Irregular Surface Compensator (ISC)를 이용한 유방암치료계획에 관한 고찰
서울대학교병원 방사선종양학과 제영완ㆍ김찬용ㆍ박흥득
목 적: Irregular Surface Compensator (ISC)를 이용한 유방암의 방사선치료 계획과 쐐기필터를 이용한 치료계획의 선량분포 및 폐야의 선량을 비교, 평가 하고자 한다.
대상 및 방법: 수술 후 조직결손이 있는 유방암 환자를 대상으로 쐐기필터를 이용한 접선조사와 ISC를 이용한 접선조사로 처방선량(5,040 cGy)의 95%가 유방조직에 분포하도록 Varian (미국)사의 Eclipse (RTP)로 치료계획을 수립하여, 고선량영역과 선량체적분포도를 비교하고, 구형아크릴팬텀에 film을 이용하여 치료계획검증을 실시하였다.
결 과: 쐐기필터를 이용한 접선조사의 경우 치료부위 내에서 최대선량점 107.5%와 20 Gy의 선량이 폐의 체적에 7.63%가 조 사되며, ISC의 경우 치료부위 내에서 최대선량점 106.4%와 폐의 체적 6.5%에 20 Gy 조사되도록 설계되었다. 팬텀을 이용한 필름 측정결과 개조사야와 쐐기필터를 이용한 경우 105∼110%의 고선량 지역이 팬텀의 상부에 바나나 모양과 양쪽 가장자 리에 각각 분포 하였으며 ISC의 경우 100∼105%의 고른 선량 분포로 나타났다.
결 론: 쐐기필터를 보상체로 이용할 경우 선량계산 단면의 선량분포 조절은 가능하였으나 그 외 다른 치료부위의 입체적 조 절이 불가능하여 선량분포를 개선 할 수 없었고 ISC는 선량의 입체적 조절이 가능하여 피부 표면이 불균등한 치료부위의 선 량 보정과 심부 정상조직의 선량감소 등의 이점이 있어 유방이외 조직결손이 많은 수술부위 치료 등에도 활용이 가능할 것으 로 사료된다.
핵심용어: irregular surface compensator (ISC), 선량분포
이 논문은 2007년 5월 31일 접수하여 2007년 7월 25일 채택되었음.
책임저자：제영완, 서울대병원 방사선종양학과 Tel: 02)2072-2526, Fax: 02)741-4755 E-mail: [email protected]
서 론
유방보존수술 후 치료의 기본절차로서 방사선치료는 유방 암환자에게 거의 일반화 되어 유방보존수술을 받은 환자의 생존율을 더욱 높이는데 기여하고 있다. 따라서 방사선치료 시 부작용의 심각성 및 부작용영역의 확대, 빈도를 가능한 낮게 유지하는 것은 매우 중요한 사항이다.1,2)
방사선 치료에서 최대의 이슈는 정상조직과 종양조직에 대한 방사선 선량분포의 확연한 구분과 종양조직의 고른 선 량분포이다. 하지만 유방보존수술을 시행한 환자는 조직결손 으로 인하여 피부표면형태가 불규칙하며, 유방보존수술을 시 행하지 않은 환자의 경우도 유방의 모양이 반구형의 형태가 되어 방사선치료시 종양선량의 분포가 고르지 못하다.3,4) 또 한 유방암의 방사선치료는 심부 종양의 방사선치료와는 달 리 피부와 중심부에 고른 선량분포를 유지해야 하므로 유방 의 입체적 모양과 유방절제술로 의한 조직결손의 체적 보상
이 이루어져야 한다.
