유방전절제술 후 방사선치료를 위한 조직보상체의 개발 및 3차원 치료계획을 통한 유용성 분석

Abstract

[한글]

근치적 유방절제술 후 보조요법으로 시행되는 항암화학방사선 병합요법을 통해 국소진행성 유방암 환자들의 생존율이 크게 향상되어, 치료와 연관된 부작용을 최소화하기 위한 세심한 방사선치료기법의 중요성이 더욱 커지고 있다. 최근 방사선치료기법의 발달로 과거에 비해서 폐나 심장의 합병증 발생 빈도가 많이 줄었지만, 특히 방사선폐렴은 임상에서 흔히 볼 수 있는 합병증으로 이를 줄이기 위한 노력이 절실히 필요하다. 일반적으로 유방암의 수술 후 방사선조사시 흉벽의 두께가 한 환자에서 위치에 따라 많은 차이를 보이는데, 이런 문제점을 해결하기 위해 내유방림프절과 흉벽을 다른 에너지의 전자선으로 치료하기도 하고, 흉벽이 얇은 곳을 보상하는 조직보상체를 사용하기도 하며, 접사면 기법으로 치료하기도 한다. 본 연구에서는 폐나 심장의 정상 장기에 대한 합병증을 줄이고자 흉벽에 대한 전자선 치료시 매 환자의 흉벽 두께를 1cm² 간격으로 세밀히 측정하여 조사야 내 전체 흉벽 두께를 균일하도록 보상할 수 있는 개별화된 조직보상체를 제작하였다.

한편, 방사선치료는 최근 3차원 입체조형치료계획의 발달로 환자가 실제로 조사 받는 방사선의 체내 선량 분포를 3차원적으로 한 눈에 확인할 수 있게 되었으며, 나아가서 종양이나 정상 장기의 방사선 흡수 선량과 그 해당 체적의 상관관계를 보여주는 선량체적히스토그램을 얻어 이를 통해 정상 장기의 합병증 발생률까지도 수치적으로 예측하고 있다.

하지만, 아직 근치적 유방절제술 후 전자선을 이용한 수술 후 방사선 치료법을 3차원 입체조형치료계획으로 구현하여 정상조직합병증발생률을 분석한 보고는 거의 없는 상태이며, 또한 흉벽 두께 보상을 위한 개별 조직보상체의 효용성에 대한 연구 자료도 부족한 상태이다. 이에 본 연구는 이러한 개별화된 조직보상체의 유용성을 평가하기 위하여 3차원 입체조형치료계획을 시행하여 실제적인 선량분포를 확인하고 나아가서 정상 장기인 폐나 심장에 대한 합병증 발생률 측면에 있어서도 어느 정도의 효과를 얻을 수 있는지 분석하고자 하였다.

본 연구는 유방전절제술 후 방사선치료를 받는 10명의 환자를 대상으로 하였으며, 우측 유방암 환자가 3명, 좌측 유방암 환자가 7명이었다. 모든 환자는 먼저 치료계획용 컴퓨터단층촬영을 시행하였으며, 이를 바탕으로 1cm² 간격으로 흉벽 두께를 세밀히 측정하였다. 이후 주로 내유방림프절 근방인 가장 두꺼운 흉벽 부위를 기준으로 그 곳의 전방 흉막면에 80% 선량이 조사될 수 있는 방사선에너지를 설정하고, 이 부위를 기준으로 보다 얇은 곳을 포함한 전체 흉벽의 두께가 균일해지도록 하는 개별화된 조직보상체를 제작하

였으며, 제작된 조직보상체를 적용하여 다시 치료계획용 컴퓨터단층촬영을 시행하였다.

이후 각 환자의 두 영상자료를 이용하여 3차원 치료계획용프로그램으로 설계하였다. 매 환자에서 조직보상체 적용 전과 후로 등선량곡선 분포 및 선량체적히스토그램을 비교하였고, 정상조직합병증발생률의 변화 및 기타 선량통계값도 분석 비교하였다. 그 결과는 다음과 같다.

1. 조직보상체를 적용하였을 때 모든 예에서 처방선량의 80% 등선량곡선의 깊이가 흉벽두께와 거의 일치하였다. 조직보상체를 사용하지 않았을 때는 90% 이상의 등선량 곡선이 전방 흉막면을 지나 폐 실질 부위에 깊이 걸쳐 있는 경우가 많았으며, 특히 좌측 유방암의

경우에는 심장에도 불필요하게 높은 선량이 조사됨을 관찰할 수 있었다.

2. 선량체적히스토그램을 조직보상체 적용 전,후로 동측 폐, 반대측 폐 및 심장에 대하여 각각 비교하였는데, 모든 예에서 조직보상체를 사용하였을 때, 동측 폐의 선량체적히스토그램이 크게 향상된 소견을 보였으며, 심장의 경우 좌측 유방암 환자에서 특히 두드러진 향상을 보였다. 반대측 폐의 경우는 조직보상체 적용 전,후로 거의 변화가 없었다.

