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문제 정의
- 최신 선형가속기 VitalBeamTM(Varian Medical System, USA)에서 제공하는 Jaw-Tracking 기법은 Jaw가 MLC의 끝부분을 실시간으로 따라감으로써 MLC의 누설 및 투과선량을 최소화 할 수 있는 기법이다.(14) 본 연구에서는 식도암 방사선치료 시 IMRT와 VMAT 치료계획에서 JawTracking(이하 JT) 기법을 적용하였을 때와 적용하지 않았을 때 Non-Jaw-Tracking(이하 NJT)일 때 저 선량영역에 대한 차폐와 폐를 포함한 주변 정상장기의 용적선량을 분석하여 유용성을 평가해보고자 한다.
제안 방법
- 또한 V5, V10이 방사선폐렴에 미치는 영향에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.(16-18) 본 연구에서는 양측 폐와 심장, 척수에 대해 치료계획 및 조사범위를 기준으로 비교군을 나누어 선량평가를 실시하였다. IMRT는 양측 폐에서 V5가 JT 기법을 사용했을 때 Celiac이 포함된 조사범위에서 평균 8.
- 27명의 환자를 IMRT와 VMAT로 전산화치료계획을 수립하고 JT 기법과 NJT 기법으로 나누어 평가하였다. IMRT 전산화치료계획의 임상적용 검증을 위해 가장 많이 사용하는 Portal Dosimetry를 시행하였다.
- 27명의 환자를 IMRT와 VMAT로 전산화치료계획을 수립하고 JT 기법과 NJT 기법으로 나누어 평가하였다. IMRT 전산화치료계획의 임상적용 검증을 위해 가장 많이 사용하는 Portal Dosimetry를 시행하였다. VitalBeamTM에 장착된 전자포탈영상장치(Electronic Portal Imaging Device, EPID)를 이용하여 진행하였으며(Fig.
- IMRT, VMAT을 JT의 적용 유·무에 따라 EPID를 이용하여 Portal Dosimetry를 시행한 후 측정값을 확인하였다.
- IMRT, VMAT을 복강(Celiac) 포함 여부 및 JT의 적용에 따라 비교군을 나누어 손상위험장기에 대해 분석하였고, 양측 폐, 심장, 척수에 대한 손상위험장기 체적 및 Dmax, Dmean의 평균, 표준편차, 최대, 최소값을 산출하였다(Fig. 4). IMRT에서 양측 폐는 V5, V10, V20, V30에서 JT을 사용하였을 시 모두 감소하였으며, Dmean은 Celiac 포함 시 평균 104 cGy, Celiac 미포함 시 평균 70 cGy 감소하였다.
- IMRT와 VMAT은 0.5 cm의 Target Margin과 10 MV 에너지를 사용하고, 600 MU/min 선량률로 IMRT는 Gantry Angle은 7∼9개의 치료각도를 사용하였고, VMAT은 양측방향의 회전각 80°를 제외한 (50°∼130°, 230°∼310°) 2개의 Arc를 이용하여 치료계획을 수립하였다.
- PTV는 SCL을 포함하고, Celiac의 포함여부에 따른 조사범위를 변수로 설정하였으며, 주변 정상 장기는 양측 폐, 심장, 척수로 설정하였다. JT 기법을 적용한 치료계획과 NJT 기법으로 치료계획을 세우기 위하여 인위적으로 MAT LAB(MathWorks, U.S.A)을 사용하여 TV(Target Volume)에 0.5 cm Margin으로 Jaw를 고정하여 NJT 기법의 치료계획을 수립하였다.
- PTV의 처방선량은 총 선량 5000 cGy, 25회 분할치료로 PTV의 95 %를 처방선량 100 %가 포함할 수 있게 하였고, 표적용적의 크기와 모양을 충분히 포함시키고 정상장기를 최대한 보호할 수 있도록 하였다. PTV는 SCL을 포함하고, Celiac의 포함여부에 따른 조사범위를 변수로 설정하였으며, 주변 정상 장기는 양측 폐, 심장, 척수로 설정하였다. JT 기법을 적용한 치료계획과 NJT 기법으로 치료계획을 세우기 위하여 인위적으로 MAT LAB(MathWorks, U.
- VMAT과 IMRT 전산화치료계획에서 선량균질지수(HI)와 처방선량지수(CI)를 계산하였다. VMAT에서의 JT에서 선량균질지수는 평균 0.
- IMRT 전산화치료계획의 임상적용 검증을 위해 가장 많이 사용하는 Portal Dosimetry를 시행하였다. VitalBeamTM에 장착된 전자포탈영상장치(Electronic Portal Imaging Device, EPID)를 이용하여 진행하였으며(Fig. 1), 3 mm /3 %, Gamma pass rate 95 % 기준으로 평가하였다. 또한 저 선량 영역의 임계치(Threshold)를 10 %, 5 %, 0 %로 매개변수를 설정하여 분석하였다(Fig.
