Ⅰ.서 론

최근 선형가속기를 이용한 방사선치료는 세기조절방사선 치료(Intensity modulated radiation therapy, IMRT), 정 위적방사선치료(Stereotactic radiation therapy, SRT)등 이 널리 사용되고 있다. 이는 병소부위에 고선량의 방사선 량을 집중시키고 정상조직에 대한 피폭선량을 최소화 하는 데 그 목적이 있다^1-5).

세기조절방사선치료는 다엽콜리메이터를 이용하여 한 조 사야를 여러 개의 단위(Beamlet)로 쪼개어 조사함으로써 선량분포를 다르게 조절하는 기법이다. 기존의 3D-CRT 로 치료가 어려웠던 종양이나 보호하지 못했던 정상조직을 정교하게 치료할 수 있는 혁신적인 방사선치료기술로 방사 선치료를 한 단계 더 발전시켰다. 세기조절방사선치료는 종양에 대한 처방선량과 정상조직에 대한 제한선량을 정하 면 치료계획시스템(Treatment planning system)이 그에 맞춰서 근접한 선량계획을 계산하여 보여주는 역치료계획 (Inverse treatment planning)을 시행한다. 세기조절방사 선치료의 치료계획이 가장 유용한 암은 선량제한이 있는 정 상장기로 둘러싸인 두경부암으로 많은 수의 선량학적 연구 를 통하여 그 우월성이 입증되었다. 임상에서 두경부암, 전 립샘암에서 생존율이 증가함을 확인할 수 있었다^6,7). 정위적 방사선치료는 X, Y, Z의 좌표를 이용하여 짧은 기간 내에 고 선량을 조사하는 방사선 치료법이다. 정위적 방사선치료법 은 병변을 정위적으로 조준하여 한번에 고선량으로 방사선 치료하는 정위적 방사선수술((Stereotactic radiosurgery, SRS)과, 뇌 이외의 체부를 중심으로 2-5회의 정위적 방사 선치료를 시행하는 체부정위 방사선치료(Stereotactic body radiation therapy, SBRT)로 구별될 수 있다. 적응증으로 는 처음에 뇌종양, 뇌동정맥기형 등 뇌질환에서 적용되기 시작했으나 기기의 발전으로 폐 및 간 종양에서 많이 시행 되었다. 그 외에 신장, 전립샘, 췌장 등의 복부병변이나 척 추 전이종양 등에도 적응증이 확대되고 있다⁸⁾. 이러한 최신 방사선 치료기법은 통상적으로 역방향치료계획을 사용함으 로써 소조사면을 제외할 수 어렵기 때문에 치료계획시스템 에서 신뢰할만한 선량계산분포를 얻기 위해서는 반드시 소 조사면에 대한 정확한 빔 자료(Beam data)의 획득과 정확 한 선량측정이 요구된다. 따라서 유효체적이 서로 다른 검 출기를 이용하여 소조사면에 대한 깊이선량백분율, 빔측면 도, 그리고 선량출력계수를 측정하여 각 검출기의 선량특성 평가하고자 하였다.

Ⅱ.연구 대상 및 방법

1.대상

1).실험 재료

본 실험에서 소조사면을 조사하기 위해 82Leaf MLC 가 장착된 의료용 선형가속기(Oncor impress, siemens, Germany)를 사용하였고 가로 × 세로 × 높이가 각각 50 × 50 × 40.8 cm²인 물 팬텀(MP3, Water phantom, Freiburg, Germany)을 위치시키고 검출기는 PTW 31010 Semiflex (PTW, Freiburg, Germany), PTW 31014 Pinpoint(PTW, Freiburg, Germany), PTW 60008 Diode(PTW, Freiburg, Germany)를 사용하였다(Table 1). 전류계(UNIDOSE, PTW, Freiburg, Germany)를 사용하였고 Software는 MEPHYSTO mc2(PTW, Freiburg, Germany)를 이용하여 분석하 였다.

