Ⅰ서 론

의료의 발전과 과학의 발달은 방사선치료분야에 많은 변 화와 개발이 진행되고 있다. 최신형 암 치료기인 TrueBeam 은 2013년부터 국내에 처음 도입을 시작하여 현재에는 7대 가 가동되고 있으며, 암환자 증가와 더불어 TrueBeam의 기 능이 매우 우수하여 보급은 증가할 것이다.

TrueBeam은 삼차원입체조형치료, 세기조절방사선치료, 영상유도방사선치료, 호흡동조방사선치료 등의 특수치료법 을 효율적으로 시행할 수 있으며, 특히 치료시간 단축과 정 확성을 향상시킨 치료기다.

의료용으로 사용되는 선형가속기는 전자를 가속하여 타 깃(target)에 충돌시켜 X선을 발생시키게 되는데 기하학적 인 구조상 중심부의 선량이 강하여 뿔 형태의 선량분포도를 나타나게 되는데 이를 평탄화하기 위해서 선속평탄 여과판 (flattening filter; FF)을 사용하여 종양에 균등한 선량이 조사될 수 있도록 설계되어 있다. TrueBeam의 가장 큰 특 징은 Flattening Filter mode와 Flattening Filter Free (FFF) mode를 선택적으로 사용할 수 있는 Dual mode로 설 계되었다. 의료용 선형가속기의 조사 두부는 가속된 전자가 외부로의 유출을 방지하기 위해 납으로 쌓여 있고, 구성으 로는 타깃, 선속평탄 여과판, 산란박, 이온전리함, 콜리메 타, 다엽콜리메타 등으로 구성이 되어 있으며, 이들은 대부 분 원자번호가 높은 납(Pb)이나 텅스텐(W)의 재질로 되어 있어 발생된 광자와의 상호작용을 통하여 광중성자를 발생 하는 것으로 알려져 있다[1]. 10MV 이상의 고에너지는 폐 암이나 복부, 골반부 등 심부에 발생한 종양 치료 시 피부에 반응은 줄이고, 암세포에만 선량을 집중할 수 있어 많이 활 용되지만 불필요한 광중성자를 일으키게 되어[2], 조사야 외 정상조직에 피폭선량으로 작용하는 단점이 있다.

선형가속기 두부의 구성품의 재질인 납과 텅스텐은 광자 와의 상호작용으로 광핵반응이 일어나게 되는데, 이 현상은 6MV를 시작으로 10 MV에서 급증하고, 15 MV 전․ 후로 최 대를 이루게 된다[3,4]. 이러한 일반적인 사항은 NCRP 79 에서 논의된 바 있고, 이에 대한 관심이 고조됨에 따라 많은 연구자들에 의해 꾸준하게 연구가 이루어지고 있다[5-7]. 방사선치료 과정에서 발생된 광중성자가 치료실 내 환자에 게 미치는 영향에 대하여 연구한 바 있고[8], 광중성자를 비 롯한 광핵반응에 의해 생성되는 입자들에 의한 선량을 평가 한 바도 있다[9].

광중성자는 고유의 특성상 치료실 내 뿐만 아니라 시설 밖의 일반인 구역에도 일부 영향을 줄 수 있어 시설을 설비 함에 있어 차폐계산 시 중요하게 고려되는 사항이며, 관계 기관인 한국원자력안전기술원으로 부터 엄격한 관리와 규 제를 받고는 있지만 보다 많은 영향이 미치는 치료실 내 환 자에 대해서는 의료과정에서 이익이 크다는 이유로 환자에 대한 안전관리에는 소극적인 것이 현실이다[10].

중성자의 방사선가중인자는 에너지에 따라 알파(α)입자 와 비슷한 수준으로 높다고 정의하고 있으며(ICRP 60), 방 사선가중인자가 높다는 것은 동일한 선량을 인체에 조사할 경우에 위해(危害) 정도가 증가할 수 있음을 시사하고, 확률 적 영향을 고려한다면 암 발생확률도 증가할 수 있음을 시 사한다[11].

