등선량 분포곡선의 측정과 종류, 영향을 미치는 인자

등선량 곡선은 방사선 치료계획에서 매우 중요한 요소로, 치료의 효과와 안전성을 보장하기 위해 필요합니다. 이 곡선은 방사선이 환자의 몸에 어떻게 분포되는지를 시각적으로 나타내며, 이를 통해 다음과 같은 주요 사항을 점검할 수 있습니다.

 

첫째, 치료의 목표인 표적 용적의 심부선량 분포가 90% 이상의 등선량 곡선으로 둘러싸여 있어야 합니다. 이는 치료가 목표한 부위에 충분한 선량이 전달되고 있음을 의미합니다.

 

둘째, 조사 용적 내에는 최대 선량 점이 고선량 영역에 존재해야 합니다. 이렇게 함으로써 치료의 효과를 극대화할 수 있습니다. 

 

셋째, 방사선이 건강한 조직에 미치는 영향을 최소화해야 하며, 건강조직의 방사선장애를 예측할 수 있어야 합니다.

 

이러한 조건들이 충족되지 않을 경우, 조사법을 재검토하고 최적의 조사법을 찾기 위해 등선량 곡선의 분포를 작성하는 과정이 필요합니다. 이 글에선 등선량 분포곡선의 측정과 종류, 영향을 미치는 인자에 대해 알아보고 다음 글에선 여러 조사법에서 등선량 분포곡선에 미치는 영향에 대해 알아보겠습니다.

 

등선량 분포곡선의 측정과 종류, 영향을 미치는 인자

 

등선량 분포곡선의 측정

 

이온함 또는 반도체 선량계에 의한 방법

 

 

등선량 곡선의 측정은 주로 이온함 또는 반도체 선량계를 사용하여 이루어집니다. 일문 조사법을 통해 다양한 크기의 조사 면에 대한 곡선을 작성하며, 이 과정은 치료계획용 컴퓨터를 통해 수행됩니다. 또한, 치료 장치 설치 후에는 장치의 시간에 따른 변화가 심부선량 분포에 미치는 영향을 조사하기 위해 이러한 측정이 필수적입니다.

 

측정 과정에서는 물 팬텀 내에 방수된 이온함 또는 반도체 검출기를 설치하고, 광자 선속을 연속적으로 조사합니다. 이때 기준이온함(또는 검출기)과 운동하는 이온함 간의 전기신호를 얻어 등선량 곡선을 작성합니다. 이온함은 시정 수가 크기 때문에 선량계로부터의 신호와 기록계의 위치 감도가 좋지 않아 측정점에서 오차가 발생할 수 있으므로 주의가 필요합니다. 반면, 반도체 검출기는 시정 수가 적어 위치 감도가 우수하지만, 검출기가 가지는 선량 특성, 에너지 특성, 방향 의존성 등의 측정 조건을 충분히 고려해야 합니다.

 

 

필름 법

 

 

필름 법은 다문 조사법 및 운동 조사법을 통해 등선량 곡선을 작성하는 방법으로, 필름과 컴퓨터(3차원 선량 분석 시스템)를 이용합니다. 필름 법에 의한 등선량 곡선 작성은 다음과 같은 단계로 진행됩니다.

 

첫 번째 단계로, 고체 팬텀(폴리스타이렌)을 이용하여 교정 깊이에 차광지로 감싼 필름을 설치하고, 정량적으로 선량을 증가시켜 조사를 진행합니다. 이후 필름을 자동현상기로 동시 현상 처리하여 농도-선량 곡선을 그립니다. 이때, 조사 면의 크기는 10x10cm²로 설정합니다.

 

두 번째 단계에서는 인체 모형의 고형 팬텀(랜드 팬텀)에 차광지로 감싼 필름을 끼우고, 원하는 조사법으로 조사를 진행한 후 첫 번째 단계와 같은 조건에서 현상합니다. 이 과정에서 랜드 팬텀 사용 시 환자의 체형에 맞지 않는 경우, 저선량 영역에서 오차가 발생할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

 

세 번째 단계로, 현상된 필름을 등 농도 기록장치에 걸고, 필름의 최고농도를 찾아냅니다. 네 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 얻은 농도-선량 곡선을 이용하여, 세 번째 단계에서 얻은 최고농도에 대한 최고 선량값을 구하고, 최고 선량값에 대한 90~10% 선량값을 계산하여 농도-선량 곡선에서 90% 농도에서 10% 선량에 대한 농도를 구합니다.