Wedge filter를 이용하여 조직결손과 유방조직의 윤곽에 대한 보정을 하고 있으나 이런 방법으로는 중심부의 선량개 선만 가능할 뿐 입체적 모양을 가진 유방에 대한 보상에는 한계가 있으며 실제 유방암 치료계획 체적(PTV) 내에서 최 대선량과 최소선량이 10% 이상의 차이를 나타내는 경우도 있다. 또한 wedge filter의 형태와 방향의 제한으로 인해 입체 적인 반구형 유방조직의 중심선량 분포의 개선은 가능하나 유방조직의 상단부와 하단부의 선량분포는 개선할 수 없었 다.5,6)
본원의 유방암 치료시 폐선량에 대한 권고사항은 한쪽 폐 의 20% (V20)의 체적에 20 Gy 이하의 선량이 흡수 되도록 치료계획을 하고 치료계획시 폐선량이 20 Gy 이상으로 흡수 될 경우 폐선량을 감소시키기 위해 전자선을 병행하여 치료 계획을 실시하고 있어 전자선과 광자선의 병용치료에서 조 사접면의 고선량지점과 저선량지점이 나타날 수 있다.7-11) 선량불균등의 한계를 개선하기 위해 유방조직 상단부, 중 심부, 하단부의 각각 선량을 조절할 수 있도록 IMRT치료에 사용되는 dynamic MLC를 유방암 치료계획에 적용하였다.
Dynamic MLC의 세기조절기능을 이용하여 불규칙한 유방조
Fig. 1. Irregular Surface Compensator (ISC). Fig. 2. ISC fluence edit.
직의 선량보상과 폐선량 감소의 효과를 기대할 수 있었 다.12-16)
본 연구에서는 wedge filter를 사용한 치료계획과 dynamic MLC를 이용한 ISC의 치료계획을 axial, sagittal, coronal 단면 의 상, 중, 하단부로 나누어 비교하여 선량분포개선과 폐선량 감소정도를 평가하였고 본원에서 자체제작한 아크릴 팬텀과 필름을 이용하여 선량검증을 실시하여 치료계획과 측정선량 을 비교함으로써 연구의 신뢰도를 높일 수 있도록 하였다.
대상 및 방법 1. 대상 및 장비
1) 수술 후 조직결손이 있는 유방암환자 2) Clinac 21EX (Varian. USA) 6 MV-X선 3) Brilliance Big bore CT (Philips. USA) 4) RTP system-Eclipse (Varian. USA) 5) 구형아크릴 팬텀
6) Film Scanner-VXR16 (Vidar. USA) 7) X-Omat V-Film (Kodak. USA)
2. 방법
1) Irregular Surface Compensator (ISC)
팬빔의 X선이 불균등한 면에 조사되고 표면에서 일정한 두께까지 정해 불균등한 조직을 dynamic MLC의 선량조절을 통하여 보상하는 원리이다. 파란색 라인은 표면에서 전체 두 께의 40%의 깊이까지 보상하며, 붉은색 라인은 표면에서 50%까지의 보상을 선택할 수 있다(Fig. 1).
2) ISC fluence edit
RTP system-Eclipse (Varian. USA)을 이용하여 ISC치료계 획을 실행한 후 고선량영역과 저선량영역의 fluence map을 수정하는 단계이며 기본 단계에서는 전체 두께의 50%의 중 심에서 보상을 하며 이는 수동으로 입력이 가능하며 선량의 고저에 따라 색조 대비로 나타나고 대향조사면 각각 fluence
edit 기능을 이용해 조정이 가능하다. 한쪽 조사면만 조정이 가능하나 대향 조사면을 함께 조정하면 좀 더 세밀한 선량조 절이 가능하다. 조정이 끝나면 다시 계산을 하게 되며 계산 된 선량분포를 확인한다(Fig. 2).
결 과 1. Wedge filter와 ISC의 선량비교
일반적인 유방암치료에 이용되는 wedge filter를 사용한 치 료계획과 ISC를 이용한 치료계획을 수립하여 중심부의 선량 분포를 비교하였다. 6 MV X선을 이용하였으며, wedge filter 45도와 30도를 함께 사용하여 치료계획을 실시하였고 대조 군은 ISC를 이용하여 단독으로 치료계획을 하였다. Wedge filter를 사용한 경우 비교적 고른 선량분포를 보이는 중심부 와 달리 중심에서 벗어난 지점의 선량분포는 고선량영역과 저선량영역이 동시에 나타났으며, PTV의 선량분포가 95%이 하인 지점도 나타났다.
1) Axial plane 0 cm
Wedge filter를 사용하였을 경우 중심부의 선량분포는 98∼
105.9%의 선량(Fig. 3)과 가장자리에 고선량 분포를 보이며 ISC의 경우 98∼105.9% 고른 선량분포로 나타났다.
