Ⅰ.서 론

여성 유방암은 전 세계적으로 여성 암 환자 사망의 주요 인으로 꼽히고 있으며, 최근 20년간 여성 유방암 환자의 수 는 증가하고 있다. 조기 유방암 환자에서 보존적수술과 수 술 후 방사선치료는 근치적수술에 비해 생존율 차이 없이 유방조직을 보존할 수 있어 조기 유방암의 보편적인 치료방 법으로 시행되고 있다^[1,2]. 가장 널리 사용되는 유방 방사선 치료 방법은 단일 중앙축 등선량포를 통해 최적화되는 쐐기 접선조사기법(Tangential wedged fields, TWF)을 사용하 여 반대편 유방조직과 정상조직인 폐, 심장, 간에 선량을 줄 일 수 있다. 또한 최근에는 치료 표적에서의 방사선량 균질 도를 향상시키면서 주변 정상조직의 선량을 최소화하려는 시도의 일환으로 유방암 방사선치료에 세기조절방사선치료 (intensity-modulated radiation therapy, IMRT)를 수행 하고 있다. IMRT는 기존의 TWF보다 선량분포의 입체조형 관점에 있어서 우위를 가지는 것으로 보고되고 있다. 하지 만 실제 임상 적용을 위해서는 환자의 호흡운동에 위한 계 획표적부피(Planning target volume, PTV)의 치료 중 움 직임과 이에 기인하는 오차 및 영향에 대한 고려가 필요하 다. 일반적인 TWF는 유방의 피부 바깥쪽으로 2 ㎝ 가량 확 장된 조사범위를 만들어 PTV의 움직임을 고려해 방사선조 사영역에 포함되도록 치료계획을 세운다. 방사선치료는 환 자가 움직이지 않으며 긴장하지 않았을 때를 기준으로 전산 화단층촬영(Computed Tomography, CT)영상을 획득하여 방사선치료계획을 시행 후 치료실에서 동일한 자세로 치료 하기 때문에 환자의 협조가 매우 중요하다. 하지만 차폐된 공간에서 치료를 실시하며 환자는 그 공간에서 홀로 대기하 며 치료를 받아야 하므로 심리적 불안증세와 긴장감, 기침, 호흡불안 증세를 나타낼 수 있다. 또한 방사선치료는 암을 치료할 수 있도록 고선량을 조사하기 때문에 환자들은 방사 선치료 또는 방사선 수술이라는 심리적인 부담이 가중된다. 이러한 공포와 불안감들은 환자들을 더욱 긴장하게 만들게 되고 긴장상태의 환자들은 몸에 힘들 주거나 호흡이 불안하 게 되어 그 오차만큼 방사선 치료에 오차가 발생하게 된다. 그리고 유방의 크기가 큰 거대유방 환자는 피부조직이 겹치 는 부 분에서 피부 부작용의 발생가능성이 증대되며 방사선 이 조사되는 범위가 넓고 그에 따라 모양도 매우 불규칙하 여 범위 내에서 선량의 균일도가 변경될 수 있으며, 정상 조 직인 심장과 폐의 선량분포가 치료계획과 다른 결과가 나타 날 수 있다. 이러한 문제점을 줄이기 위해서 치료 전 CBCT (cone beam computed tomography), MVCT (megavoltage computed tomography), 내장영상장치(on-board imager, OBI) 등과 같은 영상 유도 기술을 이용하여 치료 전 종양의 크기와 위치 및 변형 등을 확인할 수 있으며 오차를 보정하 는데 이용된다. 이는 최초 계획한 치료방법의 정확성과 재 현성을 높여 줄 수 있으며 치료과정에서 다시 적응형방사선 치료를 수행할 수 있다. 결과적으로 적응형방사선치료는 치 료 기간 동안 발생할 수 있는 종양의 변화를 능동적으로 대 처함으로써, 결과적으로 치료성적을 높일 수 있는 기회를 제공한다^[3-4].

이러한 이유로 현재 유방암 환자대상으로 환자의 움직임 과 유방모양에 따른 선량변화를 CBCT와 변형영상정합기법 (deformable image registration, DIR)을 적용하여 적응 형방사선치료계획을 재구성하여 기존에 사용된 치료계획을 선량비교평가를 시행하고자 한다.

Ⅱ.재료 및 방법

1.환자정보

유방 보존적 수술을 시행한 여성유방암환자 5명 대상으 로 시행하였다. PTV는 CBCT에서 획득한 영상의 크기의 제 한으로 인해서 CBCT의 영상에 맞추어서 다시 그려져 확인 하였다. 관심장기(Organ at risk, OAR)는 반대쪽유방, 왼 쪽 폐, 오른쪽 폐, 심장으로 이루어졌다.