- 각 환자는 GE Discovery CT590을 이용하여 2.5 mmslice로 기관 분기부(Tracheal bifurcation)를 중심으로 안와 밑에서부터 엉덩뼈의 시작지점까지 촬영하였다. 전산화치료계획은 Eclipse(Treatment Planning System, Version 13.
- 1), 3 mm /3 %, Gamma pass rate 95 % 기준으로 평가하였다. 또한 저 선량 영역의 임계치(Threshold)를 10 %, 5 %, 0 %로 매개변수를 설정하여 분석하였다(Fig. 2).
- 손상위험장기의 평가대상으로는 양측 폐, 심장, 척수를 선정하였으며, 선정한 평가대상의 선량평가지표로 양측 폐는 Dmean, V5, V10, V20, V30을 평가하였으며, 심장은 Dmean, V10, V20, V30을 평가하였다. 척수는 Dmax를 평가하였다.
대상 데이터
- 에서 식도암 방사선치료를 받은 27명의 환자를 대상으로 하였으며, 모든 환자는 IMRT와 VMAT으로 전산화치료계획되었다. 복강(Celiac)의 포함 여부에 따라 조사범위에 대한 기준을 나누었고, 환자의 치료체적에 SCL이 포함되는 T자모양의 치료계획용적을 가진 환자를 대상으로 하였다(Table 1).
- 본원에서 2018년 6월부터 2019년 2월까지 선형가속기 VitalBeamTM에서 식도암 방사선치료를 받은 27명의 환자를 대상으로 하였으며, 모든 환자는 IMRT와 VMAT으로 전산화치료계획되었다. 복강(Celiac)의 포함 여부에 따라 조사범위에 대한 기준을 나누었고, 환자의 치료체적에 SCL이 포함되는 T자모양의 치료계획용적을 가진 환자를 대상으로 하였다(Table 1).
데이터처리
- 85 cGy로 NJT와 차이가 없었다. 두 치료계획의 선량평가 차이유의를 위해 t-검정을 실시하여 p-value를 구하였으며, VMAT에서 심장의 V20을 제외하고 모두 유의수준 0.05 이하였다(Table 3).
- 을 평가하였다. 척수는 Dmax를 평가하였다.
이론/모형
- JT 기법과 NJT 기법의 손상위험장기(Organ at Risk, OAR)를 평가하기 위하여 전산화치료계획 평가도구인 선량체적용적(Dose Volume Histogram, DVH)을 이용하였다.
- 5 mmslice로 기관 분기부(Tracheal bifurcation)를 중심으로 안와 밑에서부터 엉덩뼈의 시작지점까지 촬영하였다. 전산화치료계획은 Eclipse(Treatment Planning System, Version 13.6, Varian, U.S.A)를 통해 수립되었으며, 모든 환자의 선량계산은 AAA(Anisotropic Analytic Algorithm, Version 13.6) 알고리즘을 이용하였다. IMRT와 VMAT은 0.
- 표적의 선량평가를 위해 국제방사선단위측정위원회(International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU) 보고서 62를 기준으로 치료계획용적의 평가지표인 선량균질지수(Homogeneity Index, HI)[식 1]와 처방선량지수(Conformity Index, CI)[식 2] 를 JT 기법과 NJT 기법의 전산화치료계획을 이용하여 각각 구하였다.
성능/효과
- (16-18) 본 연구에서는 양측 폐와 심장, 척수에 대해 치료계획 및 조사범위를 기준으로 비교군을 나누어 선량평가를 실시하였다. IMRT는 양측 폐에서 V5가 JT 기법을 사용했을 때 Celiac이 포함된 조사범위에서 평균 8.7 %로 감소하였지만, VMAT의 경우에는 평균 2 % 감소하는 것으로 나타났다. 양측 폐와 심장의 Dmean, 척수의 Dmax는 JT 사용 시 IMRT와 VMAT 모두 감소하였다.
- 4). IMRT에서 양측 폐는 V5, V10, V20, V30에서 JT을 사용하였을 시 모두 감소하였으며, Dmean은 Celiac 포함 시 평균 104 cGy, Celiac 미포함 시 평균 70 cGy 감소하였다. V5는 최대 14.
- 4 cGy만큼 감소하였다. IMRT에서 척수는 JT에서 Dmax 평균 4230.64 cGy이며, NJT에 비해 19.1 cGy 감소하였지만 큰 차이를 보이진 않았다. VMAT에서 척수는 JT에서 Dmax 4396.
