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, 암 치료 장비 등에서 발생하는 인공 방사선이 있습니다. 이 중 방사선 치료에 이용되는 전리 방사선은 에너지가 충분히 커서 어떤 물질에 흡수되면 물질의 이온화를 유발시킬 수 있는 방사선을 말하며, 대체로 고에너지 방사선을 의미합니다.
광자로 이루어져 있으며, 대표적인 예로는 감마선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전자파, 라디오파 등이 있습니다.
전자선, 양성자선, 중성자선, 중전하 입자 등이 있습니다.
이중에서 감마선, X-선, 전자선, 양성자선, 중성자선이 암 치료에 많이 사용되고 있습니다.
방사선을 세포에 조사하면 방사선이 세포의 생존에 필수적인 기관인 DNA(Deoxyribo Nucleotic Acid : 모든 생물체의 유전물질)와 세포막에 직접 혹은 간접적으로 작용하여 세포를 죽이는 것으로 알려져 있습니다. 방사선에 의해 손상을 받은 세포는 대부분 손상 후 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. 하지만 암세포는 정상세포에 비해 방사선 감수성(radiosensitivity)이 높아 방사선에 적은 양의 방사선에도 큰 영향을 받습니다. 따라서 같은 양의 방사선을 조사 받더라고 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.
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.
완치를 목적으로 시행되는 방사선 치료를 말하며 장기간의 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 암 치료 방법(수술, 항암 화학요법 등)이 시행되기 전 또는 후에 보조적 치료로 사용되기도 합니다.
암이 발견된 당시 상당히 진행되었거나 원격 전이를 동반하여 완치의 가능성이 없는 경우가 있습니다. 이런 환자의 경우 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.
선형가속기를 이용하여 만든 고에너지의 X-선이나 전자선을 환자의 피부에 통과시켜 몸 내부에 있는 종양까지 도달하게 하여 암세포를 죽이는 방법입니다. 치료 시 통증은 전혀 없으며 1회 치료 시간은 5-10분이고, 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.
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 치료 방법입니다. 근접 치료는 단독으로 시행되는 경우는 드물고 통상적으로 원격 치료 전 혹은 후에 시행됩니다.
최근 들어 정상 조직의 손상을 최소화하면서 종양 세포에 대해서만 선택적으로 방사선 치료의 효과를 높이려는 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다. 기존의 방사선 치료에서는 기술상 방사선이 암세포뿐만 아니라 암세포 주위의 넓은 영역의 정상세포에도 원치 않는 많은 방사선을 조사할 수밖에 없어서 방사선에 노출된 정상 조직의 파괴로 인한 후유증이 있었습니다. 그러나 최근에는 CT(전산화 단층촬영)나 MRI(자기 공명 영상)의 첨단 영상과 컴퓨터를 활용하여 종양의 위치, 크기 및 모양을 입체적으로 재구성하여 정상 조직은 가능한 보존하고 종양 세포에만 집중적으로 방사선을 조사하는 특수 방사선 치료가 이루어지고 있습니다.
특수 방사선 치료가 발달함에 따라, 이를 기존의 다른 암 치료 방법과 함께 사용하여 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 방사선 치료, 정위적 방사선 수술, 강도 변조 방사선 치료 등을 들 수 있습니다.
입체조형 치료는 일반적인 방사선 치료에 비해 한 차원 높은 단계의 치료라고 할 수 있습니다. 일반적인 방사선 치료는 치료의 계획과 작업이 2차원적이라 종양 세포 외에 정상 조직에도 영향을 주게 됩니다. 입체조형치료는 치료 부위 내의 정상 조직을 제외하고 종양이 있는 부위에만 방사선이 들어가도록 하여 치료의 효과를 높이면서 정상 조직을 가능한 보존하기 위한 치료 방법입니다.
최근에는 컴퓨터와 방사선 치료 기기의 발달로, 환자로부터 얻은 CT(전산화단층촬영)나 MRI(자기공명영상)의 진단 영상들을 첨단 전산화된 소프트웨어를 이용하여 입체적으로 분석하는 것이 가능하게 되었습니다. 3차원 입체조형 방사선 치료 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 조사야에서 바라본 인체 내부 구조(beam's eye view)를 3차원적 영상으로 재구성 할 수 있게 해 주는 입체조형 모의 치료기, 입체조형 치료가 가능한 선형가속기 등이 필요합니다.
보편적인 방사선 치료는 1~4개 정도의 동일 평면 조사면을 사용하는 반면 3차원 입체조형 치료는 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.
3차원 입체조형 방사선 치료는 신체의 거의 모든 부위에 생기는 종양들에 적용이 가능하며 특히 뇌종양, 두경부 종양, 폐암을 비롯한 흉부종양 간암 담도암 및 전립선암을 포함한 골반 부위의 종양들에서 방사선 치료로 인한 부작용의 위험을 현저히 낮출 수 있는 방법으로 인정되고 있습니다.
