치료 방법 및 방사선의 종류, 에너지 선택

치료계획 수립에서 중요한 요소는 적절한 치료 방법과 장비, 방사선 종류 및 에너지를 선택하는 것입니다. 병원마다 장비가 다르며, 최근 선형가속기는 다양한 광자선과 전자선을 사용할 수 있도록 설계되었습니다. 3차원 치료계획의 발전과 함께 치료 방법에 대해 알아보겠습니다.

 

치료 방법 및 방사선의 종류, 에너지 선택

 

치료계획을 수립하는 데 있어 중요한 요소 중 하나는 적절한 치료 방법과 장비, 그리고 방사선의 종류 및 에너지를 선택하는 것입니다. 병원마다 보유하고 있는 장비가 다르기 때문에, LINAC만 있는 경우도 있고, 고선량률 동위원소를 이용한 근접치료기를 (Remote After loader) 보유한 경우도 있습니다. 최근에 설치된 선형가속기는 대부분 두 개 이상의 광자선과 여러 개의 전자선을 사용할 수 있도록 설계되어 있습니다. 국내에서는 다양한 방향에서 조사하는 3차원 치료계획이 활성화되고 있으며, CT 나 MR 영상을 이용하여 치료 표적 및 정상 장기의 컨투어링이 가능해졌습니다. 이를 통해 환자의 상부 (superior) 및 하부(inferior)에서 사 방향 및 직각으로 조사하는 비 동일 평면 (non-coplanar) 치료할 수 있었습니다.

 

3차원 영상자료를 활용함으로써 선량 최적화를 위한 다양한 방향 및 선량 체적 분석 (dose volume histogram) 할 수 있어 치료계획이 현저히 발전하였습니다. 선형가속기를 이용한 3D-CRT 치료계획을 수립하기 위해서는 콜리메이터, 갠트리, 카우치의 기하학적 움직임에 대한 장비 또는 환자 간의 충돌 가능성을 충분히 고려해야 하며, 비 동일 평면 빔에 의한 불필요한 부위에 선량 조사가 있는지를 매회 주의 깊게 확인해야 합니다. 또한, 비 동일 평면 빔 사용 시 영상 데이터가 환자의 상하부에서 충분히 스캔되지 않아 발생할 수 있는 계산 오류를 방지하기 위해 영상 입력 시 확인이 필요합니다.

 

현대 치료용 선형가속기는 하나의 조사면 내에서 다엽콜리메이터 (multi-leaf collimator)를 이용하여 선량을 작은 빔 조각(beam let) 단위로 조절하여 치료하는 세기조절 방사선치료 (IMRT) 가 가능한 형태가 대부분입니다. IMRT는 치료 표적이 불규칙한 모양이거나 인접 부위에 정상 조직이 복잡하게 위치한 경우에 유효한 치료법으로, 두경부 종양이나 전립선암에 가장 많이 적용되고 있으며 점점 적용 부위가 확대되고 있습니다.

 

치료 전 혹은 치료 중에 투시 영상이나 cone beam CT를 촬영할 수 있는 기능과 호흡 신호를 치료 빔과 동기화하여 치료할 수 있는 영상 유도 방사선치료 (Image-guided radiation therapy 호흡 동조 방사선 치료 (respiration gated radiation therapy) 등이 가능한 장비들이 개발되고 있습니다. IMRT 치료법과 함께 적용함으로써 영상 유도 IMRT(Image-guided IMRT)의 융합된 형태로 사용되고 있습니다. 통상적인 치료용 LINAC 만을 보유하고 있는 경우에도 치료계획을 위한 다양한 옵션이 존재합니다. 광자선을 사용하는 치료기로는 일반적인 LINAC 외에도 방사선수술 전용 LINAC, 로봇 팔을 장착한 치료기 (cyber knife), CT 형태의 LINAC 치료기인 Tomotherapy, 체적기반 세기조절 회전 방사선치료 (Volumetric Modulated Arc Radiation Therapy, VMAT) 등이 계속 개발되고 있습니다.

 

기존의 광자선이나 전자선 외에 중입자를 이용한 치료들이 개발되고 있으며, 그중 가장 논쟁거리가 되고 있는 것이 바로 양성자 치료입니다. 양성자는 브래그 피크의 물리적 특성을 가지고 있어 방사선의 궤적을 따라 나타나는 적분선량이 비교적 적고, 양성자의 비정이 에너지에 따라 정해져 있어 일정 깊이 이상으로는 적분선량이 현저히 줄어드는 특성을 가지고 있습니다. 그러나 양성자 치료기는 치료용 LINAC에 비해 비용과 투자가 수십 배가 크고, 엄청난 공간 및 인적 비용을 감수해야 하므로 아직 범용성 있는 장비는 아닙니다. 하지만 국내에서도 대형 기업 병원을 중심으로 새로운 중입자 치료기를 계획하고 있으며, 치료용 미니 양성자 치료기의 개발로 향후 많은 기관에서 도입을 신중히 검토하는 상황입니다. 양성자 치료는 물질의 저지능과 움직이는 장기에 매우 민감하기 때문에 치료계획 시 적응증을 고려하여 신중히 결정하고, 사용 시 철저한 품질 관리가 이루어져야 합니다.

 

광자선은 에너지가 커짐에 따라 적분선량이 작아지므로 깊은 종양 표적을 치료하기 위해서는 저에너지 광자선에 비해 유리합니다. 그러나 두정부 환자나 낮은 깊이의 림프샘을 포함하는 경우, 고에너지 광자선의 build-up 영역이 넓어지므로 저에너지 광자선을 사용하는 것이 유리합니다.

 

광자선의 경우 투과도가 높지만, 입사되는 지점에서의 적분선량도 상대적으로 높기 때문에 다문 조사가 유리하며, 다문 조사의 경우 전체적인 적분선량을 증가시켜 에너지와 빔 입사 방향을 적절히 상호 보완해야 합니다.

 

전자선의 경우, 일반적으로 6MeV부터 20 MeV의 에너지를 사용하게 되며, 고에너지 영역의 전자선보다는 대체로 저에너지 전자선의 사용 빈도가 높은 편입니다. 이는 전자선을 선택하는 이유가 대부분 표재성 종양인 림프샘 (2~4cm)이나 피부에 수술 상처 (scar) 등을 치료하는 목적이 많기 때문입니다.

 

저에너지 전자선을 사용할 때 피부까지 치료 용적이 포함되는 경우 build-up bolus를 사용하여 피부 선량을 증가시키기도 합니다. 그러나 12MeV 이상의 고에너지 전자선의 경우에는 피부 선량이 90% 이상 증가하므로 처방 선량 점의 심부 선량 백분율을 고려하여 bolus의 사용이 불필요해지기도 합니다. 전자선의 경우 bolus 사용 시 전자선의 비정에도 직접적인 영향을 미치므로 에너지와 bolus 사용에 주의가 필요합니다.

 

양성자 치료계획의 경우, 조사 방식에 따라 에너지 degrader나 보상체 (compensator)를 사용하기도 하며, 종양의 깊이와 모양에 따라 spread-out Bragg peak (SOBP) 를 만들어 치료합니다. 양성자선의 비정은 조직을 구성하는 물질의 저지능에 직접적으로 영향을 받기 때문에 조직을 이루는 물질의 비 균일도와 호흡 또는 불수의적으로 움직여지는 조직의 내부 움직임을 고려하여 치료계획을 수립하고 치료 전 선량 검증을 수행해야 합니다.