2) Axial plane -5 cm
중심부에서 아래로 5 cm 방향에서의 선량분포는 wedge filter를 사용한 치료계획에서 최대 106.1%를 포함한 고선량 영역이 비교적 넓게 분포하지만 ISC 치료계획에서는 고른 선 량분포를 나타났다(Fig. 4). ISC의 선량분포와 wedge filter의 선량분포가 다르게 나타나는 경우는 wedger filter의 선량조 절기능은 중심부에서와 양측 끝단은 같은 각도를 이루고 있 고 유방과 중심부의 두께와 양측 끝단의 두께가 다른 경우
Fig. 3. Wedge filter VS ISC (axial 0 cm) 6 MV wedge 45+30 and ISC.
Fig. 5. Wedge filter VS ISC (sagittal 0 cm) 6 MV wedge 45+
30 and ISC.
Fig. 4. Wedge filter VS ISC (axial -5 cm) 6 MV wedge 45+30 and ISC.
중심부의 선량을 적절하게 맞추어도 양측의 얇은 부위에서 고선량 지점이 나타나게 된다. ISC의 경우는 조사야 내에 dynamic MLC로 각각 선량분포를 조절 할 수 있어 유방과 같은 입체적 모양의 선량분포를 조절하는데 효과적이었다.
3) Sagittal plane 0 cm
중심점 위치에서 sagittal 방향의 선량분포는 최대 106.3%
를(Fig. 5) 포함한 고선량 영역이 비교적 넓게 분포하며 중심 에서 벗어나면서 저선량 영역이 나타났으며 ISC를 사용한 치 료계획에서는 중심부와 상단부, 하단부에도 고른 선량분포로
나타났다.
4) Sagittal plane 3 cm
중심점 좌측 3 cm 지점의 sagittal 방향의 치료계획을 비교 한 결과 wedge filter를 이용한 치료계획에서는 아래부위에서 최대 106.3%를 포함한 고선량 영역이 존재하며, ISC 치료계 획에서는 최대 104.6%를 포함한의 고선량 영역이 일부 분포 하였다(Fig. 6).
5) Coronal plane 0 cm
Coronal 방향의 중심축 선량분포에서 wedge filter를 이용
Fig. 7. Wedge filter VS ISC (coronal 0 cm) 6 MV wedge 45+30 and ISC.
Fig. 6. Wedge filter VS ISC (sagittal 3 cm) 6 MV wedge 45+
30 and ISC.
Fig. 8. Wedge filter VS ISC (coronal 3 cm) 6 MV wedge 45+30 and ISC.
Fig. 9. 3D-model view wedge filter VS ISC.
Fig. 10. Compare wedge filter with ISC DVH (breast PTV).
Fig. 11. Breast PTV DVH (wedge filter).
한 치료계획의 경우 한곳의 고선량 영역이 나타나고 상대적 으로 두꺼운 axilla 부위에서는 저선량 영역이 나타나 PTV에 95%라인이 형성되지 못하였으나 ISC 치료계획에서는 고른 선량분포를 보이며 axilla부위에 95%라인이 형성되었다(Fig. 7).
6) Coronal plane ＋3 cm
Wedge filter를 사용한 경우 비교적 고른 선량분포를 보이 는 중심부와 달리 중심에서 벗어난 지점의 선량분포는 고선 량부위와 저선량부위가 동시에 나타났고 중심점에서 anterior 방향으로 3 cm 지점에서도 wedge를 이용한 치료계획에서는 두곳의 고선량 영역이 보이고 있었으며, ISC 치료계획에서는 고른 선량분포로 나타냈다(Fig. 8).
2. 3D- model view
3차원의 영상에서(Fig. 9) PTV에 형성되는 95% (노란색) 의 선량영역과 104% (파란색)의 선량영역을 각각 표시하여 나타낸 영상이다. Wedge filter를 사용한 경우에는 104%의
고선량영역은 PTV의 11.76%로 상대적으로 두껍지 않은 유 방조직의 전면부와 흉각의 중심부에서 고선량이 나타났으며, ISC를 이용한 경우 전체적으로 고른 선량분포를 보였으며 104% 선량영역은 전체 PTV의 0.7%로 나타났다.
