세기조절 방사선치료(IMRT) 정도관리의 개요와 치료계획 QA

세기조절 방사선치료(IMRT)는 방사선의 강도를 정밀하게 조절해 종양에 고선량을 집중하고, 정상 조직의 피폭은 최소화하는 고정밀 치료법으로, 선형가속기와 다엽 콜리메이터를 활용하여 복잡한 선량 분포를 재현합니다. 이번 글에선 세기조절 방사선치료(IMRT) 정도관리의 개요와 치료계획 QA에 대해 작성하겠습니다.

 

세기조절 방사선치료(IMRT) 정도관리의 개요와 치료계획 QA

 

세기조절 방사선치료(IMRT)의 개요

 

 

세기조절 방사선치료(IMRT, Intensity Modulated Radiation Therapy)는 고선량의 방사선을 종양 부위에 정밀하게 집중시키고, 동시에 주변의 정상 조직이나 방사선에 민감한 주요 장기(critical organs)의 피폭을 최소화하기 위한 고정밀 방사선치료 기술입니다. IMRT는 선형가속기(linear accelerator) 와 다엽 콜리메이터(Multi-Leaf Collimator 이용하여, 방사선의 강도(intensity)를 위치별로 세밀하게 조절함으로써 복잡한 선량 분포를 실현할 수 있습니다.

 

기존의 3차원 입체 조형 방사선치료(3D-CRT)는 등선량 분포를 형성하기 위해 고정된 빔 강도를 다양한 각도에서 조사하는 방식이었으나, IMRT는 치료 빔 내에서도 강도를 조절할 수 있어 더 정밀한 치료가 가능합니다. 이러한 기술적 진보 덕분에 IMRT는 두경부암, 전립선암, 척추 및 골반에 인접한 종양 등 정밀한 선량 조절이 필수적인 부위에 널리 활용되고 있습니다.

 

IMRT는 다수의 비정형적이고 불규칙한 작은 조사면(beamlet)을 형성하여 치료계획을 수립하는데, 이는 MLC의 섬세한 위치 조절을 통해 구현됩니다. 이 때문에 MLC의 이동 정확도, 기계적 일관성, 선량 조사 중의 실시간 위치 유지 능력이 치료 정확도에 큰 영향을 미칩니다. 또한 소조사면에서의 조사 범위가 작고 경계가 날카로우므로, 조사면 외부의 산란선량(out-of-field dose) 도 주의 깊게 평가해야 하며, 장비 및 알고리즘에 따라 미세한 오차가 누적될 가능성도 존재합니다.

 

 

IMRT 치료계획과 방사선 조사 QA

 

 

IMRT는 일반적인 방사선 치료보다 치료 시간이 길어지며, 이에 따라 환자의 움직임이나 자세 변화에 의한 위치 오차가 치료 정확도에 영향을 미칠 가능성이 큽니다. 따라서 환자의 고정(fixation) 및 위치 재현성(reproducibility) 확보가 필수적이며, 필요시 영상 유도 방사선치료(IGRT) 기법과 함께 병용하여 정확도를 더욱 향상시켜야 합니다.

 

IMRT는 역방향 치료계획법(inverse planning)을 사용합니다. 이는 치료 전 임상의가 설정한 목표(예: 종양 부위에 100% 선량, 주변 정상조직에는 최대한 낮은 선량 등)를 바탕으로 컴퓨터가 자동으로 방사선 빔의 강도 조합을 계산하는 방식입니다. 이러한 과정에서는 방사선 치료계획시스템(RTP, Radiation Treatment Planning system)의 고도화된 최적화 알고리즘이 핵심적인 역할을 하며, 수많은 변수(beam let intensity, beam angle, MLC 위치 등)를 조합하여 최적의 선량 분포를 도출합니다.

 

이때 도출된 빔 강도 분포는 다시 실제 장비에서 구현 가능한 형태로 변환되어야 하며, 그 과정에서 MLC가 담당하는 역할이 매우 큽니다. MLC는 수십 개의 리프(leaf)로 구성되어 있으며, 이 리프들이 동적으로 움직이며 각 조사 시퀀스에 맞는 빔 형태를 형성합니다. 하지만 이러한 고속 이동 중에도 위치 오차나 리프 간 간격 변화가 발생할 수 있으며, 이는 선량 분포의 왜곡을 초래할 수 있기 때문에 정기적인 기계적 QA가 필수적입니다.

 

정기적인 QA에서는 MLC의 정렬 상태, 속도, 응답 시간, 백래시(backlash) 현상, 열화 상태 등을 면밀히 검사하여, 치료계획과 실제 조사 사이의 불일치를 최소화해야 합니다. 특히 MLC 오류가 일정 수준 이상 발생하면 선량 누적 결과가 환자 치료 결과에 직접적인 영향을 미칠 수 있으므로, 사전 예방적 유지보수와 기록 관리가 매우 중요합니다.

