Ⅰ.서 론

우리나라의 암 발생률은 연평균 3.5%씩 증가하고 있으 며, 2014년 국가암정보센터의 통계에 따르면 폐암으로 사망 하는 환자는 전체 암 환자의 22.5%로 암종별 사망률 1위를 기록하였다. 폐암은 저 병기에 발견 시 생존률이 49.5%에 이르지만 병기가 높아지면 약 4.9%까지 떨어진다고 보고하 고 있으며, 이와 같은 이유로 폐암의 조기 발견은 매우 중요 시 되고 있다¹⁾.

또한 전이가 없고 종양의 크기가 작은 저병기 폐암환자에 대한 방사선 치료의 비중은 증가하고 있으며, 최근에는 적 은 분할횟수로 대선량을 조사할 수 있는 정위적 체부 방사 선치료(Stereotactic Body Radiotherapy, SBRT)기법이 도입되면서 높은 치료 효과를 보이고 있다^2-5). 하지만 폐암 은 환자의 호흡에 따른 움직임으로 인해 표적(Target)에 정 확한 선량을 조사하는데 많은 문제를 발생시킨다. 국제 방 사선 단위 측정 위원회(International Commission on Radiation Units & Measurements, ICRU)에서는 이런 내 부의 움직임을 고려하여 ICRU 50의 임상표적체적(Clincal Target Volume, CTV)에 내부여유(Internal Margin, IM) 를 더한 내부표적체적(Internal Target Volume, 이하 ITV) 을 ICRU 62에 포함시켰다^6,7). 또한 미국의학물리협회 (The American Association of Physicists in Medicine, AAPM)는 종양의 움직임이 5 mm가 넘을 시 호흡 관리가 필 요하다고 권고하였으며, 정확한 표적의 영상획득을 위해 slow CT, 흡·호기 시 호흡멈춤 CT, 4D CT 등을 제안하고 있다⁸⁾. 국내에서도 장성순 등의 선행연구에 따르면 호흡 에 영향을 받는 종양을 치료 시 호흡동조 방사선치료 (Respiratory Gated Radiotherapy, RGRT)가 이익이 있다 고 보고하였다⁹⁾. 하지만 한 번에 대선량을 조사하는 정위적 체부 방사선치료의 특성상, 사전에 정확한 선량평가와 정량 화가 필수적이지만 이에 관한 연구는 상대적으로 미비한 실 정이다.

이에 본 논문에서는 영상획득 및 체적설정 방식에 따른 표적의 선량과 체적의 정확성을 비교 하고, 호흡동조 방사 선치료의 적용 여부에 따른 선량을 평가함으로써 방사선치 료 효과비를 높일 수 있는 기초자료를 제시하고자 한다.

Ⅱ.재료 및 방법

1.연구재료

Fig. 1은 본 실험을 위해 자체 제작한 팬텀의 외관과 모사 도이며, 호흡주기와 동일하게 표적이 전후방향으로 구동될 수 있도록 하였다.

표적은 3D 프린터를 이용하여 제작하였으며, 사용된 소재는 조직의 연부조직 밀도인 1.03 g/cm³와 유사한 1.04 g/cm³의 아크릴로니트릴(Acrylonitrile), 부타디엔 (Butadiene), 스트렌(Styrene)의 합성물질인 ABS를 사용하 였다. 표적의 크기는 미국종양합동위원회(American Joint Committee on Cancer, AJCC)에서 제시하는 폐암의 저병 기 크기인 3 cm 이하에 부합하도록 지름 2.8 cm, 높이 2 cm 로 제작하였으며, 중앙에는 유리선량계(Photoluminescence Glass Dosimeter, PLD)가 삽입될 수 있게 구멍을 확보 하였다¹⁰⁾. 표적의 진폭은 Langen 등의 선행연구에 기초하 여 2 cm로 설정하였다¹¹⁾. 전산화 단층촬영기(SOMATOM Sensation OPEN, Siemens, Germany)를 이용하여 영상 을 촬영하였으며 표적의 주기는 RPM system(Real-Time Position Management system, Varian, USA)을 이용하여 획득하였다. 이후 전산화치료계획시스템(Eclipse version 10.0, Varian, USA)을 사용하여 치료계획을 수립하고 유리 선량계(GD-302M, Asashi Techno Glass, Japan)를 이용 하여 선량을 측정하였다(Table 1).

