Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 15, No. 10 pp. 6187-6192, 2014 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2014.15.10.6187 ISSN 1975-4701 / eissn 2288-4688 전뇌조사의체적변조회전치료시두피선량감소에관한평가 김정호 1, 배석환 2*, 김기진 3, 유세종 4 1 건양대학교병원방사선종양학과, 2 건양대학교방사선학과, 3 건양대학교병원핵의학과, 4 건양대학교병원영상의학과 Evaluation of the reduced scalp dose at Volumetric Modulated Arc Therapy(VMAT) Jeong-Ho Kim 1, Seok-Hwan Bae 2*, Ki-Jin Kim 3, Se-Jong Yoo 4 1 Department of Radiation Oncology, Konyang University Hospital 2 Division of Radiology, Konyang University 3 Department of Nuclear Medicine, Konyang University Hospital 4 Department of Radiology, Konyang University Hospital 요약전이성뇌종양의증가에따라전뇌방사선치료가증가하게되었다. 그리고치료기법의발전은삶의질향상의중요성을증가시키게되었다. 체적변조회전전뇌조사는용적별선량을차등시킬수있는우수한치료기법이다. 이에두피선량증가에따른탈모에대하여기존전뇌조사와체적변조회전전뇌조사를비교하고자하였다. 두정부인체모형을이용하여치료계획을비교하였다. 뇌실질의경우정합지수, 동질성지수, 범위의질지수를적용하였으며, 두피, 안구, 수정체, 경추의경우 20% 선량의용적, 50% 선량의용적을적용하여비교하였다. 비교결과뇌실질은기존전뇌조사가 10% 정도우수하였지만, 두피, 안구, 수정체, 경추의경우는체적변조회전전뇌조사가 1000% 정도우수하였다. 향후체적변조회전전뇌조사의처방선량을조정한다면탈모를방지하는전이성뇌종양방사선치료로선정될것이다. Abstract The use of WBRT(whole brain radiation therapy) has increased due to the increase in the incidence of metastatic brain tumors. The development of radiation therapy techniques is expected to improve the quality of life. The VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy) is an excellent treatment technique that can distinguish the dose in each volume. Therefore, this study compared conventional WBRT and VMAT for hair loss according to the scalp dose using a head phantom. The CI (Conformity Index), HI (Homogeneity Index) and QOC (Quality of Coverage) were measured brain tissue. A 20 percent and 50 percent dose was measured at the scalp, eyeball, lens, and c-spine. Conventional WBRT is excellent at 10 percent of brain tissue. VMAT is far superior at 1000 percent at the other organs. VMAT at the prescribed dose can be used as radiation therapy of metastatic brain tumors with less hair loss. Key Words : Alopecia, Brain Cancer, Volumetric Modulated Arc Therapy, Whole Brain Radiation Therapy 1. 서론전이성뇌종양의경우에는모든원발암에서전이가가능하며, 특히소화기계암, 유방암, 비소세포성폐암의경우에전이확률이커진다 [1-4]. 최근고령화에따른암발생율의증가와전신요법의발전, 뇌전이에대한진단 방법의발전으로인해빈도가약 20 ~ 40 % 를차지하게된다 [5,6]. 이러한뇌전이의경우에는방사선치료가생존율을향상시키는것으로보고되고있다 [7]. 이러한이유로뇌전이의경우에는방사선치료가표준치료로구성되어왔다. 이러한뇌전이에대한치료방법은종양의크기및종류, 형태에따라달라지며, 특히신경학적증상완 * Corresponding Author : Seok-Hwan Bae(Konyang Univ.) Tel: +82-42-600-6395 email: shbae@konyang.ac.kr Received July 15, 2014 Revised (1st August 28, 2014, 2nd September 2, 2014) Accepted October 10, 2014 6187
