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문제 정의
- 본 연구는 임상의 방사선치료시 처방선량과 치료기법에 따른 흡수선량을 움직이는 타깃을 대상으로 하여 비교 분석하였다.
- 이에 본 논문에서는 MCNPX 프로그램을 사용하여 움직이는 타깃(Target)이 조사야에서 벗어나는 정도에 따른 선량의 차이를 분석하고자 하였다. 이를 통해 실제 구동하는 타깃의 치료기법에 따른 선량을 측정 및 비교, 평가함으로써 움직이는 종양에 정확한 선량을 조사할 수 있는 기초자료를 제시하고자 한다.
- 이에 본 논문에서는 MCNPX 프로그램을 사용하여 움직이는 타깃(Target)이 조사야에서 벗어나는 정도에 따른 선량의 차이를 분석하고자 하였다.
제안 방법
- 다음으로 3D CRT와 IMRT의 처방선량에 따른 흡수선량을 비교하였다. 일반 분할조사와 같이 저선량의 경우에서는 3D CRT가 IMRT보다 처방선량에 더 가까운 값을 보였다.
- 동일하게 획득한 영상을 이용하여 치료계획을 수립하였다. 치료계획의 수립은 3D CRT와 IMRT 그리고 호흡동조 방사선치료(Respiratory Gated Radiation Ther apy, RGRT) 기법으로 설정하였다.
- 2와 같은 방식으로 재구성하여 선량을 측정하였으며, 0 mm부터 1 mm 단위로 이동하여 최대 20 mm까지 21개 구간을 각각 산출 하였다. 본 연구에서는 F6 tally를 이용하여 Me V/g 단위로 나타내었으며, 오차범위가 3% 이내가 되도록 109번 반복하여 모의실험을 진행하였다.
- 실제 제작된 타깃과 동일한 사이즈와 물성을 바탕으로 타깃을 모의 모사하였다. 이 타깃을 Fig.2와 같은 방식으로 재구성하여 선량을 측정하였으며, 0 mm부터 1 mm 단위로 이동하여 최대 20 mm까지 21개 구간을 각각 산출 하였다. 본 연구에서는 F6 tally를 이용하여 Me V/g 단위로 나타내었으며, 오차범위가 3% 이내가 되도록 109번 반복하여 모의실험을 진행하였다.
- 처방선량은 일반분할 조사부터 정위적 체부 방사선치료(Stereotactic Body Radiation Therapy, SBRT)까지 고려하여 2 Gy 단위로 설정하고, 2 Gy부터 20 Gy까지 10개의 치료계획을 수립하였다. 이렇게 수립된 계획을 이용하여 변동계수가 0.05로 유지될 수 있도록 각각 10 회씩 측정하여 비교 평가하였다.
- 이 때 처방선량은 10 Gy 단일로 하였다. 이렇게 수립된 치료계획으로 각각 10회씩 측정하였으며, 변동계수가 0.05 이하로 유지되도록 하였다.
- 제작된 타깃은 전산화 단층촬영기(SOMATOM Sensation OPEN, Siemens, Germany)로 영상을 획득하였으며, 타깃의 호흡주기 획득에는 RPM system(Real-Time Position Management system, Varian, USA)을 이용하였다. 이렇게 획득한 영상은 전산화치료계획시스템(Eclipse version 10.0, Varian, USA)으로 치료계획을 수립하였다. 선량측정은 PLD(GD-302M, Asashi Techno Glass, Japan)를 이용하였으며, 제원은 Table 1에 나타내었다.
- 제안점으로 본 연구는 치료기법에 따른 선량의 측정을 10 Gy 단일 선량으로 측정을 하였으며, RGRT에 있어서도 호흡주기 30~70% 단일 주기에 한하여 수행을 하였다. 하지만 임상에서는 환자의 병기 및 상태에 맞춰 다양한 선량을 처방하며, 호흡주기 또한 환자의 상황에 맞게 조절하여 치료를 수행한다.