- 0025 차이가 있었다. IMRT에서의 선량균질지수는 JT 평균 0.9162, NJT0.9161로 0.012의 차이가 있고, 처방선량지수는 JT 평균 1.1121, NJT 1.1123으로 평균 0.002로 두 치료계획 모두 큰 차이가 없었다(Table 4).
- 양측 폐와 심장의 Dmean, 척수의 Dmax는 JT 사용 시 IMRT와 VMAT 모두 감소하였다. JT과 NJT의 Threshold를 통한 비교에서도 IMRT에서 JT 사용 시 NJT보다 10 %, 5 %, 0 % Threshold에서 감마통과율이 높았으며 저 선량영역을 포함한 Threshold 0%의 경우 1 % 이상의 차이가 나타났다. VMAT는 본 연구의 전반적인 평가에서 IMRT에 비해 JT 기법으로 인한 영향이 낮게 나타났는데 이는 IMRT에 비해 MU가 평균 3배이하로 적게 조사되어 방사선 조사시간이 짧고, IMRT는 미닫이창 조사기법(Sliding window)으로 MLC가 구동되어 Jaw가 치료영역 처음부터 끝까지 닫히면서 치료되지만, VMAT은 T자형 PTV로 인해 SCL에 치료영역이 남아있는 경우 JT 기법을 사용했음에도 Jaw가 열려있는 상태에서 치료되기 때문에 Jaw의 움직임이 IMRT에 비해 크지 않았다.
- 5 cm의 Target Margin과 10 MV 에너지를 사용하고, 600 MU/min 선량률로 IMRT는 Gantry Angle은 7∼9개의 치료각도를 사용하였고, VMAT은 양측방향의 회전각 80°를 제외한 (50°∼130°, 230°∼310°) 2개의 Arc를 이용하여 치료계획을 수립하였다. PTV의 처방선량은 총 선량 5000 cGy, 25회 분할치료로 PTV의 95 %를 처방선량 100 %가 포함할 수 있게 하였고, 표적용적의 크기와 모양을 충분히 포함시키고 정상장기를 최대한 보호할 수 있도록 하였다. PTV는 SCL을 포함하고, Celiac의 포함여부에 따른 조사범위를 변수로 설정하였으며, 주변 정상 장기는 양측 폐, 심장, 척수로 설정하였다.
- JT과 NJT의 Threshold를 통한 비교에서도 IMRT에서 JT 사용 시 NJT보다 10 %, 5 %, 0 % Threshold에서 감마통과율이 높았으며 저 선량영역을 포함한 Threshold 0%의 경우 1 % 이상의 차이가 나타났다. VMAT는 본 연구의 전반적인 평가에서 IMRT에 비해 JT 기법으로 인한 영향이 낮게 나타났는데 이는 IMRT에 비해 MU가 평균 3배이하로 적게 조사되어 방사선 조사시간이 짧고, IMRT는 미닫이창 조사기법(Sliding window)으로 MLC가 구동되어 Jaw가 치료영역 처음부터 끝까지 닫히면서 치료되지만, VMAT은 T자형 PTV로 인해 SCL에 치료영역이 남아있는 경우 JT 기법을 사용했음에도 Jaw가 열려있는 상태에서 치료되기 때문에 Jaw의 움직임이 IMRT에 비해 크지 않았다. 또한 Portal Dosimetry에서 IMRT에 비해 JT 기법의 적용 유·무에 따른 에너지 분포 차이가 크지 않았다.
- VMAT과 IMRT 전산화치료계획에서 선량균질지수(HI)와 처방선량지수(CI)를 계산하였다. VMAT에서의 JT에서 선량균질지수는 평균 0.9011이고, NJT는 평균 0.9032로 0.0072의 평균적인 차이가 있었으며, 처방선량지수는 JT에서 평균 1.1532, NJT에서 평균 1.1548로 0.0025 차이가 있었다. IMRT에서의 선량균질지수는 JT 평균 0.
- VMAT은 JT을 사용했을 때 양측 폐에서 V5는 평균 1.9±0.43 %로 가장 차이가 컸고, 조사범위가 클수록 차이가 증가하였으며, 심장을 포함한 나머지 비교항목에서는 1 % 미만의 차이를 보였다.
- 89 %였다. VMAT은 Threshold 10 %에서 JT 99.34 %, NJT 99.3 %, Threshold 5 %에서 JT 99.33 %, NJT 99.3 %, Threshold0 %에서는 97.37 %로 동일했다. 모든 치료계획은 실제 치료시 분석에 사용되는 Threshold 10 %에서는 3 mm / 3 %, 감마통과율 95 % 이상으로 통과하였다(Table 2, Fig.
