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보나 장
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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 15, No. 6 pp , ISSN / eissn 이주아 1, 손순룡 2*, 민정환 3, 최관우 2, 나사라 2, 정회원 4 1 가톨릭대학교인천성모병원방사선종양학과, 2 서울아산병원영상의학과 3 신구대학교방사선과, 4 백석문화대학교방사선과 Neutron dosimetry depending on the number of portals for prostate cancer IMRT(Intensity-Modulated Radiation Therapy) Joo-Ah Lee 1, Soon-Yong Son 2*, Jung-Whan Min 3, Kwan-Woo Choi 2, Sa-Ra Na 2, Hoi-Woun Jeong 4 1 Department of Radiation Oncology, Catholic University, Incheon St.Mary's Hospital 2 Department of Radiology, Asan Medical Center 3 Department of Radiology, Shin-Gu University 4 Department of Radiology, Baekseok Culture University 요약본연구는방사선치료를시행한환자를대상으로치료계획을재수립한다음, 세기조절방사선치료를이용하여조사문수별주변조직과위치별중성자선량을측정하여차이를비교하여치료계획수립에있어기초자료를제공하고자하였다 년 9 월부터 2014 년 1 월까지전립선암을진단받아방사선치료를받은 20 명의환자를대상으로하였으며, 조사문수변화에따른중성자의선량분포를측정하기위하여각연구대상자별치료계획을재수립하였다. 연구방법은조사문수를 5 문, 7 문, 9 문으로구분하여조사야중심에서 20cm 와 60cm 거리에광자극발광선량계를위치시킨다음, 15 MV 에너지로 220 cgy 의치료선량을조사하여중성자선량을비교하였다. 연구결과, 복부위치에서선량은평균 4.34±1.08 로나타났고, 조사문수가증가할수록높은경향을보였으며, 통계적으로유의한차이를보였다 (p<.05). 갑상선위치의평균선량은 2.71±.37 로나타났으며, 조사문수에따라증가하는경향을보였으나, 통계적인유의성은없었다. 조사문수와위치별중성자선량발생은복부위치에서매우유의한양의상관관계를보였다. 선형회귀분석결과, 조사문수가 1 단계증가할때마다평균적으로중성자량이.416 배로유의하게증가하였다. 결론적으로조사문수별주변조직에중성자선량의차이가발생하므로치료계획설계에있어서효율적인조사문수의선택이필요하리라사료된다. Abstract The aim of this study was provide basic information and establish the criteria in radiation therapy planning by measuring the absorbed neutron dose of normal tissues and lesions according to the number of portals. From September 2013 to January 2014, 20 patients who were diagnosed with prostate cancer and were previously treated with radiation therapy were replanned retrospectively to measure the absorbed neutron dose distribution according to the number of portals. The absorbed neutron dose was measured in each of the 5, 7 and 9 portals using a 15 MV energy, which meant a therapeutic dose of 220 cgy. The optical stimulation luminescence dosimeter was separated by 20cm and 60cm away from the center of the field of view. As a result, the average radiation dose in the abdomen appeared to have a positive relationship with the number of portals, which was statistically significant (p<.05). The average radiation dose was 4.34±1.08. The average radiation dose in the thyroid was 2.71±.37. Although it showed a positive relationship with the number of portals, it did not have statistical significance. The number of portals and the neutron dose depending on the position showed a significant positive relationship, particularly in the abdomen. As a result of linear regression analysis, as the number of the portal increased in steps, the average volume of the neutrons increased significantly (0.416 times). In conclusion, efficient selection of the number of portals is needed considering the difference in the absorbed neutron dose in the normal tissues depending on the number of the portals. Key Words : IMRT, OSLD, Photonuclear reaction, Number of portal, MU * Corresponding Author : Soon-Yong Son(Asan Medical Center) Tel: son6392@hanmail.net Received February 14, 2014 Revised (1st March 17, 2014, 2nd March 24, 2014) Accepted June 12,