한국산학기술학회논문지제 15 권제 10 호, 2014 화, 환자의삶의질향상, 생존기간연장에효과적인방법은전뇌조사이다 [8,9]. 전뇌조사는뇌전체에대해수정체를포함한안면부및경추부를차폐하여대향 2문측방향조사를실시하는것이다 [10]. 이러한전뇌조사의경우대부분이남은생존기간이짧기때문에탈모와같은부작용은치료전진료과정에서사전설명후실시하게된다 [11]. 하지만치료기술의발달로인해생존율이증가되고, 환자들의인식변화및삶의질기준변화로인해탈모에대한인식도변모해가고있다 [12,13]. 환자들의인식변화는탈모에대한삶의질저하에대한두려움으로인해전이성뇌종양의방사선치료를거부하는상황까지발생하게되었다. 국내뿐만아니라해외에서도이러한탈모방지를위해다양한연구를진행하고있지만, 치료기법의한계로연구가더이상발전되지못하고있었다. 최근용적별방사선량을차등시켜주는세기변조방사선치료의선속방향한계를해결한체적변조회전치료의개발로전이성뇌종양의탈모방지에대한가능성을열게되었다. 이에본연구에서는기존의방사선치료와체적변조회전치료에서의뇌실질과두피의선량에대해비교하여체적변조회전치료의전뇌조사가탈모및치료효과에대한유용성을평가하고자하였다. 2. 대상및방법 2.1 대상 Radiosurgery Head Phantom ACR 096 (Accuray, USA) 을대상으로하여 Brilliance Big bore CT (Philips. USA) 로영상을획득하여방사선치료계획용컴퓨터인 ECLIPSE (Varian, USA) 로계획하였다. 이때영상에서육안으로가능한뇌실질에대해윤곽도를표현하고, 두피에대한표현은두정부표면에서부터내부로 0.5cm 간격의영역을설정하였다. 2.2 방법 2.2.1 기본전뇌조사치료계획기본전뇌조사치료계획은두정부의정중심에대해대향 2문측방향조사를설정하고, 상부, 전후부에대해 1cm의공간을포함한조사야를설정한다. 이때조사야는 1번경추까지만포함시키며, 수정체에서 0.5cm 간격을포함한영역을차폐하여준다. 6MV 광자선을이용하며, 처방선량은 95% 에대해 200cGy를설정하였다. [Fig. 2] Conventional whole brain radiation therapy planning image 2.2.2 체적변조회전전뇌조사치료계획체적변조회전전뇌조사치료계획은두정부의정중심에치료중심점을설정하고, 6MV 광자선을이용하여체적변조회전조사를실시한다. 그리고처방선량은기본전뇌조사치료계획과동일하게 95% 에대해 200cGy를설정하였다. 설정조건은뇌실질에대해 100% 최소 190cGy 로가중치 300을설정하고, 0% 최대 210cGy로가중치 300을설정하였다. 뇌실질의 0.5cm간격의외부영역을 Shell-brain 이라고지정하고 0% 최대 160cGy로가중치 100을설정하였다. 그리고두피영역에해당되는두정부표면에서부터 0.5cm간격의영역에대해 0% 최대 50cGy 로가중치 150을설정하였다. 그리고두피영역에서 0.5cm간격의내부영역을 Shell-skin이라고지정하고 0% 최대 100cGy로가중치 50을설정하였다. 안구에대해 0% 최대 70cGy로가중치 100을설정하였고, 안구내부에위치한수정체에대해 0% 최대 50cGy로가중치 150 으로설정하였다. 그리고경추에대해서는 0% 최대 100cGy로가중치 100으로설정하였다. 계산은동일한조건에대해 2회연속실시하였으며, 회전조건은 CW와 CCW 두방향으로콜리메이터각도 30도와 330도로설정하여 181도에서 179도로설정하여계산하였다. [Fig. 1] Axial and coronal and sagittal image of whole brain tomography 6188
전뇌조사의체적변조회전치료시두피선량감소에관한평가 종양포함정도는기존전뇌조사가약 7% 높은값을표현하였다. 그리고최대선량은약 9%, 최소선량은 29% 기본전뇌조사가목적선량에근접하였다. [Fig. 3] Optimization image of VMAT whole brain radiation therapy planning [Fig. 4] VMAT whole brain radiation therapy planning image 2.2.3 뇌실질선량지표뇌실질에대한선량지표는적용되어진치료계획의 DVH (Dose-Volume Histogram) 를기준으로기본전뇌조사치료계획과체적변조회전전뇌조사치료계획에대해 RTOG (Radiation Therapy Oncology Group) 의정량화된지표인 CI (Conformity index) 와 HI (Homogeneity index), QOC (Quality of Coverage) 를이용하여뇌실질의지표를비교평가하였다 [14,15]. CI는목적선량의종양포함정도를평가하는지표이다. 그리고 HI는종양내최대선량을, QOC는종양내최소선량을나타내는지표이다. CI, HI, QOC는전립선및간등의종양치료계획평가에적용된다 [16,17]. 2.2.3 기타선량지표 뇌실질주변에방사선위해가발생할수있는주요장기인두피, 안구, 수정체, 경추에대해선량지표를적용하였으며, 두피및수정체의한계선량을고려하여 20cGy가피폭되는두피영역의용적인 V 20 과 50cGy가피폭되는두피영역의용적인 V 50 을비교평가하였다 [18]. [Fig. 5] DVH image of brain tissue [Table 1] Index of brain tissue Conventional VMAT CI 0.973 0.905 HI 1.127 1.231 QOC 0.983 0.762 3.2 기타선량지표기본전뇌조사와체적변조회전전뇌조사의두피, 안구, 수정체, 경추에대한지표는 DVH로확인하였으며, 고선량영역의분포도평가에포함하였다. 저선량영역의평가값은기존체적변조회전전뇌조사가두피에서약 16%, 경추에서약 70% 감소되었다. 그리고고선량영역의평가값은두피에서약 90%, 경추에서는약 91% 감소되었다. 3. 결과 3.1 뇌실질선량지표 기본전뇌조사와체적변조회전전뇌조사의뇌실질에대한지표는뇌실질의 DVH를통해계산하였다. 선량의 [Fig. 6] DVH image of scalp 6189