기존의 선형가속기의 단점을 보완하고 암 치료의 효율성 을 높인 의료용 선형가속기 TrueBeam의 수요는 증가할 것 이 분명하며, 여러 가지 변화 중 특히 선속평탄 여과판을 사 용하지 않는 것이 큰 변화라 할 수 있어 FF mode와 FFF mode 간 광중성자의 평가는 다각적으로의 많은 연구가 이 루어져야 할 것이며, 국내에서는 이러한 변수에 대한 선량 평가를 시행한 바 있다[12]. 또한 광중성자는 2차 암 발생확 률에 영향을 미칠 수 있으므로[13] 여러 가지 방사선치료과 정에서 작용하는 치료변수의 변화에 따라 발생되는 광중성 자의 정량적인 평가를 통하여 피폭을 최소화 할 수 있는 치 료법을 제안하여 암 치료를 받는 환자들의 이중고의 해소와 삶의 질 향상에 기여하고자 한다.

Ⅱ재료 및 방법

1연구재료

본 연구의 재료는 미국 Varian사에서 제작한 선형가속 기 TrueBeam stx(varian, USA) model을 대상으로 하였 으며, 이는 60쌍의 HD 120 MLC를 장착하여 정밀도가 높 고, 최대 조사야는 40㎝×22㎝이며, 다양한 X선과 전자 선을 선택적으로 사용할 수 있다. 특히 6MV X선에서는 1,200MU/min, 15MV에서는 최대 2,400MU/min의 선량 률로 조사가 가능해 정확성은 물론 치료시간도 단축시킬 수 있는 특징이 있다.

발생된 광중성자 수집을 위해서는 한국천문연구원에서 개발한 조직등가비례계수기(Korea Tsssue Equivalent Proportional Counter; KTEPC)를 사용 하였으며, 이는 우 주 개발에 따른 우주승무원 피폭관리와 원자력발전소 등에 서 활용 되고 있고, 고에너지 방사선치료 시 발생되는 광중 성자를 평가하기 위해 국내 연구자에 의해 사용된 바 있다. 또한 A-150 조직등가물질을 이용한 비례계수기로서, 미소 선량(microdosimetry) 측정용으로 개발된 검출기이며, 미 소체적에 전달된 에너지를 측정하여 선에너지부여(lineal energy transfer; LET) spectrum을 측정할 수 있기 때문 에 인체의 등가선량을 직접 평가할 수 있는 특성이 있다. KTEPC 검출기의 측정범위는 0.01 ≤ LET ≤ 500 keV/μm 로 저에너지 광자선 부터 고에너지 하전입자의 광중성자를 측정할 수 있으며, 증폭률을 조절하면 최대 1,000 keV/μm 까지도 측정이 가능하다. 또한 저 LET와 고 LET 모두 측정 이 가능하고 직접 등가선량을 평가할 수 있으며, KTEPC의 모형(Fig. 1), 측정원리는 (Fig. 2)와 같다.

2연구방법

선형가속기의 겐트리 각도는 0°로 위치한 후 SSD 100 cm, 조사야 10 cm×10 cm, 선량률은 300 MU/min, 선량 은 2 Gy를 각각 조사하였으며, 측정 점은 8개의 방향의 13 개 지점(Inferior 100 cm, Rt. 100 cm, RPO 100 cm, RAO 100 cm, Superior 100 cm, LAO 100 cm, Lt. 100 cm, LPO 100 cm, Inferior 150 cm, RPO 150 cm, Rt. 150 cm, Lt. 150 cm, LPO 150 cm)에서 광중성자의 양을 측정하였고 변 수로는 10MV FF mode와 10MV FFF mode간 평가, 10 MV FF mode와 15MV FF mode간 평가, 1순으로 평가하였 다(Fig. 3).

