심부선량 계산

심부선량 계산은 방사선 치료에서 조직 내 흡수 선량을 정확하게 측정하기 위해 필요한 과정입니다. 이 과정에서 보통 사용하는 방법은 PDD(선량 백분율)와 TAR(조직-공기 중 선량 비)가 있지만, 실제로는 거의 사용하지 않습니다. 따라서 SAD 치료를 위해서는 여러 보정값을 이용하여 정확한 선량을 계산하여 방사선 치료의 효과를 극대화하고 부작용을 최소화합니다. 이 글에선 심부선량 계산을 위한 여러 보정 값에 대해 알아보겠습니다.

 

심부선량계산

 

콜리메이터 산란계수 (Sc)

 

 

콜리메이터 산란계수는 조사면의 크기에 따른 공기 중의 산란 선량 변화를 나타냅니다. 이 값은 보통 10x10 cm²를 기준으로 하며, 조사면이 커지면 산란 선량이 증가하고, 작아지면 감소하는 경향이 있습니다. 콜리메이터 산란계수는 SAD를 일정하게 유지하며 측정되며, 방사선 치료 시 매우 중요한 요소입니다.

 

 

팬텀 산란계수 (Sp)

 

 

팬텀 산란계수는 조직 내에서 기준 깊이에서의 산란 선량 변화를 나타내며, 역시 10x10 cm²를 기준으로 합니다. 이 값은 조사면의 크기가 변할 때의 영향을 고려하여 산출됩니다. 조사면이 커지면 팬텀 산란계수는 증가하고, 작아지면 감소하게 됩니다. 팬텀 산란계수는 콜리메이터-팬텀 산란계수와 함께 사용될 수 있으며, 이는 SAD 치료의 정확성을 높이는 데 기여합니다.

 

 

조직-최대선량 비 (TMR)

 

 

고 에너지 광자선의 경우, 공기 중-조직 흡수선량을 측정하기 위해 이온함에 build-up cap을 장착해야 합니다. 예를 들어, 10 MV X선의 경우 약 2.5cm의 build-up 깊이가 필요합니다. 이러한 build-up cap은 1차 광자선의 흡수와 산란에 영향을 미치므로, 고에너지 광자선에서는 조직-공기 중 선량비 대신 조직-최대 선량비를 사용하여 흡수선량을 계산하는 것이 일반적입니다. 이는 방사선 치료의 정확성을 높이는 데 필수적입니다.

 

 

조직-팬텀선량 비 (TPR)

 

 

TPR은 SAD와 조사면이 일정할 때, 특정 지점의 흡수선량을 기준 깊이의 흡수선량으로 나눈 값을 의미합니다. 기준 깊이가 최대선량점일 경우 TPR은 TMR과 동일해집니다. TPR을 통해 특정 깊이에서의 선량을 더욱 정확하게 평가할 수 있습니다.

 

 

산란-최대선량 비 (SMR)

 

 

SMR은 매질 내 최대선량점에서 발생하는 산란선의 양을 계산하기 위해 사용됩니다. 부정형 치료 조사면에서의 기준점과 지정 지점에서의 거리 및 최대 깊이에 따른 산란선과 1차 방사선의 비율을 나타냅니다. SMR은 같은 선원 회전축 거리(SAD)에서 발생하는 산란선량과 매질의 특정 지점에서 발생하는 산란선량의 비율로 계산됩니다. 이를 통해 비정형 조사면에서도 선량 계산을 용이하게 할 수 있습니다.

 

 

클락슨법(Clarkson method)

 

 

클락슨법(Clarkson method)은 부정형 조사면에서 심부선량을 계산하는 방법입니다. 이 방법은 1차선량과 산란선량으로 나누어 심부선량을 구합니다.

 

 

• 1차선량(P): 조사면의 중심에서 특정 깊이(d)에서의 선량을 나타내며, TAR(대칭 선량 비율) 또는 TMR(심부 선량 비율)로 계산됩니다.

 

• 산란선량(SAR): 조사면에 입사하는 방사선의 원추를 고려하여, 조사면의 각 점(A, B, C, D, E, F)에서 산란선량을 계산합니다. 각 점에서의 산란함수는 깊이(d), 선원-표면간 거리(F), 에너지(E)에 따라 달라집니다.

 

• 심부선량 계산: 점 Q에서의 선량은 1차선량 성분과 평균 산란선량의 합으로 계산됩니다. 여기서 평균 산란선량은 조사면의 외주를 n개의 등각도로 나누어 각 점에서의 산란선량을 평균하여 구합니다.

 

 

따라서 클락슨법을 사용하면 부정형 조사면에서 특정 깊이에서의 심부선량을 효과적으로 계산할 수 있습니다.

 

 

축외 선량비(off-axis ratio, OAR)

 

 

축외 선량비(off-axis ratio, OAR)는 중심축 이외의 위치에서 심부선량을 계산하는 데 사용되는 지표입니다. 이는 특정 깊이(d)에서 중심축에서의 선량(X)과 축외 위치에서의 선량(Y)의 비율로 정의합니다.

