방사선치료학 1

☞ 방사선치료학

1. 물질과 방사선
   가. 원자핵과 원자
       크기: 원자핵의 반경 10-12㎝, 원자의 반경 10-8cm
       구성: 원자 = 원자핵( 양자+중성자 ) + 궤도전자
       원자질량단위: 1 amu(Atomic mass unit)= 탄소(C) 12 원자의 질량단위
                             1 amu=1.6604  10-27㎏
                             양자질량=1.00728 amu
                             중성자질량=1.00867 amu

2. 방사선(Ionizing radiation)
   일정한 운동에너지를 지니고 방사되는 전리능(quante)을 가지는 量子
    가.전리방사선: A.직접 전리성 입자: 음 전자(e), 양 전자(β+), π-중간자
                                      陽子(P), 중양자(D), 삼중양자(T)
                                      알파입자(α), 重 이온(C∼Ne)
                  B. 간접 전리성 입자: 중성자(n)
                  C. 電磁 放射線(photon): 엑스선(X:원자내 발생),
                                        감마선(γ:핵내에서 발생 에너지 일정)

3. 방사선 단위
    가. 기본단위: (SI Unit): mass(㎏), length(m), time(S), current(A)
        *방사선단위(SI unit): # 방사능(Activity) - Becquerel(㏃),
                                              1 Ci = 3.7 1010 ㏃
                             # 흡수선량(Absorbed dose) -Gray(Gy)
                                     1 Gy = 100rad,    1cG=1rad      

                            # 노출량(Exposure) - (R)
                                              1 R = 2.58   10-4 C/㎏

                             # 등가흡수선량(Dose equivalent) - Sievert(Sv)
                                 Radio protection에만 사용
                                              1 Sv = 100 rem

  4. X-선의 발견과 발달

     (1) 독일의 물리학자 Wilhelm Conard Rontgen은 Crookes관을 이용하여 음 극선을 연구 하던중 1895년 11월 8일 흑지와 나무판을 투과하여 백금 시 안화바륨에 나타난 형광에 의하여 미지의 방사선을 발견하고 이를 X-선 이라고 함.

     (2) X-선의 발생조건
         전자발생: 열 Filament,
         전자가속: 고전압
         전자선 정지(sudden stopping): Target
         진공장치(10-5mmHg): 산화방지, 공기충돌방지

     (3) X-線 管의 구성
          1) 음극(Cathode)
          2) 양극(Anode): target
              target angle : 진단용 10∼22。( 회전양극 17∼18。)
                            치료용 26∼32。
              target 구성물질의 조건: ① 원자번호가 높을 것 (X선효율증가)
                                     ② 용융도(melting point)가 높을것(99% 가 열이므로)
                                     ③ 열 전도율이 높을 것
                                     ④ 증기압이 낮을 것(증발되므로)
                                    Tunasten target: Z: 74  MP: 3370OC

          3) X-선 발생

             X-선은 필라멘트에서 발생된 전자들이 고압에 의하여 가속된 후  target에 충돌함으로서 입사에너지의 대부분은 원자들을 여기시켜 열을  발생시키고 일부는 원자를 전리시키며 나머지 약 10%의 에너지만 X- 선을 발생시킨다.

     (4) X-선의 에너지 스펙트럼

          1) 저지X-선(Bremsstrahlung, or general radiation): 입사 전자가 원자  핵에서 갑자기 저지 당할 때  전자의 모든 에너지가 광자(X-선)로 변환됨( 진단 X-선의 80%)

          2) 특성X-선(Chahacteristic radiation): 입사 전자가 타켓원자의 내각 궤도 전자를 이탈시킴으로서  외각전자가 전이되고 이때 그 에너지 차이 만큼의 에너지를 가진 광자가 방출 (일정한 에너지를가지며  원자마다 다르다)

       (5) X-선의 성질: ①투과효과②감광효과③형광효과④전리효과⑤화학 및 생물학적효과

       (6) X-선의 질과 량
            X-선은 질량이 없고 빛의 속도를 가진 광자(phton)로서 X-선의  에너지는 양극에 부하된 전압에 따라 증가하며 진동수에 비례하고   (E=hv)무색, 무취이지만 파장이 짧아서 (λ=0.01∼1A。) 투과력이  강하고 감광및 형광작용이 있어서 영상을 형성 할수 있으며 전리 작용이 있어서 화학 및 생물학적 변화를 일으킬 수 있다.
        1) X-선의 감약곡선
             X-선 에너지는 관전압에 관계되며 단일 에너지를 가진 X-선이 물질을 통과할때 투과선량의 강도(intensity)는 두께에 따라 지수  법칙으로 감소한다( I = IO e -μχ )
          X-선량을 반으로 줄이는 물질의 두께를 반가층 두께(Half valuelayer)라 하며 (X ½ = 0.693/ μ) 이는 X-선 에너지에 의존되므 로 X-선 질 즉 에너지에 대응할 수 있다.
          대부분의 X-선은 불균일한 에너지를 가졌으므로 평균에너지는 관 전압의 약 1/2 에 해당되며 여과판을 사용하면 X-선이 더 많이 흡 수되며  평균에너지는 증가하므로 반가층 두께(HVL)가  여과판에 따라 변화기 때문에 제1반가층, 제2반가층등으로 구분하고 있다.

