Ⅰ. 서 론

유방암은 여성에게 대표적인 질병으로, 세계적으로 흔한 암으로 알려져 있다. 보편화된 건강검진으로 인한 조기 진 단 및 치료의 발전으로 유방암 환자 수와 기대수명이 증가 함에 따라 치료 이후의 부작용을 줄이는데 집중하고 있다 [1-3].

유방암의 치료 방법은 유방 보존 절제술, 변형 근치적 절 제술 및 감시림프절 생검 혹은 액와림프 절제술을 시행하고 있다[4]. 다수의 실험에서 유방 보존 절제술 후 방사선 치료 의 효과는 초기 유방암 치료에서 큰 부작용 없이 종양 제어 에 효과적이라고 보고되었다[5-6].

유방암 환자 중 보존 근치술(Breast Conservative Operation, BCO)을 시행하고, 림프절 전이가 없는 환자를 대상으로 접선조 사를 이용한 방사선치료가 주로 사용되고 있다[7-10].

유방암의 방사선치료는 쐐기필터를 이용한 유방의 모양 에 따른 두께차이를 보상하는 기존의 방사선치료방법에서 유방의 모양에 따른 두께차이를 보다 정밀하게 보정하여 유 방 내에 보다 균등한 선량 전달할 수 있는 Field-in-Field Technique 치료방법의 발달로 쐐기필터의 한계를 극복하고 여러 장점이 있어 최근 많이 이용되고 있다[11-15]. 하지만 치료 field안에 여러 field가 있어 단일 field의 선량전달 보 다 복잡한 선량전달을 하게 된다. 여러 field에 의한 선량 전 달 중에 환자의 호흡이 불규칙하거나 갑작스런 호흡의 변화 가 발생하면 유방 내의 선량분포 변화가 발생할 수 있다 [14]. 따라서 본 실험에서는 인체모형을 제작하여 호흡에 의 한 움직임을 반영할 수 있는 Moving device를 이용해서 호 흡변화에 따른 움직임이 Field-in-Field Technique 방사 선치료 시 유방 내의 선량분포에 미치는 영향을 알아보고자 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 대상 및 재료

유방암 환자의 전산화단층영상을 바탕으로 3D 프린터 (Builder Extreme 1000)를 이용하여 체적을 동일하게 묘사 한 인체모형을 제작하였다. 제작한 인체모형을 전산화단층 촬영하고 전산화치료계획시스템(Eclipse 13.6, Varian, USA) 을 이용하여 6MV, Field-in-Field technique을 이용한 260 cGy/fx의 치료계획을 수립하였다. 호흡의 변화에 따른 유방내의 선량분포는 인체모형을 QUASAR Programmable Respiratory Motion Phantom (Moudus Medical Device Inc. CANADA)을 이용하여 0.1 cm, 0.3 cm, 0.5 cm 진폭 으로 움직이면서 모스펫검출기(Metal OXIDE Silicon Field Effect Transistor, MOSFET, Best Medical, Canada)를 이용하여 Field in Field의 치료계획 상 선량의 변화가 급격 히 일어나는 임의의 점 4곳의 인체모형 내부 선량을 측정 비 교하였다.

2. 연구방법

1) 팬텀제작

팬텀제작을 위해 필요한 환자의 유방 용적은 무작위로 선 정하여 컴퓨터단층촬영(Computed Tomography; CT)을 통 해 평균의 용적을 획득하였다. 촬영된 CT 영상에 유방 외형 을 전산화치료계획시스템(Eclipse version 13.6, Varian, USA)을 이용하여 그 구조를 획득하였다. 팬텀 제작을 위해 필요한 유방의 구조를 디지털 의료 영상 전송장치(Digital Imaging and Communication in Medicine; DICOM) 파일 로 만들어 DICOM 파일을 3D Slicer (Slicer 4.6, BWH and 3D Slicer)를 이용하여 STL(STereoLithography) 파일로 변환하였다. STL로 변환한 파일은 다시 Cura(Cura 2.4, Ultimaker, Netherlands) 프로그램을 이용하여 인체 모형 제작을 위한 주형틀로 편집해 3D 프린터로 출력하였다. 출 력에 사용한 3D 프린터는 Builder Extreme 1000(Builder 3D Printers B.V. Netherlands)을 사용하여, 노즐사이즈 0.4 ㎜, 적층 두께 1 ㎜, 온도 220℃ 조건을 가지고 설계에 맞추어 2차원의 층을 아래에서부터 쌓아 제조하는 적층제조 법 (Fused Deposition Modeling; FDM) 방식으로 주형틀 을 제작하였으며[Fig. 1], 주형틀 안에 Cradle을 이용해서 인체 모형을 제작하였다[Fig. 2]. 인체 모형안에 모스펫검 출기 4개를 삽입할 수 있도록 하였다[Fig. 3].