3. Breast DVH 1) Breast PTV DVH 비교
선량의 정량적 평가를 위한 PTV의 DVH를 비교한 결과 Wedge filter를(Fig. 10) 사용한 치료계획에서는 95%의 선량 이 약 92%의 볼륨에 형성 되었으며, ISC 이용한 치료계획에 서(Fig. 11) 95%의 선량이 약 95%의 볼륨에 형성되었다.
PTV 전체에 처방선량이 형성되는 비율은(Fig. 12) wedge fil- ter를 사용한 치료계획 보다 약 3% 정도 증가 하였으며, DVH에서 ISC의 PTV가 wedge filter의 PTV에 비해 수직적인 형상은 선량이 유방조직에 더욱 균등하게 분포 되는 것으로
Fig. 12. Breast PTV DVH (ISC).
Fig. 13. Lung DVH (wedge filter).
Fig. 14. Lung DVH (ISC).
Fig. 15. Compare wedge filter with ISC DVH (lung).
Fig. 16. 10 MV X-ray with W15.
Fig. 17. 6 MV X-ray with ISC.
고려할 수 있었다.
2) Lung DVH 비교
본원에서는 유방암 치료계획시 20 Gy의 선량이 lung vol- ume의 20%가 넘지 않도록 제한하여 설계하고 있다. Wedge filter를 사용한 치료계획의 DVH에서는 20 Gy의 선량이 lung volume 7.62% (Fig. 13), ISC를 사용한 치료계획에서 lung volume 6.46%에(Fig. 14) 20 Gy의 선량이 흡수되어
1.16%가(Fig. 15) 감소되어 폐에 흡수되는 선량을 감소시킬 수 있었다.
Fig. 21. Film dosimetry proce- dure.
Fig. 18. 6 MV X-ray with ISC.
Fig. 19. 10 MV X-ray with W15. Fig. 20. Compare wedge filter with ISC DVH.
4. 폐가 많이 포함되는 유방암환자의 치료계획 수술 후 조직결손이 있어 유방조직에 선량분포가 고르지
못하고 또한 선량이 상대적으로 많은 폐에 조사되는 환자를 선택하여 wedge filter와 ISC의 치료계획을 비교하였다.
1) Axial plane 0 cm
중심부의 선량분포는 10 MV X선과 wedge filter를 사용한 치료계획(Fig. 16)에서 일부의 고선량영역과 100%의 선량분 포가 폐를 포함하여 분포하고 있으며, 6 MV X선과 ISC를 이 용한 치료계획(Fig. 17)에서는 폐를 제외한 곳에서 100%의 선량분포를 형성 시킬 수 있었다.
2) Lung DVH 비교
Wedge filter를 사용한 치료계획(Fig. 18)의 DVH에서 20 Gy의 선량이 약 19%의 lung volume에 흡수되었으며, ISC를 이용한 치료계획(Fig. 19)에서는 20 Gy의 선량이 약 15%의 볼륨에 흡수되어 약 4%의 감소(Fig. 20)를 보였으며, 폐선량 을 감소시키기 위해 전자선조사를 병행하는 번거로움과 전 자선과 광자선 조사접면의 선량불균형을 피할 수 있었다.
Fig. 23. Wedge filter & ISC plan dosimetry (axial plane).
Fig. 22. Open field (axial plane
& sagittal plane).
5. Film을 이용한 선량검증
선량의 검증을 위해 X-OMAT V-film과 본원에서 자체 제 작한 지름 16 cm의 구형 아크릴 팬텀을 사용하였고, 팬텀을 CT 스캔한 후 얻어진 정보로 OPEN 조사야, Wedge filter, ISC를 이용하여 각각 치료계획을 수립하였다. 중심부에 V- film을 밀착시킨 아크릴 팬텀을 선형가속기로 계획한 선량을 조사하고 Film scanner VXR16을 통해 선량을 비교하였다
(Fig. 21).
1) Open 조사야 치료계획의 검증
Axial과 sagittal 방향에서 중심부는 고른 선량분포를 보이 고 있으나 상부에 바나나 모양의 105∼110%의 고선량영역 이 나타나 전뇌조사의 선량분포 비슷하게 나타났으며 하단 부에는 저선량영역이 나타났다(Fig. 22).