 

 

• 정의: OAR은 축외 위치에서의 흡수선량과 중심축상의 흡수선량의 비율로 나타내며, 치료 깊이에서 중심축에 대한 선량 비율로 표현됩니다.

 

• 영향 요인: OAR은 중심축에서의 거리, 선원의 크기, 콜리메이터의 형태, 평탄 여과판의 형태에 따라 크게 영향을 받습니다. 같은 깊이에서는 조사면의 크기와 무관하지만, 같은 조사면에서 깊이에 따라 값이 조금 달라질 수 있습니다.

 

• 축외 선량비의 중요성: 콜리메이터의 위치가 변경됨에 따라 치료 위치가 중심축 외에 있을 수 있어 OAR의 개념이 중요해졌습니다. 이는 치료 시 정확한 선량 계산을 위해 필요합니다.

 

 

결론적으로, OAR은 비대칭적인 조사면에서 심부선량을 정확하게 평가하기 위한 중요한 도구입니다.

 

 

 

불균질 물질의 선량보정

 

 

 

심부선량 계산은 주로 물이나 고체팬텀을 이용하여 이루어지며, 인체의 다양한 조직은 밀도와 원자번호가 다르기 때문에 방사선 치료계획 시 선량 보정이 필요합니다. 주요 조직으로는 폐, 공동 기관, 지방조직, 골 등이 있으며, 이들 각각은 심부선량 계산에 영향을 미칩니다.

 

• 폐조직의 보정: 폐조직은 밀도가 변동하며, 치료계획에서 선량 보정이 없으면 표적 흡수선량이 과대해져 건강한 조직에 심각한 방사선 피해를 줄 수 있습니다. 폐 조직의 밀도는 호흡 상태와 연령에 따라 달라지므로, 치료계획 시 반드시 고려해야 합니다.

 

• 폐 보정의 계산법: 폐의 밀도와 두께를 고려하여 물등가물질로 환산한 두께를 사용해 선량을 계산합니다. TAR법과 실효감약법을 통해 보정계수를 구하며, 불균질물질의 두께에 따라 선량 보정이 이루어집니다. 위치 보정계수를 곱해 계산 정확도를 높일 수 있습니다.

 

• 등선량곡선 이동법: 불균질물질의 두께에 따라 등선량곡선을 이동시켜 심부의 선량을 조정하는 방법입니다. 이 방법은 물보다 밀도가 낮은 물질에 대해 심부 방향으로 이동시키고, 특정 값에 따라 이동 거리를 계산합니다.

 

 

Batho법

 

 

TAR법을 기반으로 한 추가 방법으로, 불균질물질 내에서의 선량 계산 보정이 가능합니다. 여러 방법을 비교한 결과, Batho법이 실측치와 가장 일치하는 것으로 나타났습니다.

 

 

입사면 경사의 영향에 대한 선량 보정

 

 

앞서 설명드린 심부선량 계산 방법은 광자선의 중심축이 팬텀 표면에 수직으로 입사하는 경우에 해당합니다. 그러나 실제로 치료할 때는 선속 중심축이 피부표면에 대해 기울어진 상태로 입사하는 경우가 종종 발생합니다. 이러한 경우, 특정 깊이에서의 흡수량이나 등선량곡선은 수직 입사와 다르게 나타나므로, 이에 대한 보정이 필요합니다.  이때 보정 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.

 

 

TAR법

 

\기울어진 피부면에 대해 선량을 보정하는 데 사용됩니다. 기울어진 피부면에 수평면이 직각으로 입사할 때, 피부면과의 거리를 고려하여 선량을 계산합니다. 이때, 피부면까지의 거리와 선량 보정은 TAR 비율을 이용하여 이루어지며, 특정 거리 d와 d+1에 대한 계산이 필요합니다. 이 방법은 비교적 간단하게 적용할 수 있으며, 임상에서 자주 사용됩니다.

 

 

SSD법

 

 

선량 보정을 위해 공기층 h만큼의 거리를 고려합니다. 거리역자승법을 통해 보정을 수행하며, 보정식은 선원 표면과의 거리, 기준 깊이를 포함합니다. 이 방법은 선량을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 도와주며, 기울어진 피부면에서도 효과적으로 적용할 수 있습니다.

 

 

등선량곡선 시프트법

 

 

경사진 피부표면에서의 선량 보정을 위해 사용됩니다. 선속 중심축과의 관계를 고려하여 air gap과 조직 증가 부위에서의 이동을 반영합니다. 이때, k값이라는 교정계수를 사용하여 각 grid line에 따른 보정을 수행하게 됩니다. 이 방법은 빠르고 유효하지만, 정확성 면에서 약간의 오차가 발생할 수 있습니다. 따라서, 임상에서 사용할 때에는 이러한 점을 유념해야 합니다.