2.연구방법

1)영상획득 방식에 따른 체적 평가

전산화 단층 촬영기를 이용하여 2 mm의 두께로 영상을 획득하였으며, 표적은 다음의 조건으로 하였다. 먼저 표 적이 고정되어 있는 상태(이하 고정표적)와 표적이 움직 이는 상태(이하 유동표적)를 3D CT로 획득하였다. 다음 으로 동일한 유동표적을 4D CT로 획득하였으며, 이 때 전 체 0~90%의 주기를 10% 단위로 하여 10개의 영상을 얻었 다. 다음으로 체적의 부피를 비교하기 위해 4D CT로 획득 한 10개의 영상 중 가장 안정된 호기 상태인 50% 주기를 이 용하였다¹²⁾. 표적의 체적은 전산화치료계획시스템을 이용 하였으며 원기둥 체적 공식에 의해 구해진 실제 체적과 비 교하였다[식1].

Fig. 2는 위 실험에 대한 전반적인 모식도이다.

2)체적설정에 따른 선량 평가

체적설정에 따른 선량 차이를 보기위해 다음과 같이 진행 하였다. 먼저 고정표적과 유동표적을 대상으로 획득한 영상 에 육안적 종양체적(Gross Tumor Volume, 이하 GTV)을 설정하였다. 이후 유동표적을 대상으로 4D CT로 획득한 영 상 10개의 전체 주기에 GTV를 설정한 뒤, 전체 체적을 포함 하는 ITV를 설정하였다(Fig. 3). 이 체적을 대상으로 6 MV, 5문(0°, 72°, 144°, 216°, 288°)의 세기조절방사선치료 (Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT) 방식으 로 치료계획을 수립하였으며, 미닫이창 조사기법(Sliding window technic)을 적용하였다. 처방선량은 폐암의 정 위적 체부 방사선치료 시 일본과 독일에서 권고하는 10 Gy 와 미국에서 권고하는 15 Gy, 그리고 방사선종양학그룹 (Radiation Therapy Oncology Group, RTOG)에서 권고하 는 20 Gy로 설정하였다^5,12). 또한 각각의 처방선량을 바탕 으로 변동계수가 0.05 이하로 유지될 수 있게 10회씩 측정 하였으며, 결과 값의 차이를 분석하기 위해 SPSS(SPSS Ver.22 Inc. USA)를 이용하여 독립 t-검정(Independent t-test)을 수행하였다. Fig. 4는 위 실험에 대한 간략한 모 식도이다.

3)호흡동조 방사선치료의 호흡주기에 따른 선량평가

유동표적을 대상으로 정위적 체부 방사선치료를 수행함 에 있어 호흡동조 방사선치료방식을 적용하여 치료계획을 수립하였다. 이 때 호흡주기는 40~60%의 호흡주기와 30~70%의 호흡주기를 이용하였으며, 치료계획의 수립 및 처방선량은 체적에 따른 선량평가와 동일하게 설정하였다 (Fig. 5). 이렇게 수립된 계획을 이용하여 각각 10회씩 측정 하였으며 변동계수가 0.05 이하가 유지되도록 하였다. 그리 고 호흡동조 방사선치료의 적용 유무 및 호흡주기에 따른 차이를 보고자, 측정된 값과 ITV의 선량을 평균하여 비교하 였다.

Ⅲ.결 과

1.영상획득 방식에 따른 체적평가

실제 표적의 체적은 위 식[1]에 의해 약 12.3 cm³로 산출 되었다. 전산화치료계획시스템을 이용하여 설정한 체적의 경우 고정표적은 11.1 cm³, 유동표적은 9.3 cm³로 나타났 다. 다음으로 4D CT로 획득한 유동표적의 체적은 10.4 cm³ 를 보였다. 결과적으로 고정표적이 실제 표적의 체적에 가 장 인접한 것으로 나타났다.