2.CBCT영상획득과 변형영상정합(DIR)

CT영상의 슬라이스 두께는 2.5 mm로 하였으며, 유방암 방사선 치료 시작 후 2주째 CBCT를 이용하여 110 kVp, 20 mA, 25 mm 영상을 획득하였고, 획득한 CBCT는 치료계획 시스템인 eclipse v.10 (Varian Medical Systems, Palo Alto, USA)과 변형영상정합시스템인 MIM6 (MIN Software Inc, Cleveland, USA)로 전송하였다. 변형영상정합 시스 템으로 보내진 CBCT와 CT는 강직영상정합(Rigid image registration)을 시행하였고, Reg Refine기반으로 영상간의 정합을 수행하여 변형영상정합기법영상(deformable image registration CT; DIRCT)를 획득하였으며, 최종결과물로 써 유방조직의 CT와 DIRCT의 CT number는 -30에서 -100 HU 값으로 CT 영상간의 전자밀도 차이가 없음을 확 인하였다(Fig. 1).

3.치료계획 방법

기존에 사용되고 있는 치료방법으로 TWF과 3차원 입체 조형치료방법인 종속조사면 병합 치료방법(field in field; FIF) 그리고 IMRT을 사용하여 치료계획용 CT와 DIRCT를 이용하여 각각 치료계획을 수행하였다. TWF은 wedge 30 를 사용하였으며, FIF 치료방법으로는 8개의 필드를 이용하 여 Dmax 107% 이하로 조정하였다. IMRT의 치료계획방법 으로는 8개의 필드를 이용하여 처방선량의 95%가 PTV에 포함되는 것을 기준으로 하였다. 각각의 치료계획 선량은 180 cGy의 분할선량으로 5040 cGy의 선량 계획을 하였으 며, 비교 평가를 위해서 변형영상정합을 시행한 DIRCT를 이용하여 기존에 사용된 치료계획과 동일하게 적응형방사 선 치료계획을 수행하였다.

4.치료계획 비교 지표

CT와 DIRCT를 이용한 치료계획비교는 선량-부피 히스 토그램(Dose-Volume histogram, DVH) 사용하였으며, PTV의 치료효과에 대한 비교는 균질성지표(homogeneity index, HI), 적합성지표(conformity index, CI), 조사범위 지표(coverage index, CVI)를 통하여 이루어졌다. HI는 PTV 내에서 선량분포의 균일한 정도를 나타내는 지표이다. HI를 구하는 식은 다음과 같다.(1)

D₂는 PTV volume의 2%에 해당하는 부분에 전달되는 선 량이며, D₉₈은 PTV volume의 98%에 해당하는 부분에 전달 되는 선량을 말한다. D_p는 환자의 처방선량이고 계산된 HI 값이 클수록 PTV 내에서의 선량 값이 고르지 못함을 의미 한다^[5].

CI는 환자에서 처방선량의 95% 값이 전달되는 부피와 PTV에서 처방선량의 95% 값이 전달되는 부피가 얼마나 일 치하는가를 나타내는 지표로 다음과 같은 식을 통해 구해 진다.(2)

V_PTV는 PTV의 부피이고 V₉₅는 환자에서 처방선량의 95% 값이 전달되는 부피이며 V95_PTV는 PTV에서 처방선량의 95% 값이 전달되는 부피이다. CI는 0과 1 사이의 값으로 값 이 클수록 환자에서 고선량(처방선량의 95%)이 전달되는 부피와 PTV가 일치됨을 의미하고 즉, 처방선량이 PTV에 한정적으로 전달됨을 뜻한다^[6].

CVI는 PTV에서 처방선량의 95% 값이 전달되는 부피가 어느 정도인지를 나타내는 지표로 값이 클수록 PTV에 전체 적으로 처방선량이 전달됨을 의미한다. 그 값은 다음과 같 은 식을 통해 구해진다^[7].(3)

환자의 움직임에 따라 PTV 주위의 관심장기에 전달되는 선량 및 위험도를 비교하기 위해 DVH 를 통하여 OAR의 선 량의 평균값, 최대값 및 장기 특성에 따라 기타 지표들을 비 교 하였다. 심장에 전달되는 선량이 100 cGy 증가함에 따라 기능에 이상이 발생할 확률이 7% 증가함을 토대로 심장에 전달되는 평균적인 선량 값을 확인해 심장의 기능에 이상이 생길 확률을 계산하였다. 폐는 선량의 평균값과 최대값 같 은 선량지표와 처방선량의 5%, 10%, 20% 선량이 전달되는 폐의 부피 (V₅,V₁₀,V₂₀)를 확인하였다.

