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방사선이란
방사선은 에너지를 가진 입자 혹은 파동의 흐름이 공간이나 매질을 통해 전파되는 것을 의미합니다. 방사선은 그것이 발생하는
근원에 따라 두 종류로 나뉘는데, 태양, 땅, 음식물, 우주 등에서 나오는 가시광선, 적외선 등과 같은 자연 방사선과 가전 제품,
진단용 X-선 장치, 암치료 장비 등에서 발생하는 인공 방사선이 있고 이 중 방사선 치료에 이용되는 전리 방사선은 에너지가
충분히 커서 어떤 물질에 흡수되면 물질의 이온화를 유발시킬 수 있는 방사선을 말하며, 대체로 고에너지 방사선을 의미합니다.
방사선의 종류
- 전자기 방사선
광자로 이루어져 있으며 대표적 예로는 감마선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전자파, 라디오파 등이 있습니다.
- 입자 방사선
전자선, 양성자선, 중성자선, 중전하 입자 등이 있습니다.
이중에서 감마선, X-선, 전자선, 양성자선, 중성자선이 암 치료에 많이 사용되고 있습니다.
[ 전자기 방사선의 예 ]
방사선 치료의 기전
방사선을 세포에 조사하면 세포의 생존에 필수적인 기관인 DNA(Deoxyribo Nucleotic Acid : 모든 생물체의 유전물질)와
세포막에 직접 혹은 간접적으로 작용하여 세포를 죽이는 것으로 알려져 있습니다. 방사선을 받은 세포는 대부분 그 이후에
세포 분열을 할 때 죽고, 일부 세포는 세포가 노화되어 정상적으로 수명을 다하는 세포 사멸(Apoptosis)이라는 과정을 통해
죽게 됩니다. 방사선 조사를 받으면 정상 조직과 암 조직에서 모두 방사선으로 인한 장애를 일으키게 됩니다. 정상 조직은
어느 정도의 시간이 지나면 장애로부터 회복되지만, 종양 조직은 어느 정도 기간 동안 충분한 회복이 불가능합니다.
그러므로 이를 고려해 하루에 180~200cGy씩 장기간 분할 치료를 하면 정상 조직의 방사선 장애를 최소화하면서
종양 조직의 파괴는 높여 효율적인 치료가 가능하게 됩니다.
방사선 치료의 종류
암 치료에서 방사선 치료의 목표는 정상 세포를 최대한 보호하면서 모든 유해한 암세포를 파괴하는 것입니다.
방사선 치료의 목적은 암의 치료에 있습니다. 그러나 때로는 치료가 더 이상 가능하지 않을 때 환자의 증상을 완화시키거나,
또는 암 성장을 억제시키기 위해 이용되기도 합니다. 치료 목적과 치료 방법에 따른 방사선 치료 분류는 다음과 같습니다.
1. 치료 목적에 따른 분류
- 근치적 방사선 치료
완치 목적으로 시행되는 방사선 치료를 말하며 장기간 치료 기간이 소요됩니다. 종양이 비교적 국소적인 상태에 머물러 있으며 전이가 없거나, 전이가 있어도 원발 병소에 인접해 있을 때는 근치적 방사선 치료가 암의 완치를 위해 단독으로 혹은 주된 치료 방법으로 사용될 수 있습니다. 해부학적 위치나 기타의 이유로 수술요법으로 종양의 완전 절제가 불가능하거나 전이가 의심스러울 때는 수술 후에 방사선 치료를 하기도 합니다. 또한 다른 암치료 방법(수술, 항암화학요법 등)이 시행되기 전 또는 후에 보조적 치료로 사용되기도 합니다.
- 완화적 방사선 치료
암 발견 당시 상당히 진행되었거나 원격 전이를 동반하여 완치 가능성이 없는 경우가 있을때 병리적 골절이나 뇌·척추·상대정맥 등 주요 기관에서 나타나는 압박·혈관 폐쇄와 같은 증상을 예방하거나 완화시키기 위한 목적으로 방사선 치료를 할 수 있습니다. 이런 완화적 치료의 반응은 암의 종류와 환자의 상태에 따라 차이가 있을 수 있으나 환자의 약 70~80% 정도는 증상 완화의 효과를 볼 수 있습니다.
