생물 등효과 선량과 고 LET 방사선의 생물학적 효과

방사선 치료는 암 치료에 있어 중요한 역할을 수행하며, 다양한 방사선 종류와 치료 방법이 발전하고 있습니다. 특히, 생물 등효과 선량(biological isoeffect dose) 개념은 방사선 치료에서 정상 조직의 손상을 최소화하면서도 효과적으로 종양을 치료하기 위한 필수적인 요소로 자리 잡고 있습니다. 표준 분할조사법을 활용하여 방사선 조사의 총 선량을 결정하고, 치료 중에 발생할 수 있는 여러 변수에 대한 보정을 통해 환자 개개인에 맞춘 맞춤형 치료를 제공할 수 있습니다.

 

또한, 고 LET 방사선과 중성자선, 양자선과 같은 다양한 방사선 치료 방법들은 각각의 특성과 장점을 활용하여 종양에 대한 선택적 치료를 가능하게 합니다. 이러한 방사선의 조절과 최적화는 정상 조직에 대한 피해를 줄이고, 치료의 효과를 극대화하는 데 기여합니다. 본 서론에서는 방사선 치료의 기초 개념과 생물 등효과 선량의 중요성, 그리고 다양한 방사선 종류의 특징을 통해 현대 방사선 치료의 발전 방향을 살펴보겠습니다.

 

생물 등효과 선량과 고 LET 방사선의 생물학적 효과

 

생물 등효과 선량(biological isoeffect dose)

 

 

방사선 치료에서 정상조직에 가장 영향을 방법으로는 분할조사법이 있습니다. 환자가 치료로 견딜 수 없는 상태나 치료 중에 장치의 고장 등으로 방사선 조사를 중단하였을 때 표준 분할조사법으로 계산합니다. 이때 총조사선량을 결정하기 위해 생물 등효과 선량의 계산을 시행합니다. 이 계산법에는 Nominal Standard Dose (NSD), Time, Dose and Fractionation factor(TDF), Accumulative Radiation Effect(ARE)가 있으며, 이 계산법은 많은 시설에서 분할회수와 총조사 일수가 다를 때 조사선량을 지표화할 때 사용합니다.

 

 

부분 내용선량(partial tolerance: PT)

 

 

방사선 치료에 있어서 환자의 상태에 따라 치료를 중지해야 할 경우가 많습니다. 이 경우 사용하는 것이 부분 내용선량이며, 부분 내용선량의 장점으로는, 선량의 계산이 가능하다는 것입니다. 만약 치료계획이 어떤 요소로 인해 수정해야 할 경우, 수정 전후의 치료 선량 각각의 부분 내용선량을 계산하여, 치료의 전체효과를 결정할 수 있습니다.

 

 

분리 치료 코스(split-course regimens)

 

 

치료를 연속적으로 행하지 않고 휴지기간을 가지며 2개의 코스로 나누어 치료할 경우, 그 결과를 판정할 때, 제1코스에 해당하는 TDF값은 제2의 치료 코스가 시작할 때까지 줄어들기 때문에, 감소에 대해 보정하여 계산합니다.

 

 

고 LET 방사선의 생물학적 효과

 

 

방사선치료의 성적은 방사선 에너지의 증가와 더불어 상승합니다. 하지만 방사선의 투과력이 커서 병소 주위의 정상조직에도 방사선 장해가 많이 발생하며 X선이나 감마선에 대한 저항성 때문에 방사선 치료 후 종양의 재증식을 촉진합니다.

 

이런 단점을 해결하기 위해 고 LET 방사선을 투과합니다. 고 LET 방사선은 선량에 따라 다르지만, 특정 거리에서 가장 에너지를 많이 전달한 후 에너지 전달력이 떨어지는 성질을 갖고 있습니다. 이 특성을 이용해 종양이 있는 거리에서 최고 에너지가 전달되게끔 조절하여 방사선을 조사합니다.

 

양자선이나 중간자선 등의 고속 하전 입자선은 직접 전리방사선으로 입자선이 물질을 투과할 때 물질의 원자핵을 직접 붕괴하게 만들고, 붕괴로 인해 발생한 많은 종류의 이온입자가 그 비정을 따라서 2차 전자를 생성하기 때문에 고 LET 방사선이라 합니다.

 

 

중성자선(neutron beam)

 

 

중성자는 양자와 같은 질량을 가지며, 전기적으로는 중성인 입자로, 중성자 자체는 가속되지 않지만, 여러 장치를 이용해 가속해 사용합니다. 대표적으로 사이클로트론을 이용해 가속한 중양자나 양자를 베릴륨에 충돌하게 만드는 방법이나 원자로, 캘리포늄을 이용한 생성 방법이 있습니다. 보통 사이클로트론을 통해 생성된 중성자선을 치료에 많이 활용하며, 그중 양자를 통해 생성된 중성자선은 선량률이 낮지만, 고에너지의 중성자선은 만들 수 있는 장점이 있습니다.

 

중성자선 치료의 특징은 oxygen enhancement ratio(OER)가 낮다는 것입니다. 중성자선은 심부를 투과할수록 OER이 작아집니다. 또한 저에너지 영역의 중성자 선속 에너지가 증가하면 OER도 상승하지만, 고에너지 영역대의 중성자 선속 에너지가 증가하면 오히려 OER은 감소합니다. 그 이유는 저에너지 영역대의 중성자선은 탄성산란을 일으키며, 고에너지 영역대의 중성자선은 비탄성산란에 의한 포획반응이 나타나기 때문입니다.

 

 

양자선(proton beam)

 

 

양자선 치료 시 사용하는 양자선은 발생장치에서 생성된 다양한 선량 분포의 양자선들을 합성하여 사용합니다. 합성을 위해 5cm 두께의 납으로 된 여과판을 발생장치의 사출구에 삽입합니다.

 

장점으로는 여과판으로 선속을 조절할 수 있기에 전달하는 에너지가 최고점이 되는 영역을 선택할 수 있어서 복잡한 조사 면을 선택할 수 있고, 반 음영이 없으며 급격히 에너지가 떨어지기 때문에 정상 조직의 피해가 매우 적습니다. 또한 불균질 물체의 밀도 등에 대하여 선량을 보정하지 않아도 됩니다.

 

 

π-중간자선(negative π beam)

 

 

πㅡ중간자선속은 초기 에너지에 비례하여 비정이 증가하고 비정의 끝에서 전달되는 에너지가 최고가 된 후 전달하는 에너지가 급격히 떨어집니다. 따라서 정상조직에 피해를 거의 주지 않습니다.