. 먼저 표적이 고정되어 있는 상태(이하 고정표적)와 표적이 움직이는 상태(이하 유동표적)를 3D CT로 획득하였다. 다음으로 동일한 유동표적을 4D CT로 획득하였으며, 이때 전체 0~90%의 주기를 10% 단위로 하여 10개의 영상을 얻었다.
- 본 연구는 임상에서 이용하는 영상 획득 방식에 따른 체적의 비교와 정위적 체부 방사선치료 시 설정된 체적과 처방 선량 그리고 호흡동조 방사선치료의 호흡주기에 따른 중심 선량을 비교 분석하였다.
- 유동표적을 대상으로 정위적 체부 방사선치료를 수행함에 있어 호흡동조 방사선치료방식을 적용하여 치료계획을 수립하였다. 이 때 호흡주기는 40~60%의 호흡주기와 30~70%의 호흡주기를 이용하였으며, 치료계획의 수립 및 처방선량은 체적에 따른 선량평가와 동일하게 설정하였다(Fig.
- 이 체적을 대상으로 6 MV, 5문(0°, 72°, 144°, 216°, 288°)의 세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT) 방식으로 치료계획을 수립하였으며, 미닫이창 조사기법(Sliding window technic)을 적용하였다.
- 5). 이렇게 수립된 계획을 이용하여 각각 10회씩 측정하였으며 변동계수가 0.05 이하가 유지되도록 하였다. 그리고 호흡동조 방사선치료의 적용 유무 및 호흡주기에 따른 차이를 보고자, 측정된 값과 ITV의 선량을 평균하여 비교하였다.
- 먼저 고정표적과 유동표적을 대상으로 획득한 영상에 육안적 종양체적(Gross Tumor Volume, 이하 GTV)을 설정하였다. 이후 유동표적을 대상으로 4D CT로 획득한 영상 10개의 전체 주기에 GTV를 설정한 뒤, 전체 체적을 포함하는 ITV를 설정하였다(Fig. 3). 이 체적을 대상으로 6 MV, 5문(0°, 72°, 144°, 216°, 288°)의 세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT) 방식으로 치료계획을 수립하였으며, 미닫이창 조사기법(Sliding window technic)을 적용하였다.
- 전산화 단층촬영기(SOMATOM Sensation OPEN, Siemens, Germany)를 이용하여 영상을 촬영하였으며 표적의 주기는 RPM system(Real-Time Position Management system, Varian, USA)을 이용하여 획득하였다. 이후 전산화치료계획시스템(Eclipse version 10.0, Varian, USA)을 사용하여 치료계획을 수립하고 유리선량계(GD-302M, Asashi Techno Glass, Japan)를 이용하여 선량을 측정하였다(Table 1).
- 전산화 단층 촬영기를 이용하여 2 mm의 두께로 영상을 획득하였으며, 표적은 다음의 조건으로 하였다. 먼저 표적이 고정되어 있는 상태(이하 고정표적)와 표적이 움직이는 상태(이하 유동표적)를 3D CT로 획득하였다.
- 표적의 진폭은 Langen 등의 선행연구에 기초하여 2 cm로 설정하였다11). 전산화 단층촬영기(SOMATOM Sensation OPEN, Siemens, Germany)를 이용하여 영상을 촬영하였으며 표적의 주기는 RPM system(Real-Time Position Management system, Varian, USA)을 이용하여 획득하였다. 이후 전산화치료계획시스템(Eclipse version 10.
- 또한 선량에 있어서도 3D CT로 획득한 GTV보다 4D CT로 획득한 ITV의 선량이, 그리고 호흡동조 방사선치료가 더 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 제안점으로 본 연구는 자체 제작한 펜텀의 움직임이 전후방향의 단 방향과 운동주기 3 sec, 진폭 2 cm의 제한된 조건으로 실험을 진행하였다. 하지만 실제 환자의 경우 호흡에 의한 움직임이 동일하지 않으며, 호흡 주기, 진폭 및 방향이 다양할 수 있다.
- 이 체적을 대상으로 6 MV, 5문(0°, 72°, 144°, 216°, 288°)의 세기조절방사선치료(Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT) 방식으로 치료계획을 수립하였으며, 미닫이창 조사기법(Sliding window technic)을 적용하였다. 처방선량은 폐암의 정위적 체부 방사선치료 시 일본과 독일에서 권고하는 10 Gy와 미국에서 권고하는 15 Gy, 그리고 방사선종양학그룹(Radiation Therapy Oncology Group, RTOG)에서 권고하는 20 Gy로 설정하였다5,12). 또한 각각의 처방선량을 바탕으로 변동계수가 0.