2. 치료 방법에 따른 분류
- 외부 방사선(원격)치료
선형가속기를 이용하여 만든 고에너지의 X-선이나 전자선을 환자 피부에 통과시켜 내부에 있는 종양까지 도달하게 하여 암세포를 죽이는 방법입니다. 치료 시 통증은 전혀 없으며 1회 치료시간은 5분 이내이고, 전체 치료 기간은 치료 목적이나 방사선에 대한 병의 민감도에 따라 다릅니다. 초기에는 종양 부위와 암세포가 퍼져있을 가능성이 높은 부위를 모두 포함한 넓은 영역을 치료하지만, 몇 단계에 걸쳐 치료 계획을 바꾸어 치료 영역을 점차 줄여나가다가 마지막에는 종양부위에만 방사선을 조사합니다.
- 근접치료
방사선을 발생시키는 동위원소를 인체 조직 내에 직접 삽입하거나 자궁, 비인강, 기관지, 식도, 담도 등으로 관을 통해 넣어 치료하는 방법입니다. 선형가속기를 이용하는 원격 치료와 달리, 암 덩어리 속 혹은 주변에 직접 방사선치료를 하게 되므로 정상 조직으로의 방사선량은 최소화하면서 암에 대한 방사선량은 최대화할 수 있는 치료방법입니다. 근접 치료는 단독으로 시행되는 경우는 드물고 통상적으로 원격 치료 전 혹은 후에 시행됩니다.
특수 방사선 치료의 개요
최근 들어 정상 조직 손상을 최소화하면서 종양 세포에 대해서만 선택적으로 방사선 치료의 효과를 높이려는 연구가 활발하게
이루어지고 있습니다. 기존의 방사선 치료에서는 방사선이 암세포뿐만 아니라 방사선에 노출된 정상 조직도 파괴하여 이로
인한 후유증이 있었습니다. 그러나 최근에는 CT(전산화단층촬영)나 MRI(자기공명영상)의 첨단 영상과 컴퓨터를 활용하여
종양의 위치, 크기 및 모양을 입체적으로 재구성하여 정상 조직은 가능한 보존하고 종양 세포에만 집중적으로 방사선을 조사
하는 특수 방사선치료가 이루어지고 있습니다. 특수 방사선치료가 발달함에 따라 이를 기존의 다른 암치료 방법과 함께 사용
하여 암이 발생한 장기를 상실하지 않으면서도 비슷한 수준의 완치율을 얻을 수 있게 되었으며, 통증과 출혈 없이 뇌종양
수술을 하는 것도 가능하게 되었습니다. 특수 방사선 치료의 대표적인 예로는 3차원 입체조형 방사선치료, 정위적 방사선수술, 강도변조 방사선치료 등을 들 수 있습니다.
1. 3차원 입체조형 방사선 치료
3차원 입체조형 방사선치료란 ?
입체조형 방사선치료는 일반 방사선 치료에 비해 한 차원 높은 단계의 치료라고 할 수 있으며 일반적인 방사선치료는 치료의
계획과 작업이 2차원적이라 종양 세포 외에 정상 조직도 영향을 주게 됩니다. 치료부위 내 정상 조직을 제외하고 종양이 있는
부위에만 방사선이 들어가도록 하여 치료의 효과를 높이면서 정상 조직을 가능한 보존하기 위한 치료 방법입니다.