Ⅲ.결과 및 토의

Fig. 2는 각각의 치료방법에 따라 PTV의 DVH의 차이를 보여주고 있으며, 치료방법에 따른 PTV의 HI, CVI 그리고 CI의 결과는 Table 1과 같다. HI의 결과에서 IMRT에서 CT 를 이용한 치료방법이 12.32의 결과를 나타냈으며, 반면에 DIRCT의 치료방법은 22.52로 82.8% 증가한 결과를 나타났 다. 이는 DIRCT치료방법이 기존에 사용된 CT치료방법보다 PTV의 처방선량에 비해 저선량이거나 고선량인 영역이 증 대됨으로 선량분포가 고르지 못하다는 것을 의미하며, 다른 치료방법에 비해 높은 차이를 보여주고 있다. CI의 결과 TWF, FIF, IMRT의 CT와 DIRCT의 차이는 각각 4.4%, 12.9%, 22.3%로 모두 감소하였다. 이러한 감소는 환자에서 처방선량의 95% 값이 전달되는 부피의 일치 정도가 감소했 음을 의미하며, 다른 이유로는 환자의 움직임으로 치료부위 의 깊이와 모양의 변화로 인해 PTV와 PTV주위의 관심장기 에 저선량이거나 고선량이 전달되었음을 나타낸다. CVI의 결과에서도 CT와 DIRCT의 차이는 TWF에서는 15.5% 감소 하였고, FIF는 6.2% 감소, IMRT는 20.3%로 가장 크게 감 소하였다. 이러한 감소는 CT를 이용했을 때 보다 DIRCT를 사용함으로 PTV에 처방선량이 정확하게 전달되지 않았음 을 뜻한다. 따라서 거대유방암 환자에 대한 방사선치료를 수 행함에 있어서 환자의 움직임과 호흡에 따른 PTV의 선량변 화는 기존의 유사연구 결과를 통해서 매우 높은 빈도로 발 생할 수 있을 것으로 예상되며 이를 최소화하기 위해서 환 자의 움직임과 호흡에 의한 움직임을 모니터링하고 이에 연 동된 4차원 CT를 실시하여 그 영상 토대로 표적부피를 설정 하여 최대강도투영(Maximum Intensity Projection, MIP) 영상을 사용하여 치료계획을 수행하는 방법을 통해 환자의 움직임에 따른 표적부피에서의 선량 오차를 감소시킬 수 있 을 것이라 사료된다^[9].

Table 2는 각각의 치료방법에 따른 폐, 심장, 오른쪽 유 방의 선량평가의 결과이다. 폐의 TWF 평균선량 결과는 DIRCT가 10.5% 선량 증가를 보였으며, IMRT에서도 DIRCT 가 CT보다 60.6% 선량 증가로 다른 치료방법보다 가장 큰 차이를 보였다. 하지만 FIF에서 폐의 평균선량은 0.21% 증 가한 결과를 보여주고 있다. 폐의 최대선량은 TWF에서의 CT와 DIRCT 차이가 483 cGy로 감소하여 다른 치료계획보 다 높은 결과가 나타났으며, V₅, V₁₀, V₂₀에서는 TWF 치료 방법이 38.2%, 21.32%, 9.59%의 증가를 보였으며, FIF는 각각 6% 미만의 선량 증가를 보였다. 더욱이 IMRT의 V₁₀은 55.6% 증가했으며, V₂₀은 93.6%의 선량 증가의 결과를 보 여주고 있다. 심장 평균선량과 최대선량은 TWF, FIF는 감 소하는 결과를 보여주었으며, IMRT의 평균선량은 25.3% 증가하였고, 최대선량도 1.6% 증가하였다. 치료부위 반대 쪽 유방의 평균선량은 IMRT에서 DIRCT가 CT보다 76.7% 증가되었으며, 최대선량은 25.3% 증가하였다. 결과적으로 IMRT치료방법이 다른 치료방법을 사용한 것보다 오히려 환 자의 움직임에 따른 폐와 심장의 선량 증가로 인해 부작용 발생이 높아질 것이라 사료된다. BR Lee.등의 연구결과에 의하면 유방암에서 IMRT와 입체세기조절방사선치료가 기 존에 TWF 비해 우수한 결과를 보인다고 보고하였다^[8]. 하 지만 본 연구에서 보여주는 것처럼 CT만을 이용했을 때 DVH의 결과로 방사선치료 시 환자의 움직임을 DIRCT로 획 득하여 재치료계획을 시행했을 때에는 오히려 반대의 결과 를 보여주었다.

본 연구의 결과에 의하면 거대유방암 환자의 방사선치료 목적에 대해서는 CT를 이용한 IMRT 치료방법이 가장 좋은 결과를 보여주고 있지만, DIRCT를 사용했을 때는 오히려 IMRT에 비해 FIF방법이 더 효율적이라 사료된다.

Ⅳ.결 론

본 연구에서는 거대유방암환자 방사선치료 시 환자의 움 직임과 유방 모양에 따른 선량변화를 알아보고자 DIRCT을 획득하여 TWF, FIF, IMRT의 선량비교를 평가하고자 하였 다. 하지만 DIRCT를 이용하여 선량분포를 재평가하는 것은 환자의 움직임과 모양에 따른 오차를 보여주는 결과이므로 유방암 모든 환자에게 적용하기는 무리가 있으며, 이러한 오차를 확인하고자 본 연구를 수행을 하였다. 결론적으로 유방암 방사선치료 시 환자의 움직임과 셋업 오차로 인해 유방모양의 변경을 감암했을 때 TWF와 IMRT보다 FIF 방 법을 이용했을 때 반대편 유방과 심장, 폐의 피해선량을 효 과적으로 감소시킬 수 있을 것으로 사료된다.

이러한 방사선 치료의 오차를 줄이기 위해 환자의 움직임 의 재현성을 고려한 영상간의 정합을 수행하는 변형영상정 합기법 연구와 환자고정기구의 개발이 있어야 된다고 사료 된다.