2 1. 서론방사선치료는상대적으로높은에너지의방사선을투여하여정상조직에는피해를최소화하면서종양 (tumor) 을괴사시키기위해시행한다. 이를위해최적화된치료계획을수립하여종양의치료효과를높이고, 최소한의선량으로주위정상조직의부작용을감소시켜야한다 [1]. 치료에이용되는에너지는목적부위에따라 6, 10, 15 MV(mega voltage) 가이용되는데, 전립선암의치료에는 10 MV 이상의고에너지방사선을조사한다. 그러나고에너지방사선조사는광핵반응 (photo nuclear reaction) 에의하여광중성자 (photoneutron) 가발생되므로문제점으로지적되고있다 [2]. 특히방사선하중계수 (radiation weighting factor) 가 X선보다커서적은선량에도주변조직에미치는영향이큰것으로보고되고있다 [3]. 그러나방사선치료장비및기법은치료효과향상에초점을두고개발되고있는것이현실이다. 즉과거에는 3차원입체조형치료 (three-dimensional radiotherapy : 이하, 3D CRT) 가주를이루었으나, 주위정상조직에과다한선량조사로인하여세기조절방사선치료 (Intensity Modulated Radiotherapy : 이하, IMRT) 로대부분대체되었다 [4]. IMRT 는전립선암에선량을집중할수있는기법으로서방사선치료분야에서우수한장점을가지고있으나, 치료효과에비해국내에서는비급여항목으로분류되어치료비용상활용도가높지않았다. 최근 (2011 년 7월 ) 전립선암, 뇌종양, 두경부암, 척추암, 재발암과함께국민건강보험급여가적용되면서폭발적으로증가하고있는실정이다 [5]. IMRT 의특징은통상적인방사선치료기법과달리방사선이조사되는시간동안다엽콜리메이터 (multi-leaf collimator : MLC) 가역동적으로작동한다. 이는치료효과를향상시키는장점이있지만, 반면에광중성자발생을증가시키는요인으로작용한다 [6]. 또한 3D CRT에비해상대적으로많은 monitor unit ( 이하, MU) 가요구되므로광중성자의발생량도그만큼많은것으로보고되고있다 [7]. 현재의의학적장비개발수준에서볼때, 이러한광중성자발생을획기적으로감소시키기에는어려움이있다고할수있다. 그러나과거 3D CRT에서적용하였던 4조사문 (portal) 수보다조사문 수를크게늘려적용하고있는실정이다. 조사문수를늘리면치료효과가좋지만, MU가증가함에따라치료시간이길어져움직임에의한정확성이저하될우려가높다. 특히광중성자발생이상대적으로높아그로인한주위정상조직에대한피해가우려된다 [8]. 통상전립선암환자의치료는한번의치료로종료되는것이아니라, 25회이상을반복적으로치료하는특징이있으므로심각성은매우높다고할수있겠다. AAPM(American Association of Physicist in Medicine) 에서는고에너지 X-ray 주변에서광중성자측정에대한표준안을제시하고있으나 [9], 대다수의의료기관에서는조사문수증가에따른 MU 증가및광중성자를고려하지않고치료에임하고있으며, 관련연구도전무한실정이다. 이에본연구에서는전립선암으로실제치료한환자를대상으로치료계획을재수립한후, IMRT 를이용하여조사문수별주변조직과위치별로중성자측정이가능한 OSLD를활용하여선량을측정하여그정도를비교분석하였다. 이를토대로조사문수별중성자선량에따른치료계획수립에있어기초자료를제공하고자하였다. 2. 연구대상및방법 2.1 연구대상및방법연구대상은 2013년 9월부터 2014년 1월까지전립선암을진단받아방사선치료를받은 20명의환자를대상으로하였다. 2.2 치료계획수립 IMRT 조사문수변화에따른중성자의선량분포를측정하기위하여각연구대상자별치료계획을수립하였다. 계획용표적체적 (planning target volume : 이하, PTV) 에 220 cgy의치료선량을 33회씩조사하는것으로설정한후, 조사문수는 5, 7, 9문으로하였으며, 조사각도는 5 문 (0, 70, 140, 220, 290 ), 7문 (0, 50, 100, 150, 210, 260, 310 ), 9문 (0, 40, 80, 120, 160, 200, 240, 280, 320 ) 으로각각치료계획을수립하였다. 2.3 실험방법치료계획을바탕으로 Rando Phantom 을의료용선형 3735