2.방법

1).깊이선량백분율(Percentage depth dose, PDD)와 빔 선질(Beam quality)측정

깊이선량백분율을 측정하기 위해 갠트리 회전각도 0°, 콜 리메이터 회전각도 0°, 물팬텀을 선원-표면간거리(SSD) 100 cm에 위치시키고 1 × 1 cm², 2 × 2 cm², 3 × 3 cm², 4 × 4 cm², 5 × 5 cm², 10 × 10 cm² 크기의 조사면에 대하 여 각 검출기를 정확한 중심축을 찾은 후 선형가속기 X-선 6 MV 에너지를 측정하는 동안 연속적으로 발생시키고 X축 과 Y축은 고정시키고 Z축을 1 mm간격으로 25 cm지점까지 이동시키면서 측정하였다.

2).빔측면도(Beam profile) 측정

빔측면도 측정하기 위하여 선원-표면간거리 100 cm에 물팬텀을 위치시키고 선형가속기 X-선 6 MV에너지를 측정 하는 동안 연속적으로 발생시키고 Y축은 고정시키고 Z축은 X-선 6 MV에너지의 D_max지점인 1.6 cm지점에 고정시키고 1 × 1 cm², 2 × 2 cm², 3 × 3 cm², 4 × 4 cm², 5 × 5 cm², 10 × 10 cm² 크기의 조사면에 대하여 X축을 1 mm간 격으로 이동시키면서 측정하였다.

3).선형가속기의 출력선량계수(Output Fator) 측정

선원-표면간거리를 100 cm에 물팬텀를 위치하였다. 각 검출기는 수면으로 부터 X-선 6 MV에너지의 D_max지점인 1.6 cm지점에 그리고 제조사에서 권고하는 방향으로 위치 시켰다. 소조사면에서는 방사선 중심축에서 측방향 선량분 포가 급격히 감소하기 때문에 정확한 선량측정을 위하여 10 × 10 cm² 기준조사면에서 각각의 검출기에 대하여 대 칭도(Symmetry)를 스캔하여 정확한 중심축을 찾은 후 측 정을 시작하였다. 선형가속기 X-선 6 MV에너지 100 MU (Monitor Unit)를 이용하였으며 총3회 반복 시행하여 평균 값을 사용하였다.

Ⅲ.결 과

1.깊이선량백분율(Percentage depth dose, PDD)와 빔 선질(Beam quality) 평가

조사면에 따른 각 검출기로 측정된 깊이선량백분율을 나 타내었다(Fig. 1). 또한 광자선의 조사면 크기에 따른 빔선 질 변화를 측정하기 위해 IAEA TRS-398이 권고하는 10 cm와 20 cm 깊이에서 깊이선량백분율의 비(PDD₂₀/PDD₁₀) 로 정의하여 평가하였다⁹⁾(Table 2). X-선 6 MV에너지에 대한 빔선질은 10 × 10 cm²에서 Diode 검출기는 Pinpoint 검출기에 비해 2.4%로 높았으나 조사면 5 × 5 cm²이하에 서는 평균 1%정도 차이를 보였다.

2.빔측면도(Beam profile) 평가

조사면에 따른 각 검출기로 측정된 빔측면도를 나타내 었다(Fig. 2). 각 조사면에서 검출기의 부피에 의한 선량 특성 평가를 위해 반음영(Penumbra)영역은 실효반음영 (effective penumbra) Powlis의 정의에 따라 빔 측면도의 20%~80% 선량분포 영역을 비교·평가 하였다. 반음영 크 기는 검출기별로 비교함으로써 검출기간의 공간분해능을 비교할 수 있다. 모든 검출기에서 조사면의 크기가 증가할 수록 반음영의 크기가 증가하였으며 검출기의 유효체적이 증가할수록 반음영이 증가하는 경향이 나타났다. 유효체 적이 작은 Diode 검출기와 Pinpoint 검출기는 모든 조사 야에서 평균 54% 반음영 영역 차이를 보였으며 Diode 검 출기와 Semiflex 검출기는 평균 80% 반음영 차이를 보였 다(Table 3).

3.출력선량계수(Output fator) 평가

검출기 종류에 따른 출력 변화를 알아보고자 10 × 10 cm² 조사면에 대한 선량출력으로 정규화(Normalization) 하여 각 조사면에 대한 선량출력계수를 구하였다.