- 다음으로 체적의 부피를 비교하기 위해 4D CT로 획득한 10개의 영상 중 가장 안정된 호기 상태인 50% 주기를 이용하였다12). 표적의 체적은 전산화치료계획시스템을 이용하였으며 원기둥 체적 공식에 의해 구해진 실제 체적과 비교하였다[식1].
대상 데이터
- 표적은 3D 프린터를 이용하여 제작하였으며, 사용된 소재는 조직의 연부조직 밀도인 1.03 g/cm3와 유사한 1.04 g/cm3의 아크릴로니트릴(Acrylonitrile), 부타디엔(Butadiene), 스트렌(Styrene)의 합성물질인 ABS를 사용하였다. 표적의 크기는 미국종양합동위원회(American Joint Committee on Cancer, AJCC)에서 제시하는 폐암의 저병기 크기인 3 cm 이하에 부합하도록 지름 2.
- 04 g/cm3의 아크릴로니트릴(Acrylonitrile), 부타디엔(Butadiene), 스트렌(Styrene)의 합성물질인 ABS를 사용하였다. 표적의 크기는 미국종양합동위원회(American Joint Committee on Cancer, AJCC)에서 제시하는 폐암의 저병기 크기인 3 cm 이하에 부합하도록 지름 2.8 cm, 높이 2 cm로 제작하였으며, 중앙에는 유리선량계(Photoluminescence Glass Dosimeter, PLD)가 삽입될 수 있게 구멍을 확보하였다10). 표적의 진폭은 Langen 등의 선행연구에 기초하여 2 cm로 설정하였다11).
데이터처리
- 22 Inc. USA)를 이용하여 독립 t-검정(Independent t-test)을 수행하였다. Fig.
- 03 Gy로 나타났다(Table 3). 이후 고정표적의 GTV 선량과 t-검정을 통하여 체적설정에 따른 차이를 평가하였다. 그 결과, 처방선량 10 Gy에서는 통계적 차이를 보이지 않았으며, 15 Gy와 20 Gy에서는 유의수준 0.
이론/모형
- 8 cm, 높이 2 cm로 제작하였으며, 중앙에는 유리선량계(Photoluminescence Glass Dosimeter, PLD)가 삽입될 수 있게 구멍을 확보하였다10). 표적의 진폭은 Langen 등의 선행연구에 기초하여 2 cm로 설정하였다11). 전산화 단층촬영기(SOMATOM Sensation OPEN, Siemens, Germany)를 이용하여 영상을 촬영하였으며 표적의 주기는 RPM system(Real-Time Position Management system, Varian, USA)을 이용하여 획득하였다.
성능/효과
- 4 cm3를 보였다. 결과적으로 고정표적이 실제 표적의 체적에 가장 인접한 것으로 나타났다.
- 그리고 표적체적 정의에 따른 중심선량은 GTV보다 ITV가 더 높게 평가되었으며, 호흡 동조 방사선치료를 시행하는 것이 적용하지 않은 경우에 비해 우수하게 나타났다. 결론적으로 폐암의 정위적 체부 방사선치료 시 4D CT를 이용하여 체적을 획득한 후, ITV를 설정하여 호흡동조 방사선치료기법을 사용하는 것이 종양에 선량을 집속할 수 있는 적절한 방법으로 평가되었다.
- 다음으로 영상획득 방식에 따른 체적의 선량을 비교하기 위해 유동표적의 GTV와 ITV를 통계적으로 분석하였다. 그 결과 모든 처방선량에 있어 유의수준 0.05 미만으로 통계적 차이를 보이는 것으로 나타났다(Table 4).
- 이후 고정표적의 GTV 선량과 t-검정을 통하여 체적설정에 따른 차이를 평가하였다. 그 결과, 처방선량 10 Gy에서는 통계적 차이를 보이지 않았으며, 15 Gy와 20 Gy에서는 유의수준 0.05 미만으로 나타나 통계적 차이를 보이는 것으로 해석할 수 있었다(Table 3).
- 유동표적을 대상으로 영상획득 방식에 따른 표적체적을 비교한 결과 3D CT보다 4D CT로 영상을 획득하여 체적을 설정하는 것이 더 정확하였다. 그리고 표적체적 정의에 따른 중심선량은 GTV보다 ITV가 더 높게 평가되었으며, 호흡 동조 방사선치료를 시행하는 것이 적용하지 않은 경우에 비해 우수하게 나타났다. 결론적으로 폐암의 정위적 체부 방사선치료 시 4D CT를 이용하여 체적을 획득한 후, ITV를 설정하여 호흡동조 방사선치료기법을 사용하는 것이 종양에 선량을 집속할 수 있는 적절한 방법으로 평가되었다.