Ⅲ결 과

110 MV FF mode와 FFF mode간 광중성자 선량 평가

10MV FF mode, 10MV FFF mode간 평가에는 10MV FF mode가 모든 측정 점에서 높게 평가되었으며, 8개 방향 에 따라서는 Superior 방향에서 10MV FF mode는 0.455 mSv와 10MV FFF mode는 0.152 mSv로 33.4%의 가장 많 은 차이가 나타났으며, 10MV FF mode에서 전체 평균 7% 이상 많이 발생하였고 동일한 방향에서는 조사두부에서 가 까울수록 높게 나타났다(Fig. 4).

2FF mode에서 10 MV와 15 MV 에너지에 따른 광중성자 선량 평가

15MV FF mode와 10MV FF mode간 광중성자에 대한 측정 결과, 전반적으로 15MV FF mode에서 높게 평가되었 고, 방향 기준으로는 겐트리 방향 Superior에서 0.402 mSv 로 가장 높게 평가되었으며, 15 MV FF mode가 전체 평균 6.9%가 높게 발생되었고, 동일한 방향에서는 조사두부에서 가까울수록 높게 나타났다(Fig. 5).

315 MV FF mode와 10 MV FF mode, FFF mode간 평가

10 MV FF, 10 MV FFF, 15 MV FF mode 모두 Superior 방향에서 높게 평가되었으며, 동일한 방향에서는 조사야 중 심으로부터 거리가 멀어질수록 비례적으로 감소하는 것으 로 평가되었다(Fig. 6).

Ⅳ고 찰

본 연구에서는 암 방사선치료분야에서 각광 받고 있는 의 료용 선형가속기 중 TrueBeam을 대상으로 그 핵심인 FFF mode와 FF mode 간 발생되는 광중성자의 양을 평가하였으 며, 부가적으로 10 MV와 15 MV 에너지에 따라서도 광중성 자를 평가하였다.

연구 방법으로는 겐트리를 0°에 위치하고 SSD는 100 cm 로 조사야 중심으로부터 8개의 측정방향의 13개 지점 (Superior 100 cm, RAO 100 cm, Rt. 100 cm, Rt. 150 cm, RPO 100 cm, RPO 150 cm, Inferio 100 cm, Inferio 150 cm, LPO 100 cm, LPO 150 cm, Lt. 100 cm, Lt. 150 cm, LAO 100 cm)에서 평가를 하였으며, 조사 조건으로는 선량 률 300 MU/min, 선량은 2 Gy를 조사하였으며, 측정을 위 한 선량계는 조직등가비례계수기(KTEPC)를 사용하였다.

10 MV FF mode와 FFF mode 간 측정결과, 10 MV FF mode가 모든 측정 점에서 높게 평가되었으며, Superior 방 향에서 0.455 mSv와 0.152 mSv로 가장 많은 차이를 보였 으며, 평균 20% 이상 많이 발생했다. 또한 동일한 방향에서 는 조사야 중심에서 거리가 멀어질수록 감소함을 확인할 수 있었다.

FF mode에서 10 MV와 15 MV 에너지 변화에 따라서는 15 MV가 모든 방향에서 높게 평가되었으며, 방향 기준으로 는 Superior 방향에서 0.402 mSv로 가장 높게 평가되었으 며, 전체 평균 14% 이상 발생되었다. 이 역시 조사야 중심으 로부터 거리가 멀어짐에 따라서 광중성자의 발생량도 비례 적으로 감소함을 확인할 수 있었다.