원리
최근에는 컴퓨터와 방사선치료 기기의 발달로 환자로부터 얻은 CT(전산화단층촬영)나 MRI(자기공명영상)의 진단 영상들을 첨단 전산화된 소프트웨어를 이용하여 입체적으로 분석하는 것이 가능하게 되었습니다. 3차원 입체조형 방사선치료 시에도 이를 이용하여 종양 부위와 정상 장기들을 입체적으로 정확하게 재구성하고, 방사선을 쪼여주는 종양 부위의 위치와 방향을 역시 입체적으로 조절하여 결정하게 됩니다. 즉, 주변의 정상 조직을 최대한 보호하면서 종양 부위에만 방사선이 조사되도록 하여, 종양의 모양과 거의 같은 방사선 분포를 갖는 3차원적 치료가 가능하게 되었습니다. 이런 3차원 방사선 치료를 하기 위해서는 3차원 입체 치료계획용 컴퓨터와 방사선 조사에서 바라본 인체 내부 구조(beam's eye view)를 3차원적 영상으로 재구성 할 수 있게 해 주는 입체조형 모의치료기, 입체조형 치료가 가능한 선형가속기 등이 필요합니다. 보편적인 방사선치료는 1~4개 정도의 동일 평면 조사면을 사용하는 반면 3차원 입체조형치료는 4~10개 정도의 동일 또는 비동일 평면의 조사면을 사용합니다. 따라서 치료 시간이 좀 더 많이 소요되나 정상조직에 조사되는 방사선량을 극소화시킬 수 있으므로 부작용을 최소화 할 수 있고, 궁극적으로는 종양 부위에 더 많은 양의 방사선을 조사할 수 있어 치료 효과, 즉 암의 완치율을 극대화 할 수 있습니다.
적응증
3차원 입체조형 방사선치료는 신체의 거의 모든 부위에 생기는 종양들에 적용이 가능하며 특히 뇌종양, 두경부종양, 폐암을 비롯한 흉부종양, 간암 담도암 및 전립선암을 포함한 골반 부위의 종양들에서 방사선 치료로 인한 부작용의 위험을 현저히 낮출 수 있는 방법으로 인정되고 있습니다.
2. 정위적 방사선 수술
정위적 방사선수술이란
정위적 방사선수술이란 최첨단 선형가속기가 발생시키는 방사선을 이용하여 두개강 내 및 두경부 내의 병소 치료 시 두개골을
잘라내지 않고 매우 정확하게 정위적(입체적)으로 매우 정확하게 파괴시키는 안전하고 비침습적인 치료방법을 말합니다.
또한 종래의 뇌수술 시 필연적으로 따르던 위험이나 합병증을 최소화하면서 수술과 동등한 혹은 더 나은 치료 효과를 얻을 수
있는 획기적인 최첨단 무혈 방사선수술방법입니다.
종류
정위적 방사선수술을 할 수 있는 장비로는 정위 방사선 수술용 콘(cone)을 장착하거나 미세 다엽 콜리메이터를 장착한 선형가속기, 감마 나이프, 사이버 나이프 등이 있습니다.
- 선형가속기를 이용한 정위 방사선 수술
우주선은 우주에서 주변의 행성을 기준으로 하여 자신의 위치를 파악합니다. 다시 말해서 주변 행성의 위치로부터 자신의 3차원적인 위치를 알 수 있는 것입니다. 이와 마찬가지로 각 행성의 역할을 하는 정위 장치를 환자의 머리에 씌우고 전산화단층촬영(Computed Tomography : CT)이나 자기공명영상촬영(Magnetic Resonance Imaging :M RI )을 하게 되면, 이들 촬영 영상 위에 정위 기준과 병소가 나타나고 이들 정위 기준에 의해 병소의 3차원적인 좌표를 알 수 있게 됩니다. 이렇게 얻어진 병소의 좌표를 이용하여 방사선치료 장비(외부 방사선치료에 쓰이는 선형가속기에 특수 제작된 정위 방사선 수술용 콘(cone)이나 너비 약 2-3mm의 미세 다엽 콜리메이터를 장착)의 회전중심과 병소의 중심을 일치시킨 후, 병소 주변의 정상 조직을 최대한 보호하기 위한 컴퓨터 치료를 설계하고, 후에 이에 따라서 대량의 고선량을 여러 방향에서 일시에 집중적으로 조사합니다. 이렇게 일시에 고선량을 안전하게 병소에만 투여함으로써 종래의 마취 위험 및 치료 후 합병증을 감소시키고, 수술로만 제거가 가능했던 복잡한 두개강 및 두경부 내의 병변을 안전하고 비수술적인 방법으로 제거할 수 있게 되었습니다. 또한 선형가속기를 이용한 정위 방사선수술은 기존의 수술과 동등한 혹은 더 나은 치료효과를 얻을 수 있어 획기적인 최첨단 방사선 치료 기법으로 인정받고 있습니다. 또한 기존 선형가속기에 정위방사선수술 시스템을 장착하여 뇌종양 및 전신의 거의 모든 부위에 사용할 수 있습니다. 선형가속기를 이용한 정위 방사선 시술은 일회에 치료를 정위 방사선치료 뿐만 아니라, 주변 정상조직 보호를 위해 1-6주 정도 기간 동안 매일 나누어서 치료하는 분할 정위방사선치료도 가능하다는 장점을 가지고 있습니다. 최근에는 정상 조직의 조사를 최소화하면서 종양 부위에 정확하게 조사하기 위한 정위 방사선수술과 강도변조 방사선치료가 병합된 방법이 많이 사용되고 있습니다. 한편, 감마 나이프나 사이버 나이프의 경우 정위 방사선수술에만 사용될 수 있을 뿐 외부 방사선치료에는 사용이 불가능한 반면, 정위 방사선수술용 콘을 이용하면 정위 방사선수술과 외부 방사선치료가 모두 가능하다는 장점이 있습니다.