3. 동측 폐의 경우 조직보상체를 적용하지 않았을 때, 평균 NTCP 값이 80.2 ± 3.43% 이었으며, 조직보상체를 사용한 경우에는 평균 NTCP 값이 47.7 ± 4.61% 로 현저하게 감소하였다. 따라서 개별화된 조직보상체의 사용으로 24.5% - 40.5% 의 정상조직합병증발생률을 줄일 수 있다고 생각할 수 있었다. 각 환자의 NTCP값을 Paired t-test를 이용하여 그 차이를 분석해 본 결과 p-value 0.01 이하로 통계적으로 유의하였다.

4. 동측 폐와 심장에 대해서 평균 선량, V_(50)(처방선량 50%이상의 선량이 조사되는 체적의 백분율), V_(95)(처방선량 95%이상의 선량이 조사되는 체적의 백분율), 최대 선량, 최소 선량 등을 구하였다. 선량통계값에 있어서 조직보상체 적용 전,후에 두드러진 변화를 보인 것은 평균 선량, V_(50), V_(95) 이었다. 최대선량 및 최소 선량값은 별다른 차이를 보이지 않았다. 동측 폐의 평균선량값은 평균 2757 cGy에서 2327 cGy로 감소하였다(p < 0.01). 심장의 평균선량값은 893 cGy에서 729 cGy로 감소하였으며, V50 값은 조직보상체를 적용하지 않은 경우 동측 폐와 심장에서 각각 평균 54.5%와 16.8% 였는데, 적용한 경우 45.3%와 9.8% 로 크게 감소하였으며, V95 값은 동측 폐에서 평균 17.4%에서 11.0%로, 심장에서 6.1%에서 2.2%로 감소하였다. 우측 유방암을 가진 환자들의 심장에 대한 V_(50) 및 V_(95) 는 1예를 제외한 모든 예에서 조직보상체 적용 유무와 상관없이 2% 이내의 적은 값을 보였다.

결론적으로, 유방암 환자의 수술 후 방사선치료 시 개개 환자의 흉벽의 불균일성을 보상하는 조직보상체의 유용성을 3차원 입체조형치료계획을 통해서 확인하고자 한 본 연구에서 조직보상체를 적용하지 않은 경우에 비해 적용한 경우에 등선량곡선분포, 선량체적

히스토그램, Lyman-Kutcher 모델에 의한 정상조직합병증발생률 및 기타 선량통계값 등 모든 면에 있어서 우월성을 확인할 수 있었다. 따라서 이러한 개별화된 조직보상체의 확대 적용을 위한 과학적인 근거를 제시할 수 있었다. 향후로 임상에서 이러한 결과가 실질적인 합병증 발생률 감소와 잘 연계되는지 계속적인 추적관찰 및 연구가 필요할 것으로 생각된다

[영문]

Purpose : With the improved survival rate of patients with breast cancer by postoperative chemoradiotherapy, meticulous radiotherapy techniques to minimize side effects became more important. To reduce the dose to lung and heart in the case of chest wall irradiation using an oppositional electron beam, we used an individualized custom bolus which was precisely designed to compensate the difference of chest wall thickness. The benefits were evaluated by comparing the normal tissue complication probabilities (NTCPs) and dose statistics with boluses to those without boluses.

Methods and Materials : Boluses were made and the effects were evaluated for ten patients treated with the reverse hockey stick technique. Electron beam energy was determined in order to irradiate 80% of the prescription dose to the deepest lung-chest wall boarder, which was usually located at the internal mammary lymph node chain. An individualized custom bolus was made to compensate the chest wall thinner than the prescription depth by meticulously measuring the chest wall thickness at 1cm² interval on the planning CT images. Second planning CT was obtained overlying the individualized custom bolus to each patient's chest wall. 3-D treatment planning was performed using ADAC-Pinnacle³ for each patient with or without bolus. NTCPs based on "the Lyman-Kutcher" model were analyzed and the mean, maximum, minimum doses, V_(50) and V_(95) for heart and lung were computed.

Results : The average NTCPs in the ipsilateral lung were reduced from 80.2 ± 3.43% to 47.7 ± 4.61% when individualized custom boluses were used, which shows statistically meaningful reduction (p<0.01). The mean lung dose in the ipsilateral lung was also significantly reduced about 430 cGy from 2757 cGy to 2327 cGy

(p<0.01). V_(50) and V_(95) in the ipsilateral lung markedly decreased from the average 54.5% and 17.4% to the average 45.3% and 11.0%. V_(50) and V_(95) in the heart also decreased from the average 16.8% and 6.1% to the average 9.8% and 2.2%. The NTCP in the contralateral lung as well as the heart were 0% even in the case of no bolus due to the small effective radiation volumes, mean value 4.4% and 7.1%, respectively.

Conclusion : The use of an individualized custom bolus in the radiotherapy of postmastectomy chest wall reduced the NTCP of ipsilateral lung about 24.5% - 40.5%, which can increase the complication free cure probability of breast cancer patients.