- 처방선량은 일반분할 조사부터 정위적 체부 방사선치료(Stereotactic Body Radiation Therapy, SBRT)까지 고려하여 2 Gy 단위로 설정하고, 2 Gy부터 20 Gy까지 10개의 치료계획을 수립하였다.
- 획득한 영상은 전산화 치료계획시스템을 이용하여 체적을 설정하였으며, 설정된 체적에 Fig.3과 같이 5문(0°, 72°, 144°, 216°, 288°)으로 하여 3D CRT와 IMRT기법으로 치료계획을 각각 수립하였다.
대상 데이터
- 4D CT를 이용하여 유동 타깃을 2mm의 두께로 영상을 획득하였다. 획득한 영상은 전산화 치료계획시스템을 이용하여 체적을 설정하였으며, 설정된 체적에 Fig.
- [12] 타깃은 3D 프린터를 이용하여 연부조직의 밀도인 1.03 g/cm3와 유사한 1.04 g/cm3의 아크릴로니트릴(Acrylonitrile), 부타디엔(Butadiene), 스트렌(Styrene)의 합성물질인 ABS로 제작하였다.
- 0, Varian, USA)으로 치료계획을 수립하였다. 선량측정은 PLD(GD-302M, Asashi Techno Glass, Japan)를 이용하였으며, 제원은 Table 1에 나타내었다.
- 또한 타깃의 중앙에 유리선량계(Photoluminescence Glass Dosimeter, PLD)가 삽입될 수 있게 하였다. 제작된 타깃은 전산화 단층촬영기(SOMATOM Sensation OPEN, Siemens, Germany)로 영상을 획득하였으며, 타깃의 호흡주기 획득에는 RPM system(Real-Time Position Management system, Varian, USA)을 이용하였다. 이렇게 획득한 영상은 전산화치료계획시스템(Eclipse version 10.
데이터처리
- 모의모사는 MCNPX프로그램을 이용하여 구현하였다. 구동하는 타깃은 Fig.
이론/모형
- 3과 같이 5문(0°, 72°, 144°, 216°, 288°)으로 하여 3D CRT와 IMRT기법으로 치료계획을 각각 수립하였다. 이 때 IMRT기법의 경우 slding window 방식을 적용하였다. 처방선량은 일반분할 조사부터 정위적 체부 방사선치료(Stereotactic Body Radiation Therapy, SBRT)까지 고려하여 2 Gy 단위로 설정하고, 2 Gy부터 20 Gy까지 10개의 치료계획을 수립하였다.
- 동일하게 획득한 영상을 이용하여 치료계획을 수립하였다. 치료계획의 수립은 3D CRT와 IMRT 그리고 호흡동조 방사선치료(Respiratory Gated Radiation Ther apy, RGRT) 기법으로 설정하였다. IMRT의 경우 다엽 콜리메이터(Multi Leaf Colloimator, MLC)구동 방식에 따라 sliding window 방식과 step & shoot 방식으로 구분하였으며, RGRT는 Fig.
성능/효과
- IMRT의 step & shoot 방식이 sliding window 방식보다 흡수선량이 약 3% 높은 것으로 나타났다.
- IMRT의 결과는 2 Gy에서 1.75 Gy를 보이며 처방선량 대비 87.92%로 가장 낮은 값을 나타냈으며, 16 Gy에서는 16.90 Gy로 105.64%의 비율을 보이며 처방선량 대비 가장 높은 값을 보였다. 그리고 가장 높은 처방선량인 20 Gy에서는 19.
- 20E-08 MeV/g으로 나타났다. 결과적으로 Fig.5와 같이 1 mm씩 벗어날수록 1.30%에서 2.67%까지 감소하며, 20 mm가 벗어날 시 선량이 45.22% 감소하는 결과를 나타내었다.
- 타깃의 움직임으로 인해 조사야를 벗어나는 정도에 따른 선량을 모의모사한 결과, 벗어나는 거리에 비례하여 선량이 감소하는 것을 알 수 있었다. 그리고 움직이는 타깃을 대상으로 처방선량에 따른 결과는 저선량에서는 3D CRT가 그리고 대선량에서는 IMRT가 선량을 더 집속시키는 것으로 나타났다. 또한 치료기법에 따라서는 3D CRT가 가장 높은 선량을 보였다.