- 감마 나이프
감마 나이프 방사선수술은 두개강 내 병소를 두피나 두개골의 절개 없이 컴퓨터를 이용하여 방사선 물질에서 방사되는 감마선을 컴퓨터를 이용하여 각각 다른 방향에서 병소 부위에 초점을 맞추어 조사함으로써, 정상적인 뇌 조직에는 영향을 주지 않고 병소 부위에만 높은 에너지의 방사선을 조사하는 치료법입니다. 단순히 감마선을 사람 머리에 조사할 경우 조사 초기에 에너지를 잃어버리는 감마선의 특성 상 뇌 속 깊은 곳에 존재하는 병소보다는 피부나 정상 뇌 조직이 방사선에 더 많이 노출됩니다. 따라서 뇌 심부 병소에는 방사선을 집중적으로 조사하면서도 병소 주변과 방사선이 지나는 경로에 조사되는 방사선은 최소화하는 특별한 방법이 필요합니다. 감마 나이프는 머리 주위에 201개의 방사선원을 반구형으로 배치하여 각기 다른 방향에서 감마선을 조사하고 반구 중심에서 모든 감마선이 교차하도록 되어 있습니다. 이렇게 함으로써 방사선원 하나에서 나온 감마선이 지나는 중간 경로에 있는 정상 조직은 영향을 받지 않으면서 각 방향으로 들어간 감마선이 중심에 최대 에너지 초점을 형성하고 병소를 파괴하게 됩니다. 단, 감마 나이프는 통상적으로 두개강 및 두경부 내의 작은 (3cm 이하) 병변에 한정되어 치료가 가능하다는 단점이 있습니다.
감마 나이프의 적응증은 다음과 같습니다.
- 뇌혈관 질환 : 수술이 어려운 부위의 뇌동정맥 기형, 고령이거나 전신 상태가 좋지 않은 환자의 뇌혈관 기형 등
- 양성 종양 : 청신경초종, 뇌를 둘러싸고 있는 수막에서 생기는 수막종, 뇌하수체 종양, 두개 인두종, 송과체 종양 등
- 악성 종양 : 전이성 뇌종양, 악성 신경교종 등 각종 악성 뇌종양 및 비인강 악성 종양과 두개, 기저부의 종양
- 그 외에 파킨슨씨병, 간질, 치료에 잘 듣지 않는 통증, 3차 신경통 등
단, 통상적으로 두개강 및 두개 저부의 3cm 이하 작은 병변에 한정되어 치료가 가능
- 사이버 나이프
위성 항법 장치인 네비게이션 시스템을 이용하여 로봇팔에 장착된 선형가속기에서 방사선을 조사하는 정위 방사선수술 방법의 하나로, 감마 나이프와 달리 뇌종양 이외에 다른 종양에도 적용이 가능하고, 분할 치료가 용이하다는 장점을 가지고 있습니다. 선형 가속기, 로봇팔, 병변 추적 장치, 치료용 컴퓨터 등으로 구성되어 있으며 방사선 조사 장치인 선형가속기를 소형-경량화한 로봇팔에 장착하여 사용합니다. 시술 시 먼저 실시간 영상유도 기술을 이용하여 환자와 표적 병변의 위치를 파악한 후 컴퓨터 제어 하에 로봇팔이 (1296개의 방향에서 방사선 조사 가능) 병변에만 집중적으로 조사할 수 있도록 조절하여 방사선을 조사합니다. 이때, 병변 추적 장치에서는 병변 추적용 X-선을 발사하여 치료대 위에 누워있는 환자의 실시간 영상을 감지한 후 CT 촬영 시 만들어진 3차원 영상과 비교하여 병변의 위치를 인식하고 추적합니다. 이러한 시술방법은 뇌종양 뿐만 아니라 사이버 나이프 치료 적응증에 해당하는 전립선암, 췌장암, 폐암 등의 치료에도 사용되고 있습니다. 하지만 아직 움직이는 장기 내에 위치한 종양의 위치 추적이 불완전하다는 점과 통상적으로 6cm 이하의 종양에서만 치료가 가능하다는 단점이 있습니다.