2) Wedge filter와 ISC 치료계획의 검증(Axial plane) Axial 방향의 선량측정 결과는 wedge filter와 ISC를 이용
Fig. 24. Wedge filter & ISC plan dosimetry (sagittal plane).
한 치료계획이 비슷한 선량 분포로 나타났으며, 필름을 이용 한 선량검증 또한 100∼105% 영역이 두 치료계획 모두 비슷 하게 나타났다(Fig. 23).
3) Wedge filter와 ISC 치료계획의 검증(sagittal plane) Sagittal 방향의 측정한 결과 15도 wedge를 사용한 치료계 획에는 양측 가장 자리의 고선량영역이 나타났으며, 측정한 필름 스캔결과 또한 양측 가장자리가 고선량영역으로 나타 났으며 ISC의 치료계획과 측정결과가 고른 선량분포를 보여 wedge filter를 사용한 치료계획에서 나타난 고선량영역을 ISC 이용으로 조절이 가능한 것으로 나타났다(Fig. 24).
고안 및 결론
유방암 사조사치료시 유방의 형태 때문에 필연적으로 발 생되는 고선량과 저선량 영역에 대해 ISC의 입체적 선량분포 조절기능을 적용함으로써 기존의 wedge filter를 사용한 경우 보다 개선된 결과가 보여졌다.
ISC를 이용할 경우 전체적으로 선량의 조절이 가능하게 되 어 wedge filter를 이용한 유방암치료계획에서 106% 이상의 고선량 영역을 100%로 조절할 수 있었으며, PTV의 95% 선 량분포 영역을 비교한 결과 wedge filter를 사용한 경우 선량 분포가 PTV 볼륨의 92%에 형성 되었지만 ISC를 이용한 경 우 PTV 볼륨의 95%에 형성되어 PTV의 DVH가 3% 정도 향 상시킬 수 있었다. 폐의 DVH의 비교에서도 ISC를 이용함으 로써 wedge filter를 사용하여 치료계획을 한 경우 보다 결정 장기인 폐의 용적율을 최대 4%까지 효과적으로 줄일 수 있
었고 기존의 폐선량을 줄이기 위한 전자선과 광자선의 병용 치료보다 치료시간의 단축에도 도움이 될 것으로 사료된다.
구형아크릴 팬텀을 이용한 검증을 통하여 비슷한 모형을 보이는 전뇌치료시에도 ISC를 적용하여 선량분포를 개선할 수 있을 것으로 보여진다.
ISC를 이용한 치료계획은 RTP사용자가 반복해서 노력한 만큼 선량분포가 획기적으로 개선될 수 있으나 치료계획시 간의 증가로 인한 RTP사용자의 업무과중과 치료비 증가로 인한 환자의 경제적 부담이 있을 것으로 사료된다.
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Abstract
Consideration Regarding the Breast Cancer Treatment Plan That Used Irregular Surface Compensator (ISC)
Young Wan Je, Chan Yong Kim, Heung Deuk Park
Department of Radiation Oncology, Seoul National University Hospital, Seoul, Korea
Purpose: Try to compare dose distribution and lung dose of radiation treatment plan of the breast cancer that used Irregular Surface Compensator (ISC) and treatment plan that used a wedge filter.
Materials and Methods: Established a treatment plan to be distributed over 95% of prescription dose (5,040 cGy) of the two tangent-half fields that used a wedge filter and ISC at a breast organization as made to breast cancer patient having an irregular surfaces after surgery. Compared high dose area and DVH, and verified a treatment plan as used film with rectangular phantom.
Results: Maximum dose point in breast tissue appeared to 107.5% in case of tangent-half fields Tx plan that used a wedge filter, and lung volumes exposed above 20 Gy by 7.63%. In case of ISC, maximum dose point in breast tissue appeared to 106.4%, and lung volumes exposed above 20 Gy by 6.5%. The film measurement results that used phantom, 105~110% high dose region was distributed to the upper part and both edges of phantom.
However in case of ISC, appeared by 100~105% dose conformity distribution.
Conclusion: In general, the Irregular Surface Compensator (ISC) can improve the dose conformity of breast tissues, as well as reduced hot spots in the lung and in the breast. Such an advantage by using ISC technique is more beneficial for patients who have more irregular surfaces after surgery.
Key words: irregular surface compensator (ISC), dose distribution