2.체적설정에 따른 선량 평가

Table 2는 고정표적과 유동표적의 GTV 선량을 비교한 결과이다. 먼저 고정표적은 처방선량 10 Gy에서 10.68±0.45 Gy로 나타났으며, 15 Gy에서는 15.22±0.39 Gy, 20 Gy에 서는 20.54±0.10 Gy로 나타났다. 다음으로 유동표적은 처 방선량 10 Gy, 15 Gy, 20 Gy의 순서대로 9.54±0.47 Gy, 13.93±0.41 Gy, 18.31±0.88 Gy로 나타났다. 이 값들의 선 량차이를 보고자 t-검정을 적용한 결과, 모든 그룹에 있어 유의수준(Significance Level) 0.05 미만으로 통계적 차이 를 보이는 것으로 해석할 수 있었다.

유동표적의 ITV 선량측정 결과는 처방선량 10 Gy, 15 Gy, 20 Gy에서 각각 10.82±0.29 Gy, 16.88±0.34 Gy, 21.90±1.03 Gy로 나타났다(Table 3). 이후 고정표적의 GTV 선량과 t-검정을 통하여 체적설정에 따른 차이를 평가 하였다. 그 결과, 처방선량 10 Gy에서는 통계적 차이를 보 이지 않았으며, 15 Gy와 20 Gy에서는 유의수준 0.05 미만 으로 나타나 통계적 차이를 보이는 것으로 해석할 수 있었 다(Table 3).

다음으로 영상획득 방식에 따른 체적의 선량을 비교하기 위해 유동표적의 GTV와 ITV를 통계적으로 분석하였다. 그 결과 모든 처방선량에 있어 유의수준 0.05 미만으로 통계적 차이를 보이는 것으로 나타났다(Table 4).

3.호흡동조 방사선치료의 호흡주기에 따른 선량평가

처방선량 10 Gy의 결과는 호흡주기 40~60%와 30~70% 에서 각각 11.41±0.51 Gy와 11.42±0.27 Gy를 나타내었다. 처방선량 15 Gy는 17.78±0.32 Gy와 17.24±0.48 Gy를 보 였으며, 20 Gy는 23.81±0.32 Gy와 23.91±0.62 Gy를 나 타내었다. Fig. 6에서 보이는 바와 같이 모든 그룹에 있어 호흡동조 방사선치료를 수행하는 것이 더 높은 선량 값을 보였다.

Ⅳ.고 찰

본 연구는 임상에서 이용하는 영상 획득 방식에 따른 체 적의 비교와 정위적 체부 방사선치료 시 설정된 체적과 처 방 선량 그리고 호흡동조 방사선치료의 호흡주기에 따른 중 심 선량을 비교 분석하였다.

먼저 표적의 체적 평가 결과는 고정표적의 경우 11.1 cm³ 를 보이며 실제 표적체적(12.3 cm³)의 약 90%로 나타났다. 하지만 이 결과는 2 mm의 두께로 영상을 획득할 경우 발생 할 수 있는 오차 범위 안에 포함되므로, 더 세밀하게 영상을 획득한다면 실제 체적에 근접할 것으로 사료된다. 다음으로 유동표적을 3D CT로 획득한 결과는 실제 체적의 약 75%를 보였으며, 4D CT는 약 84%로 나타나며 더 우수한 경향성을 나타내었다. 이런 경향성은 Fengxing 등의 선행연구에서도 유동표적의 영상 획득 시 4D CT보다 3D CT에서 더 큰 차이 를 보인다고 보고하였다¹⁴⁾. 같은 맥락으로 미국의학물리학 회에서는 호흡에 의해 움직이는 표적의 관리가 필요하다고 언급하였으며 표적의 정확한 영상 획득을 위한 방법으로 4D CT를 제시하였다⁸⁾. 결론적으로 움직이는 종양의 경우 4D CT로 영상을 획득하는 것이 체적을 더 명확하게 정의함으 로써 치료 효과비를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

다음으로 체적에 따른 선량을 비교 평가하였다. 유동표적 을 3D CT로 획득한 GTV의 경우 처방선량의 90% 전·후의 선량을 보이며 모든 그룹에서 유의수준 0.05 미만으로 통계 적으로 유의한 차이를 나타내었다(Table 2).