2) CT 영상 이미지 획득 및 치료계획

제작된 팬텀을 120 kV, 200 mA, 2.5 ㎜ Thickness 조건 으로 CT 영상을 획득하였다. 치료계획은 전산화치료계획시 스템(Eclipse version 13.6, Varian, USA)을 이용하여 6 MV, Field-in-Field technique을 이용한 260 cGy/fx의 치료계획을 수립하였다[Fig. 4].

3) 실험과정

(1) 팬텀의 위치 재현성

인체 모형 내 선량측정을 위해 Trilogy(Varian Medical Systems, Palo Alto, USA) 선형가속기를 이용하였고, 측정 전 위치 정보를 확인하기 위해서 On-Board Imaging(OBI) System(Varian Medical Systems, Palo Alto, USA) 으로 획득한 kilo-Voltage(kV) X-ray 영상과 Cone-Beam CT (CBCT) 영상을 이용한 모스펫검출기의 marker point를 기준 으로 Image Guided Radiation Therapy(IGRT)를 실시하여 선량 측정 위치에 대한 정확성을 확보하였다.

(2) 모스펫검출기의 검출 재현성 실험

광자선 6 MV에서 MOSFET의 검출 재현성을 측정하기 위해 Trilogy(Varian Medical Systems, Palo Alto, USA)을 이용하 여 10, 30, 50, 100, 200, 300 cGy의 선량을 전달하여 MOSFET 에 측정되는 값을 알아보았다. 방사선의 후방 산란(Back scatter)을 막기 위해 20 x 20 x 1 cm 고체 팬텀(Solid Phantom) 을 5장 쌓아 올려 그 위에 MOSFET을 4개 위치시켰다. 그리고 검출기 위에 조직등가물질(Bolus) 1 cm을 위치시키고 조사야 10 x 10 cm², SSD(Source to Surface Distance, SSD) 100 cm 에서 dose 10, 30, 50, 100, 200, 300 cGy에 해당하는 MU(Monitor Unit)를 10회 반복 측정하여 재현성을 평가하였 다[Fig. 5].

(3) MOSFET을 이용한 치료계획 선량측정

Cradle를 이용한 인체모형은 조직등가물질로 보정하여 선량을 측정하였으며, 인체 모형의 내부 선량 측정을 위해 선량변화가 가장 많이 일어나는 임의의 지점 표면에서 내 부방향으로 1 cm 간격으로 총 4개의 모스펫검출기(Metal OXIDE Silicon Field Effect Transistor, MOSFET)를 위 치시켜[Fig. 3], 전산화치료계획에 맞추어 5회 반복 선량을 전달하여 선량 측정값과 치료계획의 선량값을 비교분석 하 였다.

(4) 호흡에 의한 움직임에 따른 선량변화 측정

호흡에 의한 움직임을 반영하기 위하여 인체 모형을 QUASAR Programmable Respiratory Motion Phantom (Moudus Medical Device Inc. CANADA)을 이용하여 Anterior, Posterior 방향으로 0.1 cm, 0.3 cm, 0.5 cm의 진폭으로 움 직이면서 내부 선량 측정을 위해 표면에서 내부방향으로 1 cm 간격으로 총 4개의 모스펫검출기(Metal OXIDE Silicon Field Effect Transistor, MOSFET)를 위치시켜 전 산화치료계획에 맞추어 5회 반복 선량을 전달하여 선량 측 정값을 비교분석 하였다[Fig. 6].

Ⅲ. 결 과

1. 치료계획 선량

치료계획 상 선량의 변화가 급격히 일어나는 임의의 점 4곳의 선량은 전산화치료계획시스템(RTP. Version 13.6 Varian^TM, USA)를 통해 Fig. 7과 같이 각 점에서의 선량은 A point 276.3 cGy, B point 276.5 cGy, C point 275.2 cGy, D point 268.4 cGy로 평가하였다[Table 1].

2. MOSFET의 검출 재현성 실험

6 MV 광자선에서 10, 30, 50, 100, 200, 300 cGy의 선량 을 10회 반복 측정하였을 때, 4개의 검출기 재현성은 3% 내에 서 일정하였다. 3개의 MOSFET은 선량이 증가함에 따라 상 관계수 R² = 0.99의 선형성을 나타냈고, 1개의 검출기에서는 R² = 1.00의 선형성을 나타냈다[Table 2][Fig. 8].

