세기조절 방사선치료와 관련된 선형가속기, MLC, 특화 QA

세기조절 방사선치료(IMRT)는 고정밀 치료 기법으로, 선형가속기와 다엽 콜리메이터(MLC) 등 주요 장비의 정밀한 정도관리가 필수적입니다. 본 글에서는 IMRT에 특화된 선형가속기, MLC, 그리고 QA 프로토콜에 대해 다룹니다.

 

세기조절 방사선치료와 관련된 선형가속기, MLC, 특화 QA

 

선형가속기(LINAC)의 정도관리

 

 

세기조절 방사선치료(IMRT)는 고도의 정밀성과 반복 재현성을 요구하는 치료 기법이기 때문에, 치료 장비인 선형가속기(LINAC)의 상태가 치료의 성공 여부에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적인 선형가속기의 QA 항목에 비해 IMRT에서는 더욱 엄격하고 정밀한 검사가 필요합니다. IMRT에 필요한 선형가속기의 주요 조건은 다음과 같습니다.

 

 

빔 출력의 안정성

 

 

IMRT는 선량이 위치별로 세밀하게 조절되므로, 빔의 출력 변동이 없도록 지속적인 선량 선형성(linearity) 및 안정성 검사가 필요합니다. 특히 저선량 영역에서도 정확하게 선량이 전달되는지 확인하는 것이 중요합니다.

 

 

빔 평탄도 및 대칭성

 

 

고정된 강도를 가지는 빔이 아니라 위치별로 조절되는 빔을 사용하므로, 기준 선량과 공간적인 분포가 균형을 이루고 있어야 하며, 조사면 전체에서 대칭성이 유지되는지 평가해야 합니다. 정기적으로 물 팬텀을 이용한 선량 프로파일 측정이 이루어져야 합니다.

 

 

기계적 정렬 정확성

 

 

가속기 헤드의 회전(gantry rotation), 치료 대의 회전(couch rotation), 빔 회전(colimator angle) 등의 기계적 정렬 정확도가 ±1° 이내인지 확인해야 하며, 이러한 요소가 복합적으로 작용하는 IMRT에서는 소수점 이하의 오차도 누적될 수 있습니다.

 

 

전자빔 모드, 에너지 안정성

 

 

다양한 에너지 조건에서도 선량 출력과 빔 특성이 일정해야 하며, IMRT 치료에서 사용하는 고에너지 X선 모드의 품질 보증이 특히 중요합니다.

 

이러한 QA는 일일(daily), 주간(weekly), 월간(monthly), 연간(annual) 주기로 분류되어 수행되며, 특히 IMRT에 특화된 항목은 월간 및 연간 QA에서 강화됩니다. 예를 들어, Step-and-shoot 방식과 sliding window 방식에서는 빔 ON/OFF 타이밍 및 조사 구간별 선량 출력 정확성이 치료 선량 분포에 직접적으로 영향을 미칩니다. 정기적 QA의 예로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

 

-Beam output constancy (±2%)

 

-Flatness and symmetry (±2%)

 

-Isocenter accuracy (±1mm)

 

-MLC speed and reproducibility

 

또한 모든 검사 결과는 QA 소프트웨어나 수기 기록으로 철저히 문서화되어야 하며, 장비의 고장 이력, 정비 기록, 출력 이상 경고에 대한 대응 내역 등도 포함되어야 합니다.

 

 

다엽 콜리메이터(MLC)의 정도관리

 

 

MLC는 IMRT에서 빔 강도 조절의 핵심 부품입니다. 수십 개에서 100개에 달하는 리프(leaf)로 구성되어 있으며, 각 리프는 실시간으로 독립적으로 움직이며 조사 영역을 형성합니다. IMRT에서는 리프들이 치료 중 지속적으로 움직이며 강도를 조절하기 때문에, MLC의 위치 정확성과 응답 속도는 치료 정확도에 결정적인 영향을 미칩니다. IMRT에 특화된 MLC QA 항목은 다음과 같습니다.

 

 

리프 위치 정확도 (Leaf position accuracy)

 

 

각 리프가 명령된 위치에 정확히 도달하는지를 평가합니다. 일반적으로 ±1mm 이하의 위치 오차가 허용되며, 리프 간 간격(Gap)도 일정하게 유지되어야 합니다.