       2) X-선과 조직과의 상호작용
          # 광자(photon)에 의한 작용
             ① 광전효과(photo electric effect)
                photon이 全에너지를 원자 내부에 있는 전자에 전달되어 이  전자들만이 원자 밖으로 발산되는 현상.
                광전효과의 발생확율은 photon에너지 3승에 반비례하고 물 질의 원자번호 3승에 비례하며, 조직에서는 80KVP이하에서 우세하다.
             ② 콤퓨턴효과(Compton effect)
                  입사 입자가 원자내의 자유 전자와 충돌하여 이 전자를 축출(recoil electron)하고 광자 자신은 전자에 의해 에너지  가 감소된대로 산란된다.(scatter ray).
                 작용확율은 입사에너지에 반비례하고 Z에 무관함
                 조직에서 30 KeV에서 30MeV사이가 우세함
             ③ 　生成(pair production)
               photon이 원자핵 가까이 핵력 주위에서 갑자기 그 에너지가 전자와 양전자로 변화는 현상.
              흡수 계수는 에너지와 물질의 원자 번호에 비레한다.
              조직에서 50MeV와 100MeV 사이가 우세
                 *소멸복사(anihilation radiation): 속도가 느린 양전자  (positron)가 자유전자와 결합하여                    에 너지가 0.51MeV인  2개의 photon이서로 반대 방향으로 방출된다.  
  
          # 전자선과의 상호작용
                 충돌현상으로 여기(excitation), 전리, 방사선발생,산란등의 작용을 한다.
              전자선의 에너지 손실은 비 탄성충돌 여기,전리에 의한것과  
              방사선에 의한 것으로 구별할 수 있다.

 5. 방사선 치료

    #  방사선치료과정
           1) 목적
               악성종양을 치료하는 방법은 수술, 방사선, 화학, 면역, 온열요법 등이 있으며 단독 또는 병합치료방법도 구사하고 있으며 치료목적 에 따라 적극적치료(Cure)와 대중적치료(Palliation)로 구분하여 치료과정을 적당히 선택한다. 방사선치료는 종양이 크고 침습이되어 수술이 어렵거나  수술로 제거하지 못한 국한부위를 치료(Local / regional control)하는 수단으로서 모든 암환자의 60%가 방사선 치 료를 받고 있다.  방사선 치료의 목적은 종양을 치유시키고 삶의  질을 높이기 위하여 종양에는 치유될 수 있는 최적의 방사선량을 부여하면서 주위 건강조직의 방사선 손상을 최소로 줄이는데 있다. 또한 방사선은 그 효력이 조직내 상당기간 영향을 주며 축적되기때문에 철저한 표준 선량계측(RTP),치료계획, 방사선조사, 치료확인, 정도관리가 필수적이다.

          2) 방사선치료선택
               악성종양에 대한 방사선치료 여부를 결정하는데 우선 종양의 종 류, 발생부위, 전이 범위, 병리학적 소견,등에 따라 병기별(Staging,  TNM), 치료목적, (Cure, pallation), 치료방법 (Total dose, Fraction  size, TDF)등을 계획한다.
 
         3) 종양의 위치와 크기 결정

                방사선 조준장치(X-ray simulator, CT-Sim)를 이용하여 방사선   치료장치에서 조사되는 것과 똑 같은 기하학적 물리학적 조건에서 해부학적 영상을 촬영하고 종양과 주위 주요장기의 위치, 모양,크기를 2차 또는 3차원 영상으로 표시한다.

           4) 치료계획
                방사선의 종류, 에너지, 방사선조사방향과 조사면, 다중조사등을  최대한 조율하여 종양에 정확하고 균일하며 최적한 방사선량을 조 사하면서  주위 건강조직의 방사선 피폭이 최소가 되도록 계획 하 여야 하며 이를 시행하기 위해서는 방사선치료계획 컴퓨터 (Radiation Treatment planning System, 2-D RTP, 3-D RTP)가 필수적이다.