 

마지막으로, 네 번째 단계에서 얻은 농도를 등 농도 기록장치에 설치하고, 장치를 작동시켜 최종적으로 목표하는 등선량 곡선을 얻습니다. 필름 법으로 얻은 등선량 곡선은 90~70%의 고선량 영역에서는 이온함에서의 자료와 잘 일치하여 신뢰성이 높지만, 50% 이하에서는 오차가 커지므로, 인체 모형 팬텀의 X, Y축 상에 이온함이 들어갈 수 있는 구멍을 뚫어 선량값을 측정하고 필름 법으로 얻은 등선량 곡선을 보정하는 과정이 필요합니다.

 

 

등선량 분포곡선의 종류

 

 

등선량 곡선은 위에서 설명한 측정 방법에 따라 기준점의 선량(최대 흡수 선량 지점)에 대한 각 지점의 흡수 선량을 백분율(%)로 나타내어 일정한 간격(10%)으로 그립니다. 이러한 방식으로 그린 등선량 곡선은 어느 깊이에서 중심축의 선량이 가장 크고, 가장자리 쪽으로 갈수록 선량이 점점 감소하며, 깊이에 따라 선량 변화가 존재합니다.

 

심부선량을 측정하여 등선량 곡선을 만드는 방법에는 심부선량을 선속의 중심 축 상의 최대선량 지점(build-up)의 선량을 기준(100%)으로 그린 SSD type과 피사체(팬텀)의 중심축(axis distance) 상의 일정한 거리를 표준으로 그린 SAD type 두 종류로 구분할 수 있습니다.

 

"beam profile"은 특정 깊이의 횡단 조사 면의 선량을 나타내며, 기준 깊이에서 50% 등선량 곡선의 측면 거리로 조사면을 정의합니다. 또한, 다른 방법으로 조사 면의 선량을 선속의 중심축 수직면 조사 면의 횡단면 등선량 곡선으로 나타낼 수 있으며, 이러한 등선량 곡선은 치료계획 수립 시 최적의 표적(target volume) 선량을 결정하는 데 유용하게 사용됩니다. 90% 등선량 곡선은 기하학적 본영, 50% 등선량 곡선은 기하학적 조사면, 20~90% 등선량 곡선은 기하학적 반음영으로 구분됩니다.

 

 

등선량 분포곡선에 영향을 미치는 인자

 

 

선원의 크기

 

 

방사선 치료에 이용되는 광자선의 선원은 두 가지 주요 유형이 있습니다. 하나는 CO 원격치료 장치로 방사성 동위원소를 선원으로 사용하는 장치이며, 다른 하나는 선형가속기입니다. 선형가속기는 가속관에서 가속된 전자를 타깃에 충돌시켜 에너지 X선을 발생시킵니다.

 

CO 원격치료 장치의 선원 크기는 직경 10~20mm로, 이에 따라 반음영이 커지는 경향이 있습니다. 또한, CO 원에서 방출되는 방사선은 저 에너지 성분의 산란선을 포함하고 있으며, 이는 전체 선량의 약 10% 정도를 차지합니다. 이러한 산란선은 환자의 피부에 장해를 초래할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

 

반면, 선형가속기에서 방출되는 X선의 경우, 소 초점(mm 정도)의 타깃에서 X선이 방출되기 때문에 선원 크기에 의한 반음영의 영향은 상대적으로 적습니다. 그러나 타깃에 충돌하는 전자선의 에너지, 균일성, 타깃의 두께 및 재질, 평탄 필터, 콜리메이터 등의 변수에 따라 X선의 에너지와 포함된 산란 선량이 크게 변화할 수 있으며, 이에 따라 심부선량이나 등선량 곡선에 큰 변화를 초래할 수 있습니다.

 

 

선속 평탄 여과 판

 

 

의료용 선형가속기에서 방출되는 X선은 선속 중심축에서 최대치에 달하며, 양 끝에서는 낮은 선강도 분포가 됩니다. 이러한 불균형한 선강도 분포를 이용해 치료하면 표적 용적 내의 선량 분포가 불균등해질 수 있으므로,  선속을 고르게 하기 위해 선속 평탄 여과 판(flattening filter)을 사용합니다. 따라서 선속 평탄 여과 판은 등선량 곡선의 형태에 큰 영향을 미칩니다. 

 

 

콜리메이터

 

 

콜리메이터는 조사 면의 크기를 결정하기 때문에 등선량 곡선의 형태에 영향을 줍니다. 또한 반 음영을 제거하고 선속 확산 각도와 일치하게 배열하기 위헤 구면 콜리메이터를 이용합니다. 구면 콜리메이터는 코발트 치료장치에서도 사용합니다.