3. 움직임이 없는 경우일 때 인체 모형 선량 (Phantom dose)

인체 모형 내 동일한 각 점에서 선량은 5회 측정 평균이 A point 276.29 cGy, B point 276.49 cGy, C point 275.19 cGy, D point 268.39 cGy로 측정되었다[Table 3]. 치료계획 선량과 비교하였을 때 A point 99.99%, B point 99.99%, C point 99.99 %, D point 99.99%로 분석되었다.

4. 움직임이 있는 경우일 때 인체 모형 선량 (Phantom dose)

움직임의 차이가 0.1 cm일 경우 인체 모형 내 동일한 점 4곳의 선량은 5회 측정 평균이 A point 276.28 cGy, B point 276.49 cGy, C point 275.19 cGy, D point 268.39 cGy로 측정되었다[Table 4]. 치료계획 선량과 비교하였을 때 A point 99.99%, B point 99.99%, C point 99.99%, D point 99.99%로 분석되었다.

움직임의 차이가 0.3 cm일 경우 인체 모형 내 4곳의 선량은 5회 측정 평균이 A point 276.30 cGy, B point 276.49 cGy, C point 275.20 cGy, D point 268.39 cGy로 측정되었다 [Table 5]. 치료계획 선량과 비교하였을 때 A point 100.00%, B point 99.99%, C point 100.00%, D point 99.99%로 분석 되었다.

움직임의 차이가 0.5 cm일 경우 인체 모형 내 4곳의 선량은 5회 측정 평균이 A point 276.29 cGy, B point 276.53 cGy, C point 275.23 cGy, D point 268.35 cGy로 측정되었다[Table 6]. 치료계획 선량과 비교하였을 때 A point 99.99%, B point 100.00%, C point 100.00%, D point 99.99%로 분석되었다.

Ⅳ. 고 찰

본 실험에서 치료계획 상 선량변화가 급격히 일어나는 각 점 4곳에서의 선량은 A point 276.3 cGy, B point 276.5 cGy, C point 275.2 cGy, D point 268.4 cGy로 평가 되었 으며, 치료계획 선량과 비교하였을 때 A point 99.99%, B point 99.99%, C point 99.99%, D point 99.99%로 분석되 었다.

움직임의 차이가 가장 큰 0.5 cm의 경우 각 점에서의 측정한 선량의 평균은 A point 276.29 cGy, B point 276.53 cGy, C point 275.23 cGy, D point 268.35 cGy로 측정되었다. 치료계획 선량과 비교하였을 때 A point 99.99%, B point 100.00%, C point 100.00%, D point 99.99%로 분석되었다. 본 연구의 한계점은 한 환자를 대상으로 phantom영상을 이용 하여 진행하였기 때문에 각 개인의 환자마다 유방의 모양과 용적이 서로 다를 수 있는 점이 반영되지 못한 점과 선량평가에 있어서 Homogeneity index (HI)나 Conformity Index(CI)를 이용한 선량평가가 아닌 MOSFET을 이용한 포인트 선량평가에 있다. 포인트 선량평가는 유방내의 dose cloud를 기준으로 field size가 조정되는 Field-in-Field Technique 치료에서 굉장히 많은 포인트의 선량평가가 아닌 이상 움직임을 정확하게 반영할 수 없기 때문이다. 또한 호흡의 영향에 의한 움직임을 Anterior, Posterior 방향으로 평가한 점이 실제 환자 치료와 차이가 있을 수 있는 점이다. 더불어 반대측 유방에 들어가는 선량도 적절히 평가되어야 한다고 보고되고 있다[16]. 향후 실제 환자 치료 시 EPID CINE MODE를 통한 획득한 이미지를 분석 평가하거나 C-RAD를 이용한 호흡의 의한 유방의 움직임 평가를 고려해야 할 것으로 사료된다.

Ⅴ. 결 론

유방 내에 균등한 선량 전달할 수 있는 Field-in-Field Technique 치료 시 환자의 호흡의 변화에 따른 움직임 변화 함에 따라 치료계획과 실제 전달되는 선량에 얼마나 영향을 미치는지 알아보고자 하였다. 호흡의 크기가 증가함에 따라 측정지점에서 선량의 차이는 0.01% 이하의 차이를 보였다. 따라서 호흡변화에 따른 field 내 선량은 차이가 없었다는 결과에서 보듯이 복부나 폐의 경우처럼 호흡에 따른 횡경막 의 움직임에 영향을 받는 위치의 장기와는 다르게 유방의 경우 환자의 고의적인 호흡 변화가 아닌 이상 움직임이 적 은 점을 고려해 본다면 호흡의 영향을 크게 고려하지 않아 도 문제가 되지 않는다고 사료된다. 하지만 보다 안전하고 정확한 방사선치료의 선량 전달을 위하여 치료 중에 환자의 호흡 상태를 지속적으로 모니터링 하는 것은 무엇보다 중요 하다고 판단된다.