           5) 치료 보조기구의 제작 및 이용
              치료방법:
                    다중집속,  회전,  진동, Mantal, TBI, IORT, RS,    Conformal, tomotheray, Brachy )과
              치료계획에 따라 최적치료를 위한 보조기구
                     Block, Wedge, spoiler, Compensator, Bolus, Attenuator,
                     Immobilization tool, Moulds, Mask, Dynamic wedge,  Moving collimator, Multi leaf collimator, Special cone,  Speculum)를 해당 환자에 가장 알맞게 제작 이용한다

             6) 방사선 조사 치료
                     방사선원은 코발트-60, 이리듐-192, 등 방사성 동위원소와
                  리니악, 베타트론, 마이크로트론, 사이크로트론,등 가속기에 의해
                  감마선, 액스선(4-25MV), 전자선(6-30MeV), 중성자선, 양자 선, 등을 이용하며 방사선치료 계획과 꼭같은 조건하에서 방 사선을 조사하며 조사중 환자 감시 확인등 정신을 치료에 집중 시킨다

        .        

           7) 방사선조사 확인
                      방사선속에서 보아서(Beam Eye View) 건강조직을 피하면서 치료하고자 하는 종양에 확실히 투여되고 있는지 확인  하고 만일 오차가 있을 경우 다시 교정해야하며 선량 보정을  하여야한다. 확인 사진은 (Verification film,    port film,  L-gram)은 관용도가 큰 특수 필름을 사용하거나 부득이한  경우 일반진단용 필름을 사용하지만 납 증감지(0.5-1mm)를   사용해야 한다.  최근에는 방사선치료 조사부위를 확인 할 수 있으며 다중 촬영 비디오 촬영이 가능하고 화질을 높이는 이온영상장치(Elecrtonic Portal Image Device)등 확인 영상(portal vision을 이용하여 교정 평가한다. 전신조사, 유동장기치료, 임산부치료등에서 신체 관심부분의 정확한 선량과 불균일한  종양내의 선량 확인은 특수측정기 (Multi-Diode, ESR, Film ) 를 이용하여 확인 한다.

         8) 방사선 치료평가
                방사선 치료가 계획에서부터 시행 확인까지 전과정에 대한 진료 평가를 (Quality Control)를 시행하여야 하며 환자의 건강상태, 종 양의 소실 정도등을 주기적으로 평가(Folow up) 하여야한다.

        
            #  전산화 단층 조준장치(CT Simulation)
                 방사선 수술(Radiosurgery, Gama knife, photon knife), 방사선 입체치료(3-D Conformal therapy), 변조선 회전 입체치료(Tomo therapy)등의 방사선 입체치료 방법은 반드시 치료장치 및 치료 계획 장치등과 상호 회로망(PACS, LAN, Network)이 연결된 전산화 단층 조준장치가 필요하다.
 전산화 단층 조준장치(CT-Sim)는 CT-scanner, X-ray simulator   Laser projector와 imaging procesing computer로 구성 되었으며  평면 및 입체영상, 다면 다각 영상제구성(Digital Reconstructed  Radiography) 및 체표면, 종양 및 주요장기의 입체윤곽과 크기,  모양 ,위치등을 확인하여 정확히 조준하며 직접 RTP, LINAC, MLC에 연결 상호정보를 교환한다.

     #  다엽콜리메터(Multi Leaf Collimator)
                 종양의 모양과 크기는 다양하며 방사선은 종양을 중심으로 다 방면 입체각에서 종양 모양과 똑같은 모양의 조사형으로 조사해야  종양만을 치료 할 수 있다. 이와 같이 짧은 시간에 여러모양의 조사형을 구사 할 수 있고 조사형 이외에는 완전 차폐될 수 있는 장 치가 필요하며 가장 적당한 장치중의 하나가 바로 MLC이다.
              MLC는 두께가 6Cm 폭이 1Cm이고 길이가 10Cm인 텅그스텐   합금으로  구성되어 있으며 양쪽에 약 26개씩 모두 52개의 엽(Leaf)으로 구성되었으며 computer control에 의하여 Stepping   Motor를 움직이게하며 유효조사면은 26×40cm이다.현재는 120 leaf까지 구성되어져있다

           #  이온 영상 장치(Electronic portal Image Device)
                 고 에너지 방사선은 투과력이 강하고 Build up현상이 있으며  뼈와 조직에 대한 상호작용이 같기 때문에(compton effect)필름이나 DR의 형광판등으로 매우 어렵다. 이와같은 결점을 보완하고  방사선 치료중에도 감시할 수 있으며 영상평가에 자료를 줄 수 있는 EPID가 계발되어 임상에 이용하고 있다
   

     (1) 근접치료( Brachytherapy)

         # Molding: skin surface, superficical lesion
         # 삽입조사(Interstitial implant): intraoral, lung, skin lesion
         # 강내조사(Intracavitary insertion): body cavity, cervix, uterus.
         # Afterloading and remote afterloading system