한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 가속기의치료대에위치시킨후, 조사야를중심으로복부에해당하는 20cm와갑상선의 60cm 거리에각각광자극발광선량계 (optically stimulated luminescence dosimeter : 이하, OSLD) 를위치시켰다 [Fig. 1]. 각분석하였다.

1] Photograph shows Rando phantom set up positions 치료계획에의거 15 MV 에너지로 220 cgy의치료선량을 5문, 7문, 9문으로변경하면서각각조사하였다. 조사문수변경시마다 OSLD 를교체하여한개의 OSLD 에는 1회의선량이조사되도록하여판독하였다.

[Fig. 2] Photograph shows OSLD and Microstar dosimetry reader 2.5 분석방법측정된자료는부호화과정과오류검토를거쳐 SPSS version 18.0(SPSS Inc, Chicago, IL) 을이용하여통계분석하였다.

3 한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 가속기의치료대에위치시킨후, 조사야를중심으로복부에해당하는 20cm와갑상선의 60cm 거리에각각광자극발광선량계 (optically stimulated luminescence dosimeter : 이하, OSLD) 를위치시켰다 [Fig. 1]. 각분석하였다. 또한조사문수와중성자선량의상관관계를알아보고, 단순선형회귀분석을통하여중성자선량의회귀식을작성하여조사문수가한단계증가할때마다중성자선량의변화를알아보았다. 3. 연구결과 A. B A) Distance measurement for OSLD inside the Rando phantom. B) Phantom and OSLD inside the LINAC [Fig. 1] Photograph shows Rando phantom set up positions 치료계획에의거 15 MV 에너지로 220 cgy의치료선량을 5문, 7문, 9문으로변경하면서각각조사하였다. 조사문수변경시마다 OSLD 를교체하여한개의 OSLD 에는 1회의선량이조사되도록하여판독하였다. 치료용선형가속기는 TrueBeam STx (Varain Medical systems, Palo Alto, CA, USA) 을사용하였다. 2.4 중성자선량획득방법 조사된 OSLD에서선량을획득하기위하여중성자선량전용판독기, microstar (Landauer Inc., Glenwood, IL, USA) OSLD는중성자측정이가능한것으로선정하였다 [Fig. 2]. [Fig. 2] Photograph shows OSLD and Microstar dosimetry reader 2.5 분석방법측정된자료는부호화과정과오류검토를거쳐 SPSS version 18.0(SPSS Inc, Chicago, IL) 을이용하여통계분석하였다. 분석을위하여복부와갑상선부위에서선량을분류하여비교하였으며, 일원배치분산분석 (one way ANOVA) 을통하여조사문수별중성자선량의차이를각 3.1 연구대상자의인구사회학적특성연구대상자의인구사회학적특성은 Table 1과같다. 대상자의전체적인평균연령은 67.55±7.86 세이었고, 체중은 65.56±11.03kg, 신장은 167.6±7.45cm 이었다. [Table 1] Socio-demographical variables Age Height (cm) Weight (kg) Classification Frequency Percent(%) 60 under 61~70 71 up 165 under 166~ up 60 under 61~70 71 up 실험대상자의중성자측정결과중성자선량측정결과, 복부위치의중성자량은평균 4.34±1.08로나타났고, 5조사문수에서 3.35±.84, 7조사문수에서 4.65±.74, 9조사문수에 5.02±.88로조사문수가증가할수록높은경향을보였으며, 통계적으로매우유의한차이를보였다 (p<.01). 갑상선위치의평균중성자량은 2.71±.37로나타났으며, 5조사문수에서 2.64±.22, 7조사문수에서 2.68±.52, 9조사문수에서 2.81±.29로증가하는경향을보였으나, 통계적인유의성은없었다 [Table 2]. [Table 2] The absorbed neutron dose by the number of the portals (msv) Classification Measurement (mean±st.d) P-value Abdomen 5P 3.35± P 4.65±.74 9P 5.02±.88 Mean 4.34±1.08 Thyroid 5P 2.64± P 2.68±.52 9P 2.81±.29 Mean 2.71±