사이버 나이프의 치료 적응증은 다음과 같습니다.
- 감마 나이프에서 치료 가능한 두개부 종양
- 방사선 치료, 항암 화학요법, 수술 후 재발한 체부 종양 : 두경부암, 갑상선암, 비소세포성 폐암, 췌장암, 간암, 자궁 경부암, 난소암, 직장암, 육종암, 척추암
- 수술이 불가능한 체부 종양 : 폐암, 갑상선암, 췌장암, 간암, 육종암, 척추암
단, 통상적으로 6cm 이하의 종양에서만 치료가 가능
3. 강도 변조 방사선 치료
강도변조 방사선치료(IMRT: Intensity Modulated Radiotherapy)란
강도변조 방사선 치료는 방사선 차폐 장치인 다엽 콜리메이터를 컴퓨터로 정밀하게 조절하여, 방사선 조사 범위를 수백 개의 조각으로 나누어 개별적으로 선량을 조사하는 방식의 최첨단 방사선치료 방법입니다. 이러한 방식으로 기존의 3차원 입체조형 치료보다 더욱 정밀한 방사선치료가 가능하며, 정상 조직에 나타나는 부작용을 최소화할 수 있습니다.
원리
강도변조 방사선치료는 치료 계획, 치료, 치료 검증 등 치료의 전 과정에서 고도의 정밀성이 요구되며 모든 치료 과정은 컴퓨터로 분석된 데이트를 바탕으로 이루어집니다. 마치 화가가 정밀한 그림을 그리듯 방사선량을 조절할 수 있어 암 부위만 집중적으로 치료하는 것이 가능합니다. 그러므로 강도 변조 방사선 치료는 기존 방사선 치료에 비해 방사선 치료로 인한 부작용 발생은 최소화하면서 암의 완치율을 높일 수 있을 것으로 기대됩니다.
적응증
강도변조 방사선치료는 암 부위에 특이적으로 방사선량을 많이 조사할 수 있으므로 모든 종양이 대상이 되지만, 치료가 복잡하여 치료준비 및 치료시간이 오래 걸리고, 치료비가 매우 비쌉니다. 따라서 기존 방사선치료에서 심각한 부작용이 나타나는 경우가 특히 강도변조 방사선치료의 대상이 되고 있습니다.
- 두경부암
비인두암, 인두암, 하인두암, 구강암, 성문암 등은 기존 방사선 치료 시 침샘 파괴로 인한 구강 건조증이 문제가 되는데, 강도변조 방사선치료를 통해 침샘으로의 방사선량을 최소화하여 구강 건조증을 감소시킬 수 있습니다.
- 전립선암의 경우에는 전립선과 직장, 방광이 매우 근접하게 위치하여 기존 방사선 치료로는 합병증 없이 전립선암 부위에 충분한 양의 방사선을 조사하여 치료하기가 어려웠습니다. 이러한 경우 강도변조 방사선치료를 이용하여 직장, 방광 등 정상 장기에 대한 방사선 치료 합병증을 최소화하면서 암 완치율을 높일 수 있게 되었습니다.