한국산학기술학회논문지 제15권 제10호, 2014 [Fig. 11] High Dose distribution image of VMAT whole brain radiation therapy planning [Fig. 7] DVH image of eye ball [Table 2] Index of other [unit : cc] scalp eye ball lens c-spine Conventional VMAT 375.14 316.09 357.77 37.74 4.65 11.01 22.47 1.48 9.91 3.05 8.24 0.76 [Fig. 8] DVH image of lens 4. 고찰 및 결론 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 암환자가 증가함 에 따라 뇌전이도 증가하게 되었으며, 뇌전이의 표준치 료인 방사선치료 역시 증가하고 있다. 이러한 전뇌방사 선치료는 뇌 실질에 균등한 방사선을 조사하면서 두피에 도 일정량의 방사선이 피폭되게 된다. 물론, 수정체 및 경 추와 같은 주요장기에 대해서는 차폐를 하여 부작용 발 생을 예방하게 되지만 두피의 경우에는 조사범위에 포함 된 영역으로 기존의 전뇌조사방식에서는 두피의 피폭에 [Fig. 9] DVH image of c-spine 의한 탈모를 예방할 수 없게 된다. 예전에는 뇌전이에 대 해 생존율 향상을 위해 탈모에 대한 부분을 감수하고 방 사선치료를 진행하였지만, 최근 생존율 증가와 함께 삶 의 질 향상에 환자들이 관심을 가지면서 방사선 치료로 인한 탈모에 대한 부분이 고려되고 있다. 심지어는 이러 한 탈모로 인한 스트레스로 방사선치료를 중단하는 경우 도 발생하게 된다. 하지만 최근 방사선치료기법이 발전 하면서 체적변조회전치료기법을 응용하여 전뇌조사에 [Fig. 10] High Dose distribution image of conventional whole brain radiation therapy planning 적용하게 되었다. 이러한 체적변조회전 전뇌조사의 경우 6190
전뇌조사의체적변조회전치료시두피선량감소에관한평가 에는기존의수정체및경추의피폭량저감과탈모확률을저감시킬수있도록조절가능하게되었다. 본연구에서는이러한체적변조회전전뇌조사가기존전뇌조사에비해유용성을평가하는것으로실험결과수정체, 안구, 경추는물론이고두피의피폭량이매우감소하는것을보였다. 하지만뇌실질은기존전뇌조사보다선량지표상으로유용하지못한것으로나타났다. 하지만이러한지표값의차이는크지않으므로처방선량의조정, 체적변조회전조건의변경, 치료횟수의조정으로충분히보완가능하다. 즉, 체적변조회전전뇌조사를이용하는것이기존전뇌조사를이용하는것보다환자의생존율을유지하면서, 부작용감소를통한삶의질향상을도모할수있는방법이다. 이러한탈모방지를위한방사선치료기법은선행되었던연구는있었다. 하지만기존전뇌조사기법과 2방향에서선량분포조정을한방법인기법, 그리고토모테라피장비를이용한기법을비교한것으로임상적으로활용하기에는한계가있다. 2방향선량분포조정기법의경우에는방향의선택이불가능하며, 토모테라피장비를이용한기법의경우토모테라피장비를보유해야하기때문이다. 향후체적변조회전전뇌조사를활용하기위해서는조건의설정을일반화할수있는프로토콜개발을통해모든경우에적용할수있도록개발이필요하다는숙제가남아있다는것을인지하여야할것이다. References [1] J. H. Lee, K. Y. Choi, I. Y. Kim, et al., "Usefulness of 11C-methionine PET in the Diagnosis and Management of Tumor Seeding after Stereotactic Biopsy -Case Report-", Brain Tumor Research and Treatment, pp. 149-154, Jun, 2014. [2] D. S. Sun, L. K. Hu, Y. Cai, et al., "A Systematic Review of Risk Factors for Brain Metastases and Value of Prophylactic Cranial Irradiation in Non-Small Cell Lung Cancer", Asian Pacific Journal of Cancer Prevention, pp. 1233-1239, Apr, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.7314/apjcp.2014.15.3.1233 [3] F. Andre, K. Slimane, T. Bachelot, et al., "Breast cancer with synchronous metastases: trends in survival during a 14-year period", J Clin Oncol, pp. 3302-3308, Feb, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1200/jco.2004.08.095 [4] A. Zabel, S. Milker-Zabel, C. Thilmann, et