- 하지만 이 결과는 2 mm의 두께로 영상을 획득할 경우 발생할 수 있는 오차 범위 안에 포함되므로, 더 세밀하게 영상을 획득한다면 실제 체적에 근접할 것으로 사료된다. 다음으로 유동표적을 3D CT로 획득한 결과는 실제 체적의 약 75%를 보였으며, 4D CT는 약 84%로 나타나며 더 우수한 경향성을 나타내었다. 이런 경향성은 Fengxing 등의 선행연구에서도 유동표적의 영상 획득 시 4D CT보다 3D CT에서 더 큰 차이를 보인다고 보고하였다14).
- 본 연구결과를 토대로 유동표적의 영상을 획득하여 체적을 설정 시, 3D CT보다 4D CT가 더 우수하다는 것을 알 수 있었다. 또한 선량에 있어서도 3D CT로 획득한 GTV보다 4D CT로 획득한 ITV의 선량이, 그리고 호흡동조 방사선치료가 더 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 제안점으로 본 연구는 자체 제작한 펜텀의 움직임이 전후방향의 단 방향과 운동주기 3 sec, 진폭 2 cm의 제한된 조건으로 실험을 진행하였다.
- 마지막으로 호흡동조 방사선치료에 따른 선량평가 결과는 호흡동조 방사선치료를 적용하지 않고 ITV를 설정하는 경우에 비해서 중심선량이 더 높게 나타났다(Fig. 6). 이는 장성순 등의 선행연구와 같은 경향성을 보인 것으로, 움직이는 종양의 치료 시 호흡동조 방사선치료를 적용하는 것이 치료 효과비를 높일 수 있는 방법으로 사료된다9).
- 본 연구결과를 토대로 유동표적의 영상을 획득하여 체적을 설정 시, 3D CT보다 4D CT가 더 우수하다는 것을 알 수 있었다. 또한 선량에 있어서도 3D CT로 획득한 GTV보다 4D CT로 획득한 ITV의 선량이, 그리고 호흡동조 방사선치료가 더 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
- 영상획득 방식에 따른 체적설정의 선량을 비교한 결과는 모두 통계적으로 유의한 차이를 나타내었으며(p < 0.05), 4D CT로 영상을 획득하여 ITV를 설정한 경우가 선량이 높게 평가되었다.
- 유동표적을 대상으로 영상획득 방식에 따른 표적체적을 비교한 결과 3D CT보다 4D CT로 영상을 획득하여 체적을 설정하는 것이 더 정확하였다. 그리고 표적체적 정의에 따른 중심선량은 GTV보다 ITV가 더 높게 평가되었으며, 호흡 동조 방사선치료를 시행하는 것이 적용하지 않은 경우에 비해 우수하게 나타났다.
- 유동표적의 ITV 선량측정 결과는 처방선량 10 Gy, 15 Gy, 20 Gy에서 각각 10.82±0.29 Gy, 16.88±0.34 Gy, 21.90±1.03 Gy로 나타났다(Table 3).
- 88 Gy로 나타났다. 이 값들의 선량차이를 보고자 t-검정을 적용한 결과, 모든 그룹에 있어 유의수준(Significance Level) 0.05 미만으로 통계적 차이를 보이는 것으로 해석할 수 있었다.
후속연구
- 같은 맥락으로 미국의학물리학회에서는 호흡에 의해 움직이는 표적의 관리가 필요하다고 언급하였으며 표적의 정확한 영상 획득을 위한 방법으로 4D CT를 제시하였다8). 결론적으로 움직이는 종양의 경우 4D CT로 영상을 획득하는 것이 체적을 더 명확하게 정의함으로써 치료 효과비를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 하지만 실제 환자의 경우 호흡에 의한 움직임이 동일하지 않으며, 호흡 주기, 진폭 및 방향이 다양할 수 있다. 그러므로 추후 이런 가변적인 조건에 대한 실험과 함께 표적 주위 정상조직의 피폭 관련 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 3 cm3)의 약 90%로 나타났다. 하지만 이 결과는 2 mm의 두께로 영상을 획득할 경우 발생할 수 있는 오차 범위 안에 포함되므로, 더 세밀하게 영상을 획득한다면 실제 체적에 근접할 것으로 사료된다. 다음으로 유동표적을 3D CT로 획득한 결과는 실제 체적의 약 75%를 보였으며, 4D CT는 약 84%로 나타나며 더 우수한 경향성을 나타내었다.
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