- 최근에는 뇌종양, 자궁경부암, 간암, 폐암, 유방암 등 거의 모든 암에 강도변조 방사선치료가 적용되고 있으며 그 적용 영역이 확대되고 있습니다.
[ 다엽콜리메이터와 강도변조 방사선 치료 기기 ]
4. 토모 치료 및 영상 유도 방사선 치료
영상유도 방사선치료(IGRT : Image guided radiotherapy)란
방사선 치료 기기에 CT, MRI, PET와 같은 영상 장치 기능을 추가시킴으로 치료 전과 후의 신체 내 종양의 이미지 변화를 3차원적으로 비교 할 수 있습니다. 이로 인하여 치료 종양의 크기 및 위치의 치료 시마다 관찰하여 오차를 최소화할 수 있으며, 종양 조직을 정상 조직과 정확히 구별할 수 있어 종양의 비정상 정도나 장기의 기능 중요도에 따라 최적의 치료선량을 부여할 수 있게 되었습니다. 영상유도 방사선치료란 이러한 방법을 이용하여 시술하는 치료 기술을 총칭하며, 토모 치료도 영상유도 방사선치료 기술을 이용한 치료방법의 하나입니다.
필요성
장기 분할치료 시에는 환자의 상태와 장기의 위치 변화에 따라 변화하는 치료 부위의 정확한 위치 확인이 필요합니다. 또한 방사선치료로 인한 종양의 위치, 크기 및 형태의 변화 등의 표적 변화가 발생하는데, 이로 인한 부정적 효과를 최소화 하기 위해서는 영상촬영을 통해 계속적으로 종양의 크기 및 위치를 확인하는 것이 중요합니다.
적응증
토모치료(Tomography)
토모치료기는 고에너지 엑스레이를 이용한 방사선 치료기와 전산화단층촬영이 가능한 CT (Computerized Tomography) 를
접합한 최첨단 방사선 치료기입니다. 이 치료기를 이용하여 치료 전 종양 위치를 실시간 확인하고, 영상유도 방사선치료를
시행하는 것이 토모치료입니다. 다른 치료기와 달리 CT와 같은 모양을 하고 있어 '토모치료기'라고 불립니다. 이 치료기의
특징은 360도 회전하면서 정교히 계산된 5만개 이상의 작은 방사선 조각을 360도 회전하면서 조사하여 나선형의 강도변조
방사선치료를 구현한다는 것입니다.
[ 토모 치료기 ] 토모 치료기 과정 1.환자자세고정 및 CT촬영 2.치료계획 수립 3.선량 정밀성 확인(DQA) 4.선량 분석(Analysis) 5.치료 전 종양위치 확인
양성자 치료
방사선치료의 하나로, 수소 원자핵을 가속하여 얻은 분리된 양성자를 이용하여 환자를 치료하는 암 치료법.
양성자 특징
[ 조직내의 x선 빔과 양성자 빔의 특성 비교 ] 양성자 치료의 장점
- 양성자 방사선이 암 표적 부위에 도달하기 전까지 일반 정상 조직에는 거의 방사선을 조사하지 않기 때문에 정상 조직에 나타나는 방사선부작용을 줄일 수 있습니다.
- 양성자 방사선이 암표적 부위에만 대부분의 방사선을 조사하고 멈추므로 표적 뒤에 있는 정상 조직은 방사선의 영향을 전혀 받지 않습니다.
- 양성자를 인체 내에 조사하여 원하는 부위에 고선량의 방사선을 집중할 수 있습니다.
- 표적 부위 중에서도 작고 특정한 부위에만 집중하여 원하는 방사선량을 집중적으로 조사하는 것이 가능하며, 양성자의 에너지를 다양하게 조절하여 암 치료에 필요한 깊이 만큼만 방사선량을 조사할 수도 있습니다.
- 양성자는 방사선 질도가 광자나 전자에 비해 최소한 5배 이상 높아서 동일한 방사선량으로도 광자나 전자에 비해 훨씬 높은 치료 효과를 나타낼 수 있습니다.
양성자치료의 적응증
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