al., "Treatment of brain metastases in patients with non-small cell lung cancer (NSCLC) by stereotactic linac-based radiosurgery: prognostic factors", Lung Cancer, pp. 87-94, Jul, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/s0169-5002(02)00030-2 [5] J. S. Lee, "Cancer Facts & Figures 2014 in the Republic of Korea", Ministry of Health & Welfare Republic of Korea, pp. 1-138, Jul, 2014. [6] K. W. Jung, Y. J. W, H. J. Kong, et al., "Cancer Statistics in Korea: Incidence, Mortality, Survival, and Prevalence in 2011", Cancer Res Treat, pp. 109-123, Apr, 2014. [7] W. S. Lee, Y. H. Kim, J. H. Han, et al., "Stereotactic Radiosurgery for Brain Metastases from Non-Small Cell Lung Cancer", Brain Tumor Research and Treatment, pp. 38-44. Feb, 2012. [8] C. H. Lee, "The role of surgical resection in managements of brain metastasis : a 17-year longitudinal study", Seoul National University, pp. 1-32, Sep, 2012. [9] E. J. Kim, "Study on antitumor effect of poly-gamma-glutamate in combination with cyclophosphamide", University of Science & Technology, pp. 1-54, Aug, 2013. [10] M. K. Kang, "Comparison of the Dose of the Normal Tissues among Various Conventional Techniques for Whole Brain Radiotherapy", The Korean Society for Radiation Oncology, pp. 99-105, Apr, 2010. [11] D. W. Andrews, C. B. Scott, P. W. Sperduto, A. E. Flanders, L. E. Gaspar, M. C. Schell, et al., "Whole brain radiation therapy with or without stereotactic radiosurgery boost for patients with one to three brain metastases: phase III results of the RTOG 9508 randomised trial", The Lancet, pp. 1665, May, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/s0140-6736(04)16250-8 [12] J. Y. Jang, S. Y. Park, J. S. Kim, et al., "Scalp Dose Evaluation According Radiation Therapy Technique of Whole Brain Radiation Therapy", Korea Society Radiotherapeutic Technology, pp. 103-108, Aug, 2011. [13] M. H. Jang, "The Influence of Wearing Wigs on the Quality of Life the Female Cancer Patients Who Started Losing Hair", Kosin University, pp. 1-132, Feb, 2008. [14] L. Feuvret, G. Noel, J. J. Mazeron, "Conformity index: A review", Int J Radiation Oncology Biol Phys, 64, pp. 333-342, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrobp.2005.09.028 [15] W. R. Lee, L. Daniel, RTOG 0415: A phase III randomized study of hypofractionated 3D-CRT/IMR versus conventionally fractionated 3D-CRT/IMRT in patients with favorable-risk prostate cancer, Radiation Therapy Oncology Group, Mahul, 2009. [16] H. D. Kim, B. Y. Kim, S. J. Kim, et al. "Influence of Couch 6191
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