- IMRT, VMAT을 JT의 적용 유·무에 따라 EPID를 이용하여 Portal Dosimetry를 시행한 후 측정값을 확인하였다. 각 치료계획의 Threshold 10 %, 5 %, 0 %에서 감마통과율의 최대값은 모두 100 %이고, IMRT에서 평균값으로 Threshold 10 %의 JT 99.78 %, NJT 99.39 %이고, Threshold 5 %에서는 JT 99.71 %, NJT 98.45 %였다. Threshold 0 %에서는 JT 97.
- 에서 유의미한 선량감소가 이루어졌고, Y축 방향으로 조사범위가 클수록 저 선량영역에 대한 선량감소가 증가했다. 따라서 식도암은 IMRT가 VMAT보다 JT으로 인한 저 선량영역의 정상장기 보호에 더 유리하다는 것을 알 수 있으며, 식도암 방사선치료 이외에도 저 선량영역의 방사선 부작용에 대한 민감도가 높은 손상위험장기가 포함된 치료 부위나 조사범위가 넓어 MLC와 Jaw의 작동반경이 클 것이라고 예상되는 부위에는 JT 기법이 치료부작용 감소에 유리할 것으로 사료된다.
- 모든 치료계획은 실제 치료시 분석에 사용되는 Threshold 10 %에서는 3 mm / 3 %, 감마통과율 95 % 이상으로 통과하였다(Table 2, Fig. 3).
- 본 연구에서는 식도암 방사선치료에서 IMRT가 VMAT보다 JT 사용 시 폐의 V5, V10에서 유의미한 선량감소가 이루어졌고, Y축 방향으로 조사범위가 클수록 저 선량영역에 대한 선량감소가 증가했다. 따라서 식도암은 IMRT가 VMAT보다 JT으로 인한 저 선량영역의 정상장기 보호에 더 유리하다는 것을 알 수 있으며, 식도암 방사선치료 이외에도 저 선량영역의 방사선 부작용에 대한 민감도가 높은 손상위험장기가 포함된 치료 부위나 조사범위가 넓어 MLC와 Jaw의 작동반경이 클 것이라고 예상되는 부위에는 JT 기법이 치료부작용 감소에 유리할 것으로 사료된다.
- 심장은 V10은 JT을 사용했을 때 평균 1.3±0.9 %만큼 감소하였으며, Celiac 포함 시 조사범위에서 V20 평균 3.7±1.5 %, V30 평균 1.71±1.1 %로 V10에 비해 차이가 커졌다.
- 양측 폐는 JT 사용 시 평균 Dmean 22.79±8.4 cGy만큼 NJT보다 감소하였다.
- 7 %로 감소하였지만, VMAT의 경우에는 평균 2 % 감소하는 것으로 나타났다. 양측 폐와 심장의 Dmean, 척수의 Dmax는 JT 사용 시 IMRT와 VMAT 모두 감소하였다. JT과 NJT의 Threshold를 통한 비교에서도 IMRT에서 JT 사용 시 NJT보다 10 %, 5 %, 0 % Threshold에서 감마통과율이 높았으며 저 선량영역을 포함한 Threshold 0%의 경우 1 % 이상의 차이가 나타났다.
- 3D-CRT에서 IMRT, IGRT로 치료기술이 발전하였고, 현재는 MU가 적고 치료시간이 짧은 장점이 있는 VMAT을 여러 치료 부위에 적용하여 사용하고 있다. 치료계획용적이 큰 식도암의 경우 기존에 사용되던 3D-CRT 및 NJT IMRT는 SCL을 포함한 T자형 식도암의 경우 MLC로부터의 누설 및 투과선량으로 인하여 폐의 저 선량 영역에 대한 용적선량이 높았으나, JT기법을 적용한 IMRT 및 VMAT은 MLC로부터의 누설 및 투과선량으로 인한 정상장기의 부작용 발생 위험도를 줄일 수 있을 것이다.(15) Normal Tissue Effects에 관한 QUANTEC 보고서 및 RTOG에 V20 < 30 %, Mean Dose 20 Gy에 대해 방사선 폐렴의 발병률이 증가하는 중요 지표라고 보고되었다.
후속연구
- 방사선폐렴을 발생시킬 수 있는 인자인 V5, V10, V20, Dmean의 경우 발병률 증가와 밀접한 연관이 있으므로,(10-13) 식도암 방사선치료의 경우 저 선량 영역의 용적선량을 증가시키는 방사선의 누설과 투과를 특히 고려해야 할 것이다. 또한, 빗장위림프절(Supraclavicular Lymph Nodes, SCL)을 포함하는 T자형 조사범위에서의 저 선량영역에 대한 영향이 더욱 클 것이라고 판단된다.
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