 

 

 

리프 속도와 동기화 검사 (Leaf speed and synchronization)

 

 

리프가 서로 다른 속도로 움직이거나 비동기적으로 동작할 경우, 의도한 선량 분포에 오류가 생길 수 있습니다. 특히 sliding window 방식에서는 리프의 일정한 이동 속도가 매우 중요합니다.

 

 

리프 백래시(backlash)와 기계적 헐거움 검사

 

 

리프 구동 장치의 마모로 인해 목표 위치에 도달하지 못하거나 후진 반응이 발생할 수 있으며, 이러한 기계적 헐거움은 정기적인 보정이 필요합니다.

 

 

동작 반복성 및 일관성 (Reproducibility)

 

 

동일한 명령을 반복했을 때 동일한 위치에서 리프가 멈추는지, 선량 분포가 일관되게 형성되는지를 확인해야 합니다.

 

 

Leaf transmission and leakage dose

 

 

리프 사이로 누설되는 방사선의 양도 평가 대상이며, 이는 인접한 정상 조직의 피폭량 증가로 이어질 수 있습니다. 일반적으로 누설 선량은 전체 선량의 1% 이내로 유지되어야 합니다.

 

MLC QA는 치료계획에 포함된 리프의 움직임 패턴을 기반으로 시뮬레이션을 수행하거나, 특수 팬텀 및 필름을 이용하여 실제 빔 패턴과 비교 분석합니다. 정밀 QA를 위해서는 자동화된 QA 도구나 리프 추적 소프트웨어(DynaLog, log file 분석 등)도 활용할 수 있습니다.

 

 

IMRT 특화 QA 프로토콜

 

 

IMRT는 기존의 방사선치료 방식에 비해 훨씬 복잡한 기술적 기반 위에 있으며, 다양한 변수들이 동시에 작용하는 치료 방식입니다. 이에 따라 IMRT에 특화된 QA 프로토콜이 필요합니다. 일반적인 QA 외에도 다음과 같은 IMRT QA 요소가 포함되어야 합니다.

 

 

Pre-treatment QA (사전 치료 검증)

 

 

환자별 치료계획이 수립된 후, 실제 치료에 앞서 시행되는 QA로 다음을 포함합니다.

 

-치료계획의 선량 분포 검증 (감마 분석)

 

-이온 전리함을 이용한 절대 선량 측정

 

-필름 또는 2D 어레이를 이용한 공간 분포 검증

 

이는 환자 개인별로 수행되어야 하며, 선량의 정확성과 위치 재현성을 모두 확인하는 것이 목표입니다.

 

 

In-VIVO Dosimetry (실시간 선량 모니터링)

 

 

치료 중 환자의 신체에서 실시간으로 선량을 측정하는 방법입니다. 표면에 TLD(Thermoluminescent dosimeter), MOSFET, OSLD 또는 diodes를 부착하여 실제 조사선량을 추적할 수 있으며, 치료 오차를 즉시 감지하고 교정할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

 

End-to-End Test (전 과정 검증)

 

 

IMRT 시스템 전체의 일관성과 정확성을 검증하는 포괄적인 QA 절차로서, 영상 획득부터 선량 계산, 치료계획 , 환자위치 세팅, 실제 조사까지 모든 과정을 모의 환자(팬텀)를 통해 시뮬레이션합니다. 기관 간 비교 평가나 인증(Quality Assurance Credentialing) 시에도 활용됩니다.

 

 

문서화 및 추적 가능성

 

 

모든 QA 활동은 명확한 기준과 절차에 따라 수행되어야 하며, 다음과 같은 문서화 기준이 필요합니다.

 

-검사 일시, 검사자, 검사 장비

 

-측정값과 기준값 비교

 

-불일치 발생 시 대응 조치 및 재검사 기록

 

-정비 이력 및 예방정비(PM) 계획

 

또한, 최근에는 QA 자동화 소프트웨어(예: SunCHECK, SNC Patient, Dose Lab 등)를 통해 일관성 있는 기록 관리가 가능하며, 장비 상태를 모니터링하고 이상 발생 시 알림 기능도 제공합니다.