치료계획 시 사용하는 빔의 개수와 방향, 처방 선량과 정상조직의 내용선량, 빔의 선량 비중

방사선으로 표적을 치료할 때 광자선을 사용하기도 하며 광자선을 조사하는 방법은 방향과 빔의 개수에 따라 분류할 수 있습니다. 각각의 방법마다 특징이 있으며 그 특징에 대해 알아보고 이를 활용했을 때 고려해야 하는 처방 선량과 정상조직의 내용선량, 빔의 선량 비중에 대해 알아보겠습니다.

 

치료계획 시 사용하는 빔의 개수와 방향, 처방 선량과 정상조직의 내용선량, 빔의 선량 비중

 

치료계획 시 사용하는 빔의 개수와 방향

 

 

광자선을 이용한 치료계획을 세울 때 사용하는 빔의 개수는 적분선량과 치료 표적의 조형도(confemnity). 주변 조직의 선량 분포에 직접적인 영향을 줍니다.

 

치료계획 시 사용할 빔의 개수는 어떤 치료냐에 따라 다르지만 2차원적인 치료계획에서는 1개에서 4개 사이가 보편적입니다. 각 빔에서 표적에 가하는 선량은 표적을 지나기 전, 표적 내, 표적을 지난 후로 나누어 구분할 수 있습니다.

 

 

-1개의 빔을 사용한 경우: 1개의 빔만으로 표적을 치료하는 경우, 치료 빔은 표적의 전후에 해당하는 정상조직에만 영향을 주므로 빔의 경로에 있지 않은 조직은 방사선의 영향을 피할 수 있습니다. 이 경우, 표적 전의 조직에 흡수되는 양이 표적에 가해지는 선량의 110%가 됩니다.

 

 

-4개의 빔을 사용한 경우: 4개의 빔을 사용한 경우, 4개의 빔이 하나의 표적에 집중되므로 중심부의 선량에 필요한 선량의 100%가 가해지면 주변부에 흡수되는 선량은 대체로 4개 구역에서 나누어 받게 됩니다. 빔의 개수를 증가함에 따라 종양 표적의 용적과 치료 용적(Treated volume)이 가까워지며, 두 용적이 일치하는 정도를 조형 인자(conformity index)로 나타낼 수 있습니다.

 

 

즉, 4개 빔을 사용한 경우가 1개 빔을 사용한 경우보다 저선량 영역을 넓히고 고선량 영역을 표적에 집중시킬 수 있는 장점이 있습니다. 빔의 개수가 증가할수록 치료 표적의 조형도는 증가하지만, 종양 표적이 상당히 큰 경우는 빔의 개수가 증가해도 조형도가 많이 증가하지 않고 오히려 치료의 효율만 떨어질 수 있습니다. 또한 빔의 개수가 증가한 경우, 조사 용적(Irradiated volume)이 증가하는 단점이 있습니다. 따라서 빔의 방향은 치료 표적을 향하되 보호해야 할 정상조직의 용적과 선량을 고려하여 여러 방향에서 가해져야 합니다.

 

종양 표적의 크기가 작고 여러 방향에서 조사하는 것이 유리할 경우. 비 동일 평면에서 조사 방향을 결정할 수 있습니다. 비 동일 평면 조사 방법 통한 3차원적인 치료를 일반적으로 3차원 입체 조형 치료(3 dimensional conformal Radiation Therapy, 3D-CRT)라고 하며, 치료계획 시 치료 장비와 환자의 충돌이 생길 수도 있으므로 환자의 자세와 갠트리, 카우치의 조합 등을 고려하여 방향을 설정합니다. 회전 조사의 형태로 3차원적인 치료도 가능한데 갠트리가 회전하기 때문에 회전반경에 따라 종양 표적의 선량 조형도를 극대화하면서 주변 장기가 받는 선량을 최소화할 수 있습니다.

 

이와 같은 방법을 3차원 입체 조형 회전 조사 (3 dimensional conformal arc therapy)라고 합니다. 치료계획 시 회전반경에 대한 조사할 수 있는 각도 당 최소 모니터 단위(monitor unit, MU)값을 고려해야 하며, 환자와의 충돌 가능성에 대해서도 고려해야 합니다. 최근에는 회전 조사 기법과 세기 조절 방사선 조사기법(IMRT)이 연동된 체적기반 회전식 방사선치료(VMAT)가 개발되어 많은 기관에서 활용 중입니다. 치료계획 시 조사 각도의 범위와 회전 빔의 개수를 조절할 수 있습니다.

 

 

처방 선량과 정상조직의 내용선량 고려

 

 

일반적으로 처방 선량의 결정은 종양의 종류와 병기, 환자의 상태, 병용 치료 등을 고려하여 방사선 종양전문의에 의해 결정됩니다. 통상 방사선치료에 사용되는 1회 표준조사량을 1.8-2.0 Gy로 볼 때, 암의 종류와 평가에 따 총 50Gy 전후입니다. 치료계획 시 정상조직에 관한 선량은 최소 장해 내용선량(방사선치료 후 5년 이내에 5% 확률로 장해가 발생할 수 있는 선량)과 최대 장해 내용선량(방사선치료 후 5년 이내에 5% 확률로 장해가 발생할 수 있는 선량)을 참고하여 정상조직의 방사선 부작용 확률을 계산하는 데 이용합니다. 정상조직이 받는 선량과 용적을 그래프화하여 치료계획의 정량적 분석을 하기도 하는데 이때 사용되는 그래프가 선량-체적 히스토그램(Dose-volume histogram, DVH)입니다.

 

정상 장기의 형태가 병렬 기관(parallel organ)인 경우, 최대선량보다는 흡수 선량의 체적이 중요하며, 직렬기관(serial organ)일 경우, 최대선량이 조사되는 체적보다 중요한 변수가 됩니다. 조사되는 체적이 크면 클수록 내용선량은 작아지게 되며, 직렬장기나 매우 작은 장기일 경우 구분하지 않아도 됩니다.

 

실제 치료계획에서는 환자의 상태나 범위, 종양의 위치 등을 고려하여 환자에 적합하게, 최대한 방사선에 의한 2차 장애가 발생하지 않도록 주의하는 것이 중요하며, 임상적인 판단과 의학 물리학적 관점에서 안전한 치료에 문제가 있는지를 여러 방면을 고려하여 적용합니다.

 

 

빔의 선량 비중(dose weight)

 

 

종양 표적의 처방 선량에 대해 두 개의 빔을 사용했고 같은 비율로 조사했다면 빔이 표적에 기여하는 선량의 비율은 1:1일 것입니다. 만약, 네 개의 빔을 서로 다른 방향에서 조사하였고 기여되는 선량의 비중이 동일하면 네 개 빔의 상대 비중은 1:1:1:1이 됩니다. 하지만 모든 빔이 기여하는 비중이 반드시 같을 필요는 없으며 상황에 따라 다양하게 조절할 수 있습니다. 실제 치료 계획을 세울 경우, 빔의 배열, 종양의 위치와 에너지에 따라 선량 비중은 다양하게 조절할 수 있으며 시도와 에러(Trial and error)를 반복함으로써 최적화된 비중을 찾을 수 있습니다.