Ⅰ.서 론

많은 환자들에게 적용하고 있는 부피세기조절회전치료 (Volumetric modulated arc therapy; VMAT)는 3차원 입체 조형치료(3D conformal radiation therapy; CRT)와 달리, 한 개의 조사면에서 다엽콜리메이터(Multi leaf collimator; MLC)를 이용하여 여러 개의 작은 조사면 으로 나눠서 각각의 조사면 마다 선량을 달리 전달하고, 갠트리 속도, 선량률, 다엽콜리메이터 모양을 동시에 변화시키면서 종양 및 주변 정상조직에 최적의 선량을 전달하는 방사선 치료 기술이다^[1].

치료 기술이 고도화되고 정밀화됨에 따라 먼저 치료계획 시스템에서 정확한 치료계획이 수립되어야 하며, 치료 전에 치료계획의 정확성에 대한 정도관리(Quality assurance; QA), 치료 중과 치료 후에도 계획한 선량이 정확히 전달되 는지에 대한 환자 치료 선량 검증(Patient treatment dose verification)의 중요성이 더욱 증가 되고 있다^[2].

치료 전 정도 관리의 가장 일반적인 방법은 환자에 대해 치료계획을 수립하고, 조직등가물질인 고체 팬텀에 치료 계획을 적용한 후, 실제 치료와 동일한 과정으로 선량을 전달한다. 1개 이상의 측정 점에서 전리함(Ion chamber)을 이용해서 점 선량을 측정하고, 필름 또는 전리함배열(Ion chamber array), 반도체검출기배열(Diode detector array) 등 2차원 선량계를 사용하여 선량분포를 측정하여 감마지표 분석법(Gamma index method)을 이용해서 허용기준 이내 에서 치료가 시행되는지 확인해 왔으나, 일반적으로 이러한 방식은 많은 시간과 노력이 요구되는 단점이 있다^[3].

이 때문에 최근 Quan J. 등의 연구에 의하면 부피세기조 절회전치료 시 다엽콜리메이터의 움직임이 기록되어 있는 다이나로그 파일(Dynamic MLC log file, Dynalog file)을 이용한 정도관리 기술이 보고되고 있다^[4].

본 연구에서는 미국의학물리학회(American association of physicists in medicine; AAPM)에서 제안된 TG-119 보 고서에서 설정한 치료계획을 바탕으로 선량을 전달하여 생 성되는 다이나로그 파일을 이용하는 정도관리 소프트웨어 가 임상에 사용이 가능한지 반도체검출기배열과 비교하여 평가하였다.

Ⅱ.대상 및 방법

1.정도관리(QA)를 위한 치료계획

측정 시 고체 팬텀은 I'mRT phantom(IBA dosimetry, Schwarzenbruck, Germany)을 사용하였고, 치료계획에 사 용될 영상 획득은 컴퓨터 단층 모의치료장치인 Sensation open(Siemens Healthcare, Germany)을 이용하였다.

치료계획시스템은 Oncentra MasterPlan VMAT(Nucletron BV, Veenendaal, Netherlands)를 사용하였다. 싱글 아크 와 듀얼 아크, 멀티플 아크가 가능하고 갠트리 속도와 선량 율의 변환이 가능하여 갠트리 조절점(Control point)과 선 량 전달시간(Dose delivery time)을 사용자가 선택할 수 있 다. 특히 그래픽 처리장치(Graphic Process Unit; GPU)를 장착하여 치료계획 시간을 좀 더 단축할 수 있는 장점이 있다.

미국의학물리학회 웹 사이트(http://www.aapm.org. pubs/tg119/default.as)에서 제공하는 5가지 구조세트 (Structure set)를 참고하여 표적(Target)과 위험장기 (Organ at risk; OAR)를 설정하였다(Fig. 1). 다중 표적 (Multi target)은 상위 표적(Superior target), 중심 표적 (Center target), 하위 표적(Inferior target)을, 전립선 (Prostate)은 치료계획 표적용적(Planning Target Volume, PTV), 직장(Rectum), 방광(Bladder)을, 두경부(Head & Neck)는 치료계획표적용적(PTV), 좌-우측 귀밑샘(Lt-Rt parotid gland)을, C-모양(C-shape, easy & hard)에서는 치료계획 표적용적(PTV)과 코어(Core)를 묘사하였다.