 

 

기타 선량 보정

 

 

방사선 치료에서 정확한 선량 전달은 치료 효과를 극대화하고 부작용을 최소화하는 데 매우 중요합니다. 이를 위해 다양한 선량 보정 방법이 사용되며, 그 방법에는 쐐기 필터 보정, 섀도우 트레이 보정, 볼루스, 보상 필터가 있습니다. 이에 대해 알아보겠습니다.

 

 

쐐기 필터 보정

 

 

쐐기 필터를 사용하여 방사선을 조사할 때, 필터가 선속 내에 삽입되어 1차 선속이 감약되므로 출력(흡수) 선량을 보정해야 합니다. 이 보정치를 쐐기 필터 보정계수라고 하며, 이는 특정 깊이에서 쐐기 필터가 있을 때와 없을 때의 흡수 선량 비율로 계산됩니다.

 

쐐기 필터는 사용 방법에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 개별 쐐기 시스템으로, 쐐기의 얇은 쪽을 조사면의 한쪽에 맞추는 방식입니다. 두 번째는 유니버설 쐐기 시스템으로, 쐐기의 중앙을 중심선과 일치시키는 방법입니다. 또한, 실제 쐐기 필터를 사용하는 하드(물리적) 쐐기와 가상으로 쐐기 모양을 만들어 사용하는 다이나믹 쐐기로 구분됩니다.

 

 

섀도우 트레이 보정

 

 

섀도우 트레이를 사용할 때, 차폐물로 조사면을 차폐하게 되므로 1차 선속이 감약됩니다. 이 보정값은 섀도우 트레이 보정계수로, 물 또는 폴리스틸렌 팬텀의 기준 깊이에 이온함을 설치한 후, 섀도우 트레이가 있을 때와 없을 때의 흡수 선량 비율로 계산됩니다.

 

 

볼루스

 

 

고 에너지 광자선 치료 시 최대 선량점이 체표면이 아닌 전자 평형 지점에서 발생합니다. 종양이 피부 쪽에 위치할 경우, 볼루스라는 조직등가물질을 사용하여 피부 쪽에 더 많은 선량 분포를 형성합니다. 볼루스를 이용하면 표적 영역에 균등한 선량 분포를 제공하지만, 고 에너지 광자선의 피부 보호 효과를 상실하여 표면 선량이 증가할 수 있습니다. 주로 피부암이나 표재성 암 치료 시 활용됩니다.

 

 

보상 필터

 

 

고 에너지 광자선 치료에서 체표면에 굴곡이 있을 경우, 선량 분포가 균등하게 형성되지 않기 때문에 보상 필터를 사용하여 조직의 얇은 부분을 보상합니다. 보상 필터는 광자선과의 작용으로 발생하는 산란선이 피부에 영향을 줄 수 있으므로, 피부 표면과 일정한 거리를 두고 사용해야 합니다. 3차원적인 보상을 위해 3차원 보상 필터도 사용되며, 보상 필터는 산란선 방출을 줄이기 위해 일반적으로 납, 구리, 파라핀 등의 고원자번호 물질로 제작됩니다.

 

 

선량계산

 

 

선량계산은 각 기관 및 병원에서 보유한 방사선 발생 장치를 이용하여 종양 부위에 정확한 치료계획 선량을 조사하기 위한 연산 방식을 의미합니다. 선량계산 방법은 치료기법이나 방사선 출력의 검교정 차이로 인해 병원마다 약간의 차이가 있을 수 있습니다. 예를 들어, 공중선량이나 조직선량의 선택적 적용, SAD 치료기법에서 TMR 또는 TPR의 선택적 적용 등이 있습니다. 따라서 가장 일반적이고 간편하며 정확도가 높은 연산 방식을 채택하여 임상에 사용합니다.

 

 

선형가속기 선량계산

 

 

선형가속기를 이용하여 종양 부위에 정확한 치료계획 선량을 조사하기 위해서는 선량계 지시값인 MU를 계산해야 합니다. 일반적으로 기준 조사면에서 1MU를 조사했을 때 기준 깊이에 1Gy가 흡수된다고 정의됩니다. 선형가속기의 방사선 출력은 주기적으로 검교정되어야 하며, 통상적으로 CGy/MU의 방사선 출력 정의에 따라 MU를 계산합니다.

 

 

SSD법

 

 

SSD 치료법은 선원과 피부 간 거리가 항상 일정하므로, 종양 깊이에 따른 흡수선량률의 차이를 PDD를 통해 고려하여 MU를 계산합니다. 이 방법에서는 종양선량과 여러 보정 계수를 반영하여 계산합니다.

 

 

SAD법

 

 

SAD법에 의한 선량계산은 종양 깊이에 따른 흡수선량률의 변화를 TMR이나 TAR을 적용하여 계산합니다. 방사선 출력 검교정 깊이에 따른 방사선 출력 변화를 SAD factor로 보정하며, 치료 시간은 중앙선량, 방사선 출력, TAR 및 여러 보정 계수를 곱하여 계산합니다. 이 방법에서도 wedge, tray, trimmer를 사용하지 않을 시에는 교정계수를 1로 적용합니다.