3.3 조사문수와위치별중성자량의연관성조사문수와위치별중성자량발생의상관분석결과, 갑상선위치에서는유의한상관관계가없었으며 (p>.05), 복부위치에서는매우유의한양의상관관계를보였다 (p<.01), [Table 3]. 3.4 중성자량의회귀식선형회귀분석결과, 회귀절편이 2.179이고기울기가.

4 3.3 조사문수와위치별중성자량의연관성조사문수와위치별중성자량발생의상관분석결과, 갑상선위치에서는유의한상관관계가없었으며 (p>.05), 복부위치에서는매우유의한양의상관관계를보였다 (p<.01), [Table 3]. 3.4 중성자량의회귀식선형회귀분석결과, 회귀절편이 2.179이고기울기가.312임을이용하여회귀식을작성하였으며, 이는조사문수가 1단계증가할때마다평균적으로중성자량이.312 배로유의하게증가함을의미한다 ( 식 1). [Table 3] Correlation analysis of number of portals and photoneutron dose by location Specific character Number of portal Abdomen Thyroid Number of portal 1 Abdomen.632 ** 1 Thyroid * 1 * p<.05, ** p<.01 조사문수와유의한상관관계를보인복부위치의중성자량의분석결과, 수정된 R제곱통계량이 0.590으로회귀모형이 59.0% 의설명력을가지고있음을알수있으며, 분산분석결과 F검정통계량이 으로통계적으로매우유의하므로 (p<.01) 종속변수에영향을주는하나이상의유의한조사문수가포함되어있음을알수있다 [Table 4]. [Table 4] Model summary and ANOVA adjusted R square F Sig 회귀모형의잔차분석결과 Durbin-Watson 이 2에가까운 1.907로나타나오차의독립성이만족되며, P-P도표에서정규성이만족되어회귀모형의기본가정에만족함을알수있다 [Fig. 3]. [Fig. 3] Basic assumption test in regression analysis(p-p chart) y = χ +ε (1) y: neutron dose χ: number of portal ε: error 4. 고찰및결론 의료용선형가속기에서발생하는고에너지 X-선은심부선량률이높고표면선량률이낮아방사선치료에널리이용되고있다 [10]. 그러나 10 MV 이상의고에너지 X-선은광핵반응에의해중성자를방출하는문제점이제기되어왔으며 [11-13], 실제로중성자선량의측정에많은연구들이이루어져왔다 [14,15]. 이연구들은대부분중성자에너지분포와물흡수선량, 기하학적조건등에관한몬테칼로계산을통한간접적인방법에국한된특징이있다. 이에반해, 본연구는중성자선량을직접계량적으로측정할수있는 OSLD를이용하였다는점에서진일보한연구라고할수있다. 물론, OSLD 의특성상 40 KeV~5 MeV의중성자선량만을측정한다는제한점이있으나, 방사선치료에서발생하는중성자중환자에게주로영향을미치는에너지범위는 fast neutron 이아닌 5 MeV 이하이기때문에측정에무리가없다고볼수있다. OSLD의중성자측정은 6 Li가중성자 (n) 를흡수하여삼중수소 (3H) 와알파 (4He) 입자를생성하며, 쿨롱작용을거쳐 Al2O3:C에영향을주어이루어진다 [16]. OSLD는중성자측정에있어다른소자에비해화학적, 기계적특성상안정적이므로본연구에서도활용하게되었다. 본연구는방사선치료방법중 IMRT 를설정하였다. 이는치료계획의알고리즘에따른 MU 증가와더불어중성자발생요인으로작용하는동적콜리메터의영향이라는 Rebecca 등 [6] 의연구뿐만아니라, IMRT 의전립선암에대해국민건강보험급여가적용 (2011년 7월 ) 되면서수요가날로증가하기때문이다. 이에반해, Yang 등 [7] 은방사선치료기법별중성자선량을비교하 3737