4D CT를 이용하여 획득한 ITV의 경우 처방선량 10 Gy에 서는 10.82 Gy로 고정표적 선량의 101.31%를 나타내었다. 이 결과는 라정은 등과 전호상 등의 연구에서 보고한 유리 선량계의 특성에 의한 오차범위 1.5%~3.46%에 포함되어 큰 차이로 보기는 힘들 것으로 사료되며, 통계적으로도 유 의한 차이를 나타내지 않았다(p > 0.05)^15,16). 나머지 두 그 룹에 있어서는 고정표적 선량보다 더 높은 선량을 나타내었 으며, 통계적으로도 유의수준 0.05 미만으로 차이를 나타내 었다(Table 3).

영상획득 방식에 따른 체적설정의 선량을 비교한 결과는 모두 통계적으로 유의한 차이를 나타내었으며(p < 0.05), 4D CT로 영상을 획득하여 ITV를 설정한 경우가 선량이 높 게 평가되었다. 결국 호흡에 영향을 받는 종양을 치료할 경 우, 4D CT로 영상을 획득하여 ITV를 설정하는 것이 치료중 심에 선속을 더 집중시킴으로써 치료 효과비를 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

마지막으로 호흡동조 방사선치료에 따른 선량평가 결과 는 호흡동조 방사선치료를 적용하지 않고 ITV를 설정하는 경우에 비해서 중심선량이 더 높게 나타났다(Fig. 6). 이는 장성순 등의 선행연구와 같은 경향성을 보인 것으로, 움직 이는 종양의 치료 시 호흡동조 방사선치료를 적용하는 것이 치료 효과비를 높일 수 있는 방법으로 사료된다⁹⁾. 그리고 호흡주기에 따른 선량은 유의한 차이를 보이지 않았다. 그 럼으로 같은 조건이라면 상대적으로 넓은 범주의 30~70% 호흡주기를 적용하는 것이 치료시간을 단축시킴으로써 환 자의 재현성 유지에 이점이 있을 것으로 판단된다.

궁극적인 방사선치료의 목적은 암조직과 정상조직과의 방사선 효과비를 상승시켜 암을 사멸시키는 것이다¹⁷⁾. 이러 한 방사선 효과비는 방사선 치료에 있어서 매우 중요한 고 려 사항이며, 특히 한 번에 대선량을 조사하는 정위적 체부 방사선치료에 있어서는 더욱 중요한 요소이다. 따라서 표적 에 들어가는 선량을 증대하는 방법처럼, 정상조직에 들어가 는 선량을 감소시킬 수 있는 적합한 체적의 설정방법 및 치 료기법의 선택은 필수적일 것이다.

본 연구결과를 토대로 유동표적의 영상을 획득하여 체적 을 설정 시, 3D CT보다 4D CT가 더 우수하다는 것을 알 수 있었다. 또한 선량에 있어서도 3D CT로 획득한 GTV보다 4D CT로 획득한 ITV의 선량이, 그리고 호흡동조 방사선치 료가 더 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 제안점으로 본 연구는 자체 제작한 펜텀의 움직임이 전후방향의 단 방향과 운동주기 3 sec, 진폭 2 cm의 제한된 조건으로 실험을 진행 하였다. 하지만 실제 환자의 경우 호흡에 의한 움직임이 동 일하지 않으며, 호흡 주기, 진폭 및 방향이 다양할 수 있다. 그러므로 추후 이런 가변적인 조건에 대한 실험과 함께 표 적 주위 정상조직의 피폭 관련 연구가 필요할 것으로 사료 된다.

Ⅴ.결 론

유동표적을 대상으로 영상획득 방식에 따른 표적체적을 비교한 결과 3D CT보다 4D CT로 영상을 획득하여 체적을 설정하는 것이 더 정확하였다. 그리고 표적체적 정의에 따 른 중심선량은 GTV보다 ITV가 더 높게 평가되었으며, 호흡 동조 방사선치료를 시행하는 것이 적용하지 않은 경우에 비 해 우수하게 나타났다. 결론적으로 폐암의 정위적 체부 방 사선치료 시 4D CT를 이용하여 체적을 획득한 후, ITV를 설정하여 호흡동조 방사선치료기법을 사용하는 것이 종양 에 선량을 집속할 수 있는 적절한 방법으로 평가되었다.