세기조절방사선치료를 위한 정밀 도시메트리에 관한 연구

Abstract

세기조절방사선치료(Intensity-modulated Radiation Therapy, IMRT)는 다양한 크기의 광자선을 국소 암 부위에 입사시켜 종양을 치료하는 고정밀도 의료기법이다. 해당 기법의 수행을 위해서는 소조사면에서의 정확한 선량 측정이 선행되어야 하는데 현재까지 구축된 방법으로는 조사면 가장자리에서의 급격한 선량 변화, 전자의 비평형, 검출기와 팬텀 물질간의 불균질성 및 스캐너의 불균일한 선량 판독 등으로 인해 정확한 평가가 어려운 상태이다. 따라서 본 연구에서는 IMRT의 정도관리(Quality Assurance, QA) 절차에서의 정밀한 선량 평가를 위해 LEGO형 고체 팬텀을 설계 및 제작하고, 이를 기반으로 절대/상대선량 측정 및 보정에 관한 연구를 수행하였다. 설계된 LEGO형 고체 팬텀은 인체(근육, 지방, 뼈, 및 폐)와 유사한 물리적 특성을 갖도록 밀도, 조성성분, 유효원자번호, 그리고 감쇄계수 등을 고려하였으며 미소전리함, 다이오드 검출기, 평판형 검출기, MOSFET, 필름 등의 검출기로 다양한 평가를 수행할 수 있도록 하였다. 또한, 검출기 및 불균질 물질의 위치가 자유롭게 이동 가능하도록 고안하였다. 제작된 팬텀의 성능 평가를 위해 수행된 선량측정(흡수/상대선량)에서는 근육 및 뼈가 삽입된 경우 1 × 1 cm2, 공기가 삽입된 경우 2 × 2 cm2 이하 조사면에서 검출기 간 측정 결과가 서로 상이하였으며, 이를 통해 정밀도 향상을 위한 소조사면 연구 및 PMCEPT 코드의 고밀도 영역 내 산란인자 보정의 필요성을 확인하였다. 그리고, 소조사면 연구의 일환으로 수행된 흡수선량 평가에서는 1 × 1 cm2 이하 조사면에서 전리함의 측정 결과가 타 검출기에 비해 저평가되는 것을 확인하였으며 컨볼루션 이론을 적용하여 체적효과에 대한 영향을 보정하였다. 그 결과, 1 × 1 cm2, 0.7 × 0.7 cm2 조사면에서 보정 전 각각 14%, 10% 차이를 나타낸 것에서 보정 후 약 1%, 0.5 × 0.5 cm2 조사면에서는 보정 전 42%에서 보정 후 약 7%까지 차이를 줄일 수 있었다. 또한, 픽셀 기반의 필름 보정 방법론을 개발하여 빛의 산란효과로 인한 판독 오차를 최소화할 수 있도록 하였으며 기존에 개발된 방법론과 정확성 또한 비교/분석하였다. 기존방법론은 단일선량을 기준선량 대비 3% 이내의 정확도로 보정하였으나, 본 연구에서 개발된 방법론은 1% 이내의 정확도로 보정하였고 복합선량에 대해서는 몬테카를로 계산과 비교하였을 때, 보정 전 평균 16%의 차이를 약 1% 이내로 감소시켰다. 따라서, 구축된 IMRT용 LEGO 팬텀, 소조사면에 대한 선량평가, 스캐너의 선량분포 보정 방법론에 관한 연구들을 통해 IMRT 치료계획시스템(Treatment Planning System, TPS)의 정확성을 검증할 수 있는 기술을 확보하였다. 또한 개발된 하드웨어 및 소프트웨어는 향후 임상 QA에 활용이 가능하며, 본 연구로부터 도출된 결과는 소조사면을 이용하는 타 방사선 치료의 기초 자료로도 사용할 수 있을 것으로 판단된다.