조사면이 작아질수록 선량출력계수가 작아지는 것을 볼 수 있다. 조사면 10 × 10 cm²에서 3 × 3 cm²까지는 모든 검출기의 측정량이 거의 일치하였으나 2 × 2 cm²에서 Semiflex 검출기는 다른 검출기에 비해 2%정도 적게 측정 되기 시작해서 조사면 1 × 1 cm²에서는 20%정도 차이를 이 며 유효성이 없는 것으로 판단이 된다(Fig. 3). 또한 조사면 1 × 1 cm²에서 Diode 검출기와 Pinpoint 검출기의 측정값 은 13%정도 차이를 보였다.

Ⅳ.고찰 및 결론

소조사면의 측정은 조사면내의 급격한 선량변화, 측면 전 자비평형, 그리고 조사면 크기에 대한 검출기의 기하학적 크기 영향으로 인해 정확한 선량의 평가가 매우 어렵고 일 반적으로 소조사면은 3 × 3 cm²이하의 작은 조사면으로 방 사선수술(SRS), 세기조절방사선치료(IMRT) 등에 주로 쓰 이며 그 불확실도는 5%에서 최대 10%의 차이를 보고하고 있다^10-13). 또한 Shell등¹⁴⁾은 조사면보다 작은 크기를 갖는 측정기와 적절한 분해능을 갖는 측정기가 요구된다고 보고 하고 있다. Bjarngard등¹⁵⁾도 6 MV X-선에서 소조사면의 중심축상에서 측정하더라도 완전히 전자평형이 유지되지 않기 때문에 부피가 큰 이온전리함을 이용할 경우 상당한 선량 차이가 나타남을 보고하였고, 조사면 직경의 절반보다 작은 크기의 검출기 사용을 제안하였다. Francescon등¹⁶⁾은 소조사면 선량측정용으로 적합하지 않은 검출기로 출력선 량계수를 측정한 결과 30%의 큰 차이를 나타내어 방사선 사 고로 이어질 수 있음을 발표한 바 있다. 따라서 선형가속기 소조사면 광자선에 대한 정확한 빔 자료 측정을 위해 유효 체적이 다른 Semiflex, Pinpoint, Diode 검출기를 이용하 여 깊이선량백분율, 빔측면도, 그리고 선량출력계수를 측정 하여, 각 검출기의 선량특성을 분석하고 평가하였다.

X-선 6 MV에너지에 대한 빔선질(PDD₂₀/PDD₁₀)은 10 × 10 cm²에서 Diode 검출기는 Pinpoint 검출기에 비해 2.4% 로 높았다. 일반적으로 다이오드 검출기는 큰 조사면에서 깊이가 증가할수록 깊이선량백분율은 과대평가하는데 이는 다이오드 검출기가 고밀도(2.329 g/cm³)이며, 높은 원자번 호(Z=14)의 매질로 이루어져 있어서 균질매질에서 플루언 스의 요동으로 인해 소조사면에서 선량이 과대평가되기 때 문이다¹⁷⁾. 1 × 1 cm²에서 5 × 5 cm²까지는 1%이하로 일치 하였다. 작은 조사면에서는 유효체적이 작은 다이오드 검출 기는 깊이선량백분율의 과대평과를 최소화 할 수 있다¹⁸⁾.

모든 조사면에서 유효체적이 작은 Diode 검출기가 다른 검출기들과의 50%이상 작은 측방선량분포와 반음영을 보여 공간분해능이 우수한 것으로 평가되었다.

실험에서 검출기의 유효체적과 형태에 따라 깊이선량백 분율, 빔측면도, 선량출력계수의 측정값 차이가 있었다. 특 히 조사면 3 × 3 cm²이하에서는 검출기의 유효체적에 따른 출력선량계수의 차이가 크게 나타났다. 소조사면에서의 출 력선량계수의 정확한 측정은 치료계획시스템의 선량계산에 미치는 영향이 크므로 측정시 주의가 필요하다¹⁹⁾. 따라서 소 조사면의 정확한 빔자료 측정을 위해 검출기의 형태와 유효 체적을 고려하여 선택해야 할 것이다. 차후 보다 정확한 검 증을 위하여 몬테칼를로 계산등을 병행한 연구를 진행할 예 정이다.