정위적 방사선 수술이란 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 치료 방법을 말합니다. 또한 종래의 뇌 수술 시 필연적으로 따르던 위험이나 합병증을 최소화하면서 수술과 동등한, 혹은 더 나은 치료 효과를 얻을 수 있는 획기적인 최첨단 무혈 방사선 수술 방법입니다.
정위적 방사선 수술을 할 수 있는 장비로는 정위 방사선 수술용 콘(cone)을 장착하거나 미세 다엽 콜리메이터를 장착한 선형가속기, 감마 나이프, 사이버 나이프 등이 있습니다.
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 전산화 단층촬영 (Computed Tomography : CT)이나 자기 공명 영상 촬영(Magnetic Resonance Imaging :MRI)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 방사선 치료 장비(외부 방사선 치료에 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 방사선 수술은 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 방사선 치료 뿐만 아니라, 주변 정상 조직 보호를 위해 1-6주정도 기간 동안 매일 나누어서 치료하는 분할 정위방사선 치료도 가능하다는 장점을 가지고 있습니다. 최근에는 정상 조직의 조사를 최소화하면서 종양 부위에 정확하게 조사하기 위한 정위 방사선 수술과 강도 변조 방사선 치료가 병합된 방법이 많이 사용되고 있습니다. 한편, 감마 나이프나 사이버 나이프의 경우 정위 방사선 수술에만 사용될 수 있을 뿐 외부 방사선 치료에는 사용이 불가능한 반면, 정위 방사선 수술용 콘을 이용하면 정위 방사선 수술과 외부 방사선치료가 모두 가능하다는 장점이 있습니다.
감마나이프 방사선 수술은 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 방법 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 통상적으로 작은 (3cm 이하) 병변에 한정되어 치료가 가능하다는 단점이 있습니다.
감마 나이프의 적응증은 다음과 같습니다.
단, 통상적으로 두개강 및 두개 저부의 3cm 이하 작은 병변에 한정되어 치료가 가능
위성 항법 장치인 네비게이션 시스템을 이용하여 로봇팔에 장착된 선형가속기에서 방사선을 조사하는 정위 방사선 수술 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 촬영시 만들어진 3차원 영상과 비교하여 병변의 위치를 인식하고 추적합니다. 이러한 시술 방법은 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.
단, 통상적으로6cm 이하의 종양에서만 치료가 가능
강도 변조 방사선 치료는 방사선 차폐 장치인 다엽 콜리메이터를 컴퓨터로 정밀하게 조절하여, 방사선 조사 범위를 수백 개의 조각으로 나누어 개별적으로 선량을 조사하는 방식의 최첨단 방사선 치료 방법입니다. 이러한 방식으로 기존의 3차원 입체조형 치료보다 더욱 정밀한 방사선 치료가 가능하며, 정상 조직에 나타나는 부작용을 최소화할 수 있습니다.
강도 변조 방사선 치료는 치료 계획, 치료, 치료 검증 등 치료의 전 과정에서 고도의 정밀성이 요구되며 모든 치료 과정은 컴퓨터로 분석된 데이타를 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.
강도 변조 방사선 치료는 암 부위에 특이적으로 방사선량을 많이 조사할 수 있으므로 모든 종양이 대상이 되지만, 치료가 복잡하여 치료준비 및 치료시간이 오래 걸리고, 치료비가 매우 비쌉니다. 따라서 기존 방사선 치료에서 심각한 부작용이 나타나는 경우가 특히 강도 변조 방사선 치료의 대상이 되고 있습니다.
최근에는 뇌종양, 자궁경부암, 간암, 폐암, 유방암 등 거의 모든 암에 강도 변조 방사선 치료가 적용되고 있으며 그 적용 영역이 확대되고 있습니다.
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. 영상 유도 방사선 치료란 이러한 방법을 이용하여 시술하는 치료 기술을 총칭하며, 토모 치료도 영상 유도 방사선 치료 기술의 이용한 치료 방법의 하나입니다.
장기 분할치료 시에는 환자의 상태와 장기의 위치 변화에 따라 변화하는 치료 부위의 정확한 위치 확인이 필요합니다. 또한 방사선 치료로 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.
전립선암, 뇌종양, 폐암, 두경부암, 간암
토모 치료기는 고 에너지 엑스레이를 이용한 방사선 치료기와 전산화 단층촬영이 가능한 CT (Computerized Tomography)를 접합한 최첨단 방사선 치료기입니다. 이 치료기를 이용하여 치료 전 종양 위치를 실시간 확인하고, 영상 유도 방사선 치료를 시행하는 것이 토모 치료입니다. 다른 치료기와 달리 CT와 같은 모양을 하고 있어 '토모 치료기'라고 불립니다. 이 치료기의 특징은 360도 회전하면서 정교히 계산된 5만개 이상의 작은 방사선 조각을 360도 회전하면서 조사하여 나선형의 강도 변조 방사선 치료를 구현한다는 것입니다.
방사선 치료의 하나로, 수소 원자핵을 가속하여 얻은 분리된 양성자를 이용하여 환자를 치료하는 암 치료법을 말합니다.