10 MV FF, 10 MV FFF, 15 MV FF mode 모두 Superior 방향에서 높게 평가되었으며, 동일한 방향에서는 조사야 중 심으로부터 거리가 멀어질수록 비례적으로 감소하는 것으 로 평가되었다.

이를 종합해보면 10 MV 에너지에서 FFF mode와 FF mode 간에는 FFF mode에서 30%이상 광중성자의 발생량 이 감소하였고, FF mode에서 10 MV와 15 MV 에너지 변화 에 따라서는 15 MV에서 전반적으로 높게 평가되었다. 또한 10 MV FF mode, 10 MV FFF mode, 15 MV FF mode 간 평가에서는 15 MV FF, 10 MV FF mode, 10 MV FFF mode 순으로 10 MV FFF mode에서 광중성자의 양이 가장 낮은 것으로 평가되었다. 이는 2 Gy을 1회 조사한 결과의 양으로 극히 적을 수는 있겠으나 일반적으로 암 방사선치료에 사용 되는 총 선량과 총 횟수를 고려한 측면에서 본다면 결코 무 시할만한 선량은 아닐 것이다. 중성자는 에너지에 따라서 방사선가중인자가 에너지에 따라서 양성자나 광자에 비해 수배로 높은 특성이 있다. 방사선가중인자가 높다는 것은 동일한 선량을 인체에 조사하더라도 위해정도가 높을 수 있 음을 시사하고 확률적 영향 측면에서는 2차 암 발생확률도 높음을 의미한다.

일본 후쿠시마 원전사고로 인하여 방사선 안전에 대한 사 회적 인식의 변화와 규제기관의 규제가 날로 엄격해지고 있 는 것이 현실이다. 방사선은 우리 사회에 여러모로 도움을 주고 있지만 또한 이로 인한 피해도 발생할 수 있는 만큼 원 자력법에서 정한 규정을 반드시 준수해야 한다. 특히 고에 너지 방사선발생장치나 방사성동위원소를 이용한 암 방사 선치료에서 여러 가지 사고로 이어진다면 그 피해는 상당히 크게 된다. 이를 이용한 의료행위 및 방사선을 이용함에 있 어서 원자력법에서 정한 바 진료를 위해 불가피하게 사용 하더라도 피폭을 사회·경제적으로 고려해 합리적으로 달성 가능한 수준까지 낮춘다는 ALARA(As Low As Reasonably Acceptable) 원칙에 따라 운영, 건설되고 있다. 물론 방사 선치료 시설과 방사선종사자에 대한 관리는 철저히 되고 있 지만 암 방사선치료를 받는 방사선치료실 내 환자에 대해서 는 의료의 득이 크다는 이유로 안전관리에 소극적이 것이 현실이다. 암 환자는 자신이 암 환자라는 이유만으로도 충 분히 고통스럽고 또한 여성 환우들 경우 우울증에 시달리기 도 한다. 그리고 암의 방사선치료는 수회로 끝나는 것이 아 니고 최소 2개월 정도가 소요되어 시간적, 경제적, 육체적 측면에서도 많은 어려움이 따른다. 여기에 방사선치료로 인 한 부작용과 제 2차 암이 발생할 수도 있다는 확률이 더해진 다면 방사선치료를 받는 암 환자는 이중고에 처해질 수도 있는 현실이다. 선형가속기의 물리적인 특성상 광중성자의 발생을 원천적으로 차단하기가 쉽지는 않겠지만 이러한 사 실을 충분히 인지하여 문제점 해결에 힘써야 할 것이며, 또 한 암 방사선치료 관계 종사자는 정상조직에 불필요하게 조 사되는 광중성자에 대한 차폐의 필요성에 대해 인지하고 여 러 가지 인자를 고려할 때 피폭의 저감화를 위한 노력이 필 요할 것으로 사료된다.

Ⅴ결 론

TrueBeam은 삼차원입체조형치료, 세기조절방사선치료, 영상유도방사선치료, 호흡동조방사선치료 등의 특수치료법 을 효율적으로 시행할 수 있으며, 특히 치료시간 단축과 정 확성을 향상시킨 치료기로 현재 학계에서 각광을 받고 있으 나 기존의 선형가속기와 구조가 비슷하여 이 역시 광중성자 를 발생시킨다.

선형가속기의 구조적 특성상 광중성자의 발생을 원천적 으로 차단하기는 어렵겠지만 관계 종사자는 이러한 연구자 들의 연구 결과를 토대로 치료의 효율성은 물론 암 치료를 받는 환우들의 정상조직 보호에도 각별한 주의와 관심을 가 지고 치료계획을 수립해야 할 것이며 치료부위 외 정상조직 의 차폐에도 많은 관심을 가져야할 것이다. 광중성자의 발 생이 최소화 되는 FFF mode의 활용을 적극 검토해야할 것 으로 사료된다.