- 하지만 방사선치료에 있어서 정상 조직에 들어가는 선량의 감소 방안은 항상 뒷받침되어야 한다. 따라서 움직이는 종양을 치료함에 있어서 정상조직 보호효과가 더 큰 RGRT 방식이 더 적합할 것으로 사료된다.
- 12%를 나타내었다. 또한 Fig.6에서와 같이 10 Gy에서 10.63 Gy를 나타내며 처방선량의 106.34%로 가장 높은 값을 보였으며, 20 Gy에서는 19.20 Gy로 처방선량의 96.01%를 보이며 가장 낮은 값을 나타냈다.
- 그리고 움직이는 타깃을 대상으로 처방선량에 따른 결과는 저선량에서는 3D CRT가 그리고 대선량에서는 IMRT가 선량을 더 집속시키는 것으로 나타났다. 또한 치료기법에 따라서는 3D CRT가 가장 높은 선량을 보였다.
- 본 연구결과를 토대로 움직이는 종양을 치료하는 경우, 일반분할 치료와 같은 저선량에 있어서는 3D CRT가 흡수선량이 더 높게 나타났으며, SBRT와 같은 대선량에 있어서는 IMRT가 더 우수함을 알 수 있었다. 또한 치료기법에 있어서는 3D CRT에서 중심선량이 가장 높게 집속되었다. 하지만 방사선치료에 있어서 정상 조직에 들어가는 선량의 감소 방안은 항상 뒷받침되어야 한다.
- 먼저 호흡 또는 내부 장기의 움직임에 의해 조사야에서 벗어나는 정도에 따른 선량의 모의모사 결과, 조사야에서 이격될수록 급격한 감소를 이루었다. 이러한 경향성은 선형가속기(Linear accelerator, LINAC)의 빔가장자리(Penumbra region)의 경우 빔 축으로부터 측면 거리에 위치하기 때문에 급격한 선량률 감소를 보인 것으로 판단된다.
- 본 연구결과를 토대로 움직이는 종양을 치료하는 경우, 일반분할 치료와 같은 저선량에 있어서는 3D CRT가 흡수선량이 더 높게 나타났으며, SBRT와 같은 대선량에 있어서는 IMRT가 더 우수함을 알 수 있었다. 또한 치료기법에 있어서는 3D CRT에서 중심선량이 가장 높게 집속되었다.
- 움직이는 타깃을 대상으로 치료기법에 따른 선량을 비교한 결과 3D CRT가 가장 높은 선량을 보였다. 이후 RGRT, IMRT기법의 step & shoot방식의 순으로 나타났으며, sliding window 방식이 가장 낮은 선량을 보였다.
- 이후 RGRT, IMRT기법의 step & shoot방식의 순으로 나타났으며, sliding window 방식이 가장 낮은 선량을 보였다.
- 타깃의 움직임으로 인해 조사야를 벗어나는 정도에 따른 선량을 모의모사한 결과, 벗어나는 거리에 비례하여 선량이 감소하는 것을 알 수 있었다. 그리고 움직이는 타깃을 대상으로 처방선량에 따른 결과는 저선량에서는 3D CRT가 그리고 대선량에서는 IMRT가 선량을 더 집속시키는 것으로 나타났다.
후속연구
- 하지만 임상에서는 환자의 병기 및 상태에 맞춰 다양한 선량을 처방하며, 호흡주기 또한 환자의 상황에 맞게 조절하여 치료를 수행한다. 그러므로 추후에는 이런 여러 조건에 대한 개별적인 실험과 함께 정상 조직에 대한 피폭 관련 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 더불어 정상조직을 보호하는 것 또한 필수불가결한 요소이다. 따라서 방사선치료에 앞서 종양에 선량을 집중함과 동시에 정상조직을 보호하여 치료가능비를 높일 수 있는 적절한 치료기법의 선택이 필요할 것이다.
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