모든 치료계획은 6 MV 광자 선(Photon beam)을 이용하 였고, 아크의 각도는 356°, 갠트리 조절점은 2°, 아크 수 2개(시계방향, 반시계방향), 선량 전달시간은 90초를 사 용하였다. 선량 제한치(Dose constraints)는 DVOs(Dose volume objectives)를 사용하여 설정하였고, 선량 계산 알 고리즘은 CCC(Collapsed cone convolution)를 사용하였 다. 선량 계산 격자 크기(Dose calculation grid size)는 모 든 방향에서 2 mm를 사용하였고, 최적화(Optimization)는 보고서에서 제시된 조건을 사용하였다^[2].

2.선량전달(Beam delivery) 및 다이나로그 파일 (Dynalog file)획득

선량 전달은 120개의 다엽콜리메이터(Millenium MLC) 가 장착된 선형가속기 Clinac iX(Varian Medical System, Palo Alto, CA)를 사용하였다.

전달된 선량을 재구성하는데 필요한 다이나로그 파일은 부피세기조절회전치료를 하는 동안 다엽콜리메이터 엽 (Leaf)의 위치, 갠트리 움직임, 빔의 온오프(On/Off)에 관한 정보 등 치료 전달에 관한 정보가 기록된 파일이다 (Fig. 2). 치료가 끝나면 각 조사 영역에 대해 A bank, B bank로 분리되어 동적다엽콜리메이터조절기(Dynamic Multileaf collimator controller)에 의해 50 msec 단위 로 자동으로 저장된다^[7].

정도관리 소프트웨어를 사용하기 위해서는 먼저 본 원의 선형가속기의 선량 전달을 위한 기초 자료(Beam data)를 측정해야 한다. 물 팬텀 Blue phantom² (IBA dosimetry, Schwarzenbruck, Germany)을 사용하여 심부선량백분율 (Percentage depth dose; PDD), 출력계수(Output factor; OF), 축 외 선량비(Off axis ratio; OAR)를 다양한 조사면 에서 측정하여 적용하였다.

치료계획을 시행하면 디지털 의료 영상 전송(Digital imaging and communications in medicine; DICOM)포맷 으로 치료계획(RT Plan; RP), 치료구조(RT structure; RS), 치료선량(RT dose; RD)파일이 생성된다. 치료계획(RP)파 일은 조사영역의 수, 각 조사영역 당 세그먼트 수, 갠트리 조절점 당 엽(Leaf)의 위치 등 환자 치료 시 선량을 전달하 기 위한 전반적인 치료계획정보를 가지고 있는데, 이를 바 탕으로 선형가속기에서 선량을 전달하면 갠트리와 콜리메 이터, 다엽콜리메이터 등의 정보 값이 담겨있는 다이나로그 파일이 생성된다(Fig. 3).

선형가속기에서 선량을 전달 할 때 생성되는 다이나로그 파일을 이용하여 정도관리 소프트웨어는 재구성 치료계획 (Reconstructed RP)파일을 생성한 후 Collapsed cone convolution-superposition(CCCS) 알고리즘을 사용해서 선량을 다시 계산하고 재구성 하여 치료선량(RD)파일을 생성한다. 재구성되어 생성된 치료계획(RP)파일과 치료 선량(RD)파일을 원래의 치료계획과 비교하여 감마지표 분석법을 통해 허용기준 통과율(Passing rate)을 나타내 준다^[8].

3.절대선량(Absolute dose)평가

절대선량 평가는 보고서에서 제시한 2~3개의 측정 점에 서 선량을 측정하여 시행한다.

점 선량(Point dose)을 측정하기 위해 공동의 유효 부피가 0.13cc인 전리함 CC13(IBA dosimetry, Schwarzenbruck, Germany)과 전위계 Dose 1(IBA dosimetry, Schwarzenbruck, Germany)을 이용하였다(Fig. 4).