 

 

환자별 치료계획 검증 (Delivery QA)

 

 

IMRT의 특성상, 각 환자에 대한 개별 치료계획이 매우 복잡하고 다양하며, 그에 따른 장비 동작 또한 복잡하게 설정되기 때문에, 환자별로 계획 검증 QA를 수행하는 것이 필수적입니다. 이는 단순히 주기적인 장비 QA로는 포착할 수 없는 환자별 특이 변수 및 복잡한 선량 분포의 검증을 가능하게 합니다.

 

검증 방법은 일반적으로 실제 환자 대신 팬텀(phantom)을 사용하여 수행합니다. 팬텀은 인체와 유사한 형상과 재질을 가진 도구로, 팬텀 내부에는 선량 측정을 위한 필름(dosimetric film) 이나 이온 전리함(ionization chamber) 이 삽입되어 있으며, 실제 치료계획대로 방사선을 조사하여 측정값을 기록합니다. 대표적인 환자별 QA 방법은 다음과 같습니다:

 

 

감마 함수 테스트 (Gamma Function Test)

 

 

이 방법은 치료계획시스템에서 계산한 선량 분포와 실제 측정된 분포의 일치도를 평가하는 방식으로, 거리 기준(Distance To Agreement, DTA)과 선량 기준(Dose Difference, DD)의 두 요소를 동시에 고려합니다. 일반적으로 2mm/2% 또는 3mm/3% 기준으로 감마 통과율을 평가하며, 통과율이 90–95% 이상이면 허용 가능한 것으로 간주합니다.

 

 

점 측정 (Point Dose Measurement)

 

 

고정된 위치에서의 절대 선량을 비교하며, 이온 전리함을 이용해 측정된 실제 선량과 치료계획에서 계산된 선량의 오차가 ±3–5% 이내인지 확인합니다.

 

이러한 검증은 특히 다음과 같은 경우에 더 중요합니다:

 

-MLC 이동이 많거나 복잡한 경우

 

-고선량 피폭 부위가 정상 조직과 매우 인접한 경우

 

-환자 해부학적 구조의 불균질성이 큰 경우

 

-이외에도 최신 QA 장비로는 2D 또는 3D 어레이 검출기(Matrixx, ARC CHECK 등)를 이용한 전자동 QA 시스템이 있으며, 빠르고 효율적인 다면 분석이 가능하여 IMRT QA의 신뢰성을 높이고 있습니다.

 

 

IMRT 치료계획시스템

 

 

QA 치료계획시스템(RTPS)은 IMRT에서 가장 핵심적인 요소 중 하나입니다. RTPS는 방사선 선량의 3차원 분포를 계산하고, 이를 바탕으로 적절한 빔 구성과 MLC 움직임을 제어하는 명령을 생성합니다. 이 과정은 단순한 물리 계산을 넘어서, 매우 복잡한 최적화 알고리즘과 선량 계산 모델을 필요로 합니다.

 

IMRT의 경우, 소조사면(beamlet)의 크기가 일반적으로 1cm×1cm 이하이기 때문에, 단위 면적당 선량이 집중되는 경향이 있어 미세한 오차도 전체 치료 결과에 중대한 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 치료계획시스템에 대한 QA는 선량의 절댓값만 아니라 분포의 정밀성, 영상 재구성의 정확도, 보정 알고리즘의 적절성 등 다방면에 걸쳐 수행되어야 합니다.

 

주요 QA 항목은 다음과 같습니다:

 

 

영상 정보의 정확성 확인

 

 

CT, MRI, PET 등에서 수집된 환자의 해부학적 정보가 정확하게 RTPS에 전달되고, 퓨전(fusion) 또는 재구성 과정에서 왜곡이나 위치 오차가 발생하지 않는지 확인합니다.

 

 

선량 계산 알고리즘의 정확성

 

 

특히 조직 불균질성(air cavity, bone 등)에 대한 보정이 포함되어야 하며, 최신 RTPS에서는 Monte Carlo 방식이나 Convolution-Superposition 알고리즘을 적용하여 보다 정밀한 계산이 이루어지고 있습니다.

 

 

MLC 리프 위치에 따른 선량 분포 변화 검증

 

 

치료계획과 실제 선량 조사 간의 오차가 발생하지 않도록, 리프 위치와 그에 따른 선량 분포가 정확히 반영되고 있는지를 확인해야 합니다.

 

 

기계 명령 출력과 선량 결과의 일치성 확인

 

 

RTPS에서 생성된 계획이 실제 치료 장비(LINAC)에서 동일하게 구현되는지, 기계 명령 파일(RTP output)과 실제 선량 분포 사이에 괴리가 없는지 확인합니다. 이 모든 과정은 각 기관의 자체 QA 프로토콜에 따라 체계적으로 관리되어야 하며, 모든 결과는 반드시 문서화하여 추후 검토 및 추적이 가능하게 해야 합니다.