5 한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 였다는차이점이있다. 이는다양성이라는측면에서는긍정적이지만, 장비나기법간의조건과특성등다양한변수들이반영되지않은면이있다. 이에반해본연구는최신의동일한장비를토대로조사문수의변화에따른중성자선량의평가라는깊이있고, 획기적이고새로운연구라는측면에서가치가있다고하겠다. IMRT 의중성자선량평가결과, 조사야에서근접한복부위치의선량은평균 4.34±1.08mSv 였고, 상대적으로거리가먼갑상선위치에서는 2.71±.37mSv 로나타났다. 이는 IMRT 7문조사로고정하여연구한 Yang 등 [7] 의결과 ( 복부 4.85, 갑상선 3.81mSv) 와단순비교하기에는무리가있으나, 상대적으로낮게나타났다. OSLD 위치선정과치료계획의차이에서기인한것으로예측된다. 측정결과, 4.34±1.08mSv와 2.71±.37mSv의중성자선량은인체에위해가미미하다고할수있지만, 서론에서언급하였듯이 X-선에비해방사선하중계수가커서적은선량에도주변조직에미치는영향이크므로각별한주의가요구된다. 실제로방사선피폭의위해성논란에전산화단층촬영 (computed tomography : 이하, CT) 이지속적으로회자되고있다. 그러나 Son[17] 의연구에의하면, 복부 CT에서검사 (600회단면 ) 한선량을전부합하면 mGy*cm(1.5mSv) 정도라고하였다. 이는본연구에서 1회조사한중성자선량 4.34±1.08mSv 보다오히려적은선량임에도불구하고국내외적으로매우민감하게반응하고있는실정이다. 이에비하면 CT보다선량이높고, 암환자치료의특성상 30회이상을조사하는점을감안하면, 본연구의중성자선량은매우위해하므로결코간과해서는안될것이다. 더욱이동일한부위의반복치료라는의미에서위해성은더욱중요하리라사료된다. 조사문수별중성자선량의비교를보면, 5문에서 9문으로조사문수가증가할수록선량이높게나타났다. 특히인접한복부위치에서는조사문수별로평균선량의차이가통계적으로도유의하게나타났다. 일반적으로조사문수를증가시키면주변조직에는위해를줄이면서종양에는집중적으로치료를가할수있어치료계획에서장점으로알려져있으나, 실제로증명된바는없다. 오히려본연구에서알수있듯이조사문수를늘리면주변조직에중성자선량이증가하는것으로나타나조사문수만을늘리는것이치료효과에긍정적이라고단언하기에는무리가따른다고볼수있다. 더욱이 MU의증가에따른장비 가동시간의증가와장시간고정자세에따른환자의불편함가중등어려움이있으므로조사문수의선정은치료계획에서매우중요하다고하겠다. 또한복부위치보다갑상선위치에서중성자선량이감소함은방법과측정위치는상이하지만, 조사야중심에서멀어질수록거리에비례하여중성자선량이감소하였다는 Yang등 [7] 의결과와유사하였다. 또한 IMRT 의치료계획의알고리즘과동적콜리메타의영향이라추정한 Gudowska 등 [8] 의연구와 X-선량의기본원리인거리역자승의법칙 [18] 과도일치하는결과이다. 이는조사야에서멀리떨어짐에따른선량위해가상대적으로적다는의미일뿐, 무시할수있는선량은아니라고판단된다. 중성자선은투과력이강하므로치료시설의차폐및작업종사자에관하여엄격한규제와관리가이루어지고있으나, 환자에게의료의이득이손실보다크다는이유로소홀히다루어지고있는실정에있다 [19]. IMRT 는방사선치료기법에있어기존의치료법에비해획기적인기법임에는이견이없지만, 치료계획설계에있어서중성자선량을고려한효율적인조사문수의선택이필연적으로수반되어야할것이다. 본연구는중성자측정전용 OSLD 확보와판독의어려움으로많은실험을하지못한아쉬움이있지만, 조사문수에따른중성자선량의실질적인정량적측정이라는새로운시도였다는데에의미를둘수있겠다. 향후, 보급화를통한다양한연구로전립선암환자의치료에있어조사문수별중성자선량가이드라인이마련되어치료계획에반영할수있기를바라며, 본연구가초석이되기를기대한다. 아울러중성자선량에의한인접조직의차폐방법에관한전향적인연구가필요하리라사료된다. References [1] Furlow, Bryant, Prostate cancer and radiation therapy", Radiation Therapist, 21, 1, pp.29-56, [2] Ing H, Nelson WR, Shore RA, Unwanted photon and neutron radiation resulting from collimated photon beams interacting with the body of radiotherapy patients", Medical Physics, 9, 1, pp.27-33, DOI: [3] Alberts WG, Hollnagel RA, Radiation weighting factor and quality factor for neutrons, Radiation Protection Dosimetry, 46, 4, ,