선형가속기의 출력변화(Output variation)를 보정해 주기 위해 보고서 권고안에 따라 교정계수(Calibration factor) 를 구하여 전리함의 측정값을 선량으로 변환하였다^[2].

표적에서 선량 전달의 정확도를 분석하기 위해 고체팬텀 에 계획된 선량 분포를 재현한 후 각 지점의 계산된 점 선량 을 측정하여, 치료계획시스템에서 계산된 점 선량과의 차이 를 분석하고, 각 지점에서 측정값은 보고서의 권고안에 따 라 상대오차(Relative error), 오차의 평균값(Mean), 표준 편차(Standard deviation)를 구하여 다음 식에 의해 신뢰 한계를 구하였다.

C L = ( | m e a n | + 1.96 σ )

4.상대선량(Relative dose)평가

상대선량 평가는 반도체검출기배열과 정도관리 소프 트웨어를 이용하였다(Fig. 4). 반도체검출기배열 Delta^4PT (Scandidos AB, Uppsala, Sweden)는 직경이 22 ㎝, 길이 가 40 ㎝인 원통형 팬텀(Cylinderical phantom)으로 외부 는 조직등가물질인 PMMA(Polymethyl methacrylate)재질 이고 내부는 1,069개의 P형 반도체검출기(P-type diode detector)가 5 ㎜ ∼ 10 ㎜ 간격으로 배열되어 있다^[9].

선량을 전달하기 전에 모의치료와 동일한 셋업 조건을 위해 전후면(AP), 측면(Lateral)방향에서 2차원 직교영 상(Orthogonal image)과 3차원 원뿔선속컴퓨터단층촬영 (Cone-beam computed tomography; CBCT)을 이용하여 정확한 위치결정을 하였다.

상대선량 평가에 주로 사용되는 Low DA. 등이 제안한 감마지표분석법은 선량 기울기(Dose gradient)가 낮은 영 역과 높은 영역에 대해 선량분포(Dose distribution, %) 와 선량차이(Dose difference, mm)를 정의된 허용기준 (Acceptance criteria)과 비교하여 γ < 1인 경우 적합으로 판정하고, 1 < γ인 경우에 부적합으로 평가한다^[10].

보고서에서 제시한 허용기준에 대한 통과율로 전체 평균 (Overall mean)과 표준편차를 구하여 다음 식에 의해 신뢰 한계를 구하였다.

C L = ( 100 − m e a n ) + 1.96 σ

Ⅲ.결 과

1.절대선량(Absolute dose)평가

Table. 1은 고체팬텀과 전리함을 사용하여 측정한 점 선 량과 치료계획시스템에서 계산한 점 선량을 비교한 값이다. 표적(Target)에서의 선량오차는 C-shape(Hard)의 고선량 영역에서 최대 2.59％, C-shape(Easy)의 고선량영역에서 최소 0.52％로 분석되었다. 평균 선량오차율은 1.41±0.9 2％였다. Fig. 5

위험장기에서의 선량오차는 두경부의 저선량영역에서 최 대 1.69％, 다중표적의 저선량영역에서 최소 0.73％로, 평 균 선량오차율은 0.89±0.86％로 분석되었다.

분석 값에 대한 신뢰도를 나타내기 위해 95% 신뢰수준으 로 설정된 신뢰한계치는 표적에서 3.21(96.79%), 위험장기 에서 2.58(97.42%)로 나타났다.

2.상대선량(Relative dose)평가

Table. 2는 허용기준에 따른 상대선량의 평가 값이다. 허 용기준 3％/3 ㎜를 적용시켰을 경우 정도관리 소프트웨어의 감마지표 통과율은 다중표적, 전립선, C-shape(Hard)에서 최대 100％, 두경부에서 최소 99.7％로, 평균 통과율은 99.9±0.14％로 분석되었고, 반도체검출기배열에서는 C-shape에서 최대 100％, 다중표적과 전립선에서 최소 99.7％로 평균 통과율은 99.78±0.2％로 분석되었다.