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한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 민정환 (Jung-Whan Min) [ 정회원 ] 2005 년 2 월 :

신구대학교방사선과조교수 정회원 (Hoi-Woun Jeong) [ 정회원 ] 2004 년 8 월 : 고려대학교의용과학대학원 ( 이학석사 )

의학물리 방사선영상학, 디지탈영상학, 의용영상공학 최관우 (Kwan-Woo Choi) [ 정회원 ] 2010 년 7 월 :

서울아산병원영상의학과 자기공명영상학, 보건학, 방사선영상학, 의료영상공학 나사라 (Sa-Ra Na) [ 정회원 ] 2010 년 2 월 :

7 한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 민정환 (Jung-Whan Min) [ 정회원 ] 2005 년 2 월 : 고려대학교의용과학대학원 ( 의공학석사 ) 2013 년 2 월 : 가톨릭대학교의학물리공학 ( 이학박사 ) 2010 년 3 월 ~ 현재 : 신구대학교방사선과조교수 정회원 (Hoi-Woun Jeong) [ 정회원 ] 2004 년 8 월 : 고려대학교의용과학대학원 ( 이학석사 ) 2010 년 2 월 : 히로시마국제대학교의료공학 ( 이학박사 ) 2012 년 3 월 ~ 현재 : 백석문화대학교방사선과조교수 디지탈영상처리, 의학물리 방사선영상학, 디지탈영상학, 의용영상공학 최관우 (Kwan-Woo Choi) [ 정회원 ] 2010 년 7 월 : 고려대학교의용과학대학원의료영상공학과 ( 공학석사 ) 2013 년 3 월 : 한양대학교보건학과박사과정 2001 년 2 월 ~ 현재 : 서울아산병원영상의학과 자기공명영상학, 보건학, 방사선영상학, 의료영상공학 나사라 (Sa-Ra Na) [ 정회원 ] 2010 년 2 월 : 고려대학교보건과학대학방사선학과졸업 2010 년 2 월 ~ 현재 : 서울아산병원영상의학과 2013 년 3 월 ~ 현재 : 한양대학교보건학과석사과정 자기공명영상학, 방사선영상학, 디지털영상학 3740

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317 318 319 320 1 3 5 5 5 5 2 321 : 1.,,,,, 06 2. X-ray beam penetration (density) (contrast) 03 3. patch coating, precipitation, flaking 03 4. centering 03 5. Esophagus, cardia, fundus, body, angle, antrum,