허용기준 2％/2 ㎜를 적용시키면 정도관리 소프트웨어의 감마지표 통과율은 C-shape(Hard)에서 최대 99.7％, 두경 부에서 최소 95.6％로 평균 통과율은 97.98±1.97％로 분석 되었고, 반도체검출기배열에서는 C-shape(Hard)에서 최 대 99.2％, 전립선에서 최소 95.3％로 평균 통과율은 96.86±1.76％로 분석되었다.

정도관리 소프트웨어와 반도체검출기배열의 신뢰한계 치는 허용기준 3％/3 ㎜에서 각각 0.38(99.62％), 0.62 (99.38％)였고 2％/2 ㎜에서는 각각 5.88(94.12％), 6.6 (93.4％)으로 나타났다.

Ⅳ.고찰 및 결론

부피세기조절회전치료와 같이 치료기술 과정이 복잡해 지고 치료영역 내에 급격한 선량변화영역이 크게 증가하게 됨에 따라 치료계획과 계산의 정확성, 치료 장비의 재현성 에 대한 포괄적이면서도 세부적인 품질관리가 요구되고 있 다^[11].

현재 본 원에서는 부피세기조절회전치료를 받는 모든 환 자에 대해 치료 시행 전에 전리함을 통해 점 선량을 측정 해 절대선량 평가를 하고, 반도체검출기배열을 이용하여 선량 분포를 감마지수 분석법을 이용해 상대선량 평가를 하며 치 료계획의 정도관리를 수행함으로써 치료의 신뢰도를 확보 하고 있다.

하지만 이러한 방식은 많은 시간과 노력이 요구되는 단점 이 있고, 이를 보완하기 위해 실제 선량을 전달할 때 다엽콜 리메이터의 움직임이 기록된 다이나로그 파일을 이용하여 치료계획을 평가하고, 실제로 환자에게 전달되는 선량을 검 증할 수 있는 정도관리 소프트웨어를 최근 도입하였고 임상 에 사용이 가능한지를 기존에 사용하고 있는 반도체검출기 배열과 비교해서 평가 하였다.

이전 본 원의 반도체검출기배열을 이용해 부피세기조절 회전치료를 선량 검증해본 결과 허용기준 3％/3 ㎜에서 신 뢰한계치가 3.95(96.05％)로 선량 검증을 한 바 있다^[12].

선형가속기에서 전달된 선량에 대한 절대선량 평가 결 과 값을 보면 표적에서 3.21(96.79％), 위험장기에서 2.58 (97.42％)로 보고서에서 제시한 신뢰한계치인 표적에서 4.5 (95.5％), 위험장기에서 4.7(95.3％) 이내에 모두 만족하 였다.Fig. 6

상대선량 평가는 정도관리 소프트웨어와 반도체검출기 배열이 허용기준 3％/3 ㎜에서 신뢰한계치가 각각 0.38 (99.62％), 0.62(99.38％)로 보고서에서 제시한 신뢰한계 치인 표적과 위험장기에서 7.0(93％) 이내에 만족하였고, 좀 더 엄격한 허용기준인 2％/2 ㎜를 적용시켜도 5.88 (94.12％), 6.6(93.4％)로 보고서 권고안에 만족하여 임상 에서 정도관리 소프트웨어의 사용에 있어서 문제가 없음을 확인하였다.

R. R. Reynorlds 등의 연구에 의하면 선형가속기를 이용 한 래피드아크(Rapidarc)치료를 정도관리 소프트웨어로 전 달된 선량을 검증한 결과 허용기준 3％/3 ㎜에서 감마지표 통과율 98.3±1.4％의 결과를 분석하며 독립적인 선량 검증 방법이라 평가한 바 있다^[13].

본 연구가 선형가속기와 치료계획시스템의 주기적인 정 도관리가 되어 있다는 전제가 필요하지만 정도관리 소프트 웨어는 치료 전에 치료계획 평가와 전달되는 선량의 검증 이 가능하여 부피세기조절회전치료의 독립적인 정도관리 시스템으로서 간편하고 편리한 유용한 도구로 임상에 응용 할 수 있을 뿐만 아니라 맞춤형 방사선 치료(Adaptive radiotherapy)를 위한 기초 자료로 사용될 수 있다고 사료 된다.