    (2) 사용되는 방사성 동위원소

         # Ra-226( 1600y, 0.8E)
         # Cs-137( 30y , 0.66E)
         # Co-60 (5.26y, 1.25E)
         # Ir-192 (74.2d, 0.35E)
         # I-125 (60.2d, 0.027E)
         # Au-198( 2.7d, 0.42E)

     (3) 선량분포 ( Dose distribution)

         1) 역자승 법칙(Inverse square law)
               Brachy therapy의 선량은 주로 역자승 법칙만 쓰고 조직내  감약계수는 무시한다. 즉 거리가 5Cm미만일 때 역자승 법칙에 의한 선량 변동은 조직내 감약계수( ㎝당 2∼3% 감약 )에 의한 것 보다 훨씬 크기 때문이다.( ISL에 의한 감소는 1㎝당 75%)

     (4) NSD와 Tolerance

         1) 저선량율 ( 분당 1∼50rads)

           저선량율의 survival curve는 sub-lethal domage가 회복되므로  shoulder (Dq) 넓고 감수성 이             적다.(DO가크다)  
           저선량율은 cell cycle time이 긴 세포일수록 더 효과적이다.
           이유는 cycle 당 죽는 비율이 번식비율 보다 적기때문이다.또한  저선량율은 서서히 피해를            주므로 산소 공급이 비교적 원할하여 OER가 조금 적어진다.(2.0)
         2) 고선량율 (분당 100rad 이상)
            생존곡선의 shoulder가 있기 때문에 분할조사가 유리하다.
            Fraction과 Time은 malignant cell이 immune이 되는 동시 정상  세포의 homeostatic control이             활발하여 sub-lethel domage가  recovery된다.
            세포의 종류에 따라 각각의 감수성이 유사하므로 종양은  저선량율 보다 고선량율에 더 큰             감수성.
            적정 선량 범위에서는 치료효과가 크지만 선량이 다소 적어도  상당한 역효과가 온다.

      (5) Brachytherapy의 장단점.(Co-60 Remote Afterloading System)

          1)장점:①집중적인 종양 선량을 부여할 수 있다.(외부조사 2-3배)
                    ②Localization이 더욱 정밀하다.
                    ③정상 조직의 피해가 적고 종양에 sharply localized한 선량을 줄 수 있다.
                    ④선량의 모양이 부정형일지라도 쉽게 등선량을 줄수 있다.
                    ⑤less morbidity & mortality than surgery
                      약물요법 보다 약 100배이상 고선량을 줄 수 있다
                    ⑤치료종사자의 피폭 격감
                    ⑥조사시간 단축(감염 위험이 적다)
                  
          2)단점: ①작은 수술과 같은 여러 가지 작업이 필요
                     ② 종양의 trauma와 암 세포의 무더기 전파
                 
          3)구성: # Applicator : Tandem(ployethylene)
                               Ovoid(Acryl)
          4) 치료절차:① 진찰: uterus 길이 결정
                            ② Tandem tube에 Cu ring을 uterus 길이에 맞게조정
                            ③ Tandem, Ovoid 삽입  거리 조정(선량분포도 분석)
                            ④ Dummy source 삽입
                            ⑤ X-선 TV monitor로 tandem,ovoid 위치 교정             

                            ⑥ AP.Lat 사진찰영
                            ⑦ 선량 분포도작성. 조사시간게산
                            ⑧ 모의선원 발췌: 선원 tube 연결
                            ⑨ 선원삽입

          5) 선원배열과 선량분포
                     # Co-60 선원
                        크기: 1mm ×1mm(1Ci)
                        중량: 약 7mg
                        비방사능: 167Ci/g(누설선량 8mR/hr at 1m)
                        γfacter: 1.3RHM
                        선량율 : 208rad/ci min at 1 cm        

          6) 선원 구성
                    # Tandem: 3ci, Ovide: 2ci 2개 (Total: 7ci)
                    # Tandem: 선원 slide 기구
                                tandem에 point선원은 입구에서 안쪽으로  최대 5단계씩0.5∼4cm)임의조정가능                     # ovoid선원 직각 장착: 선원의 직각위치는 자궁위쪽의  방광및 아래쪽에 직장에                                대하여 줄일 수 있다.

          7) A  B point 설정
               (Manchester system)   
               A점: 원발병소의 치유량과 방광,직장의 장해량의 index.
               B점: 골반벽 침유전이에 대한 선량의 index.

           
6. 방사선 발생장치
      
     (1) Grnez - ray unit
          10∼30 Kvp의 X-ray발생
          둥근 target와 beryllium window로 되어 있다.
          HVL은 약 0.5cm로서 피부 표면을 치료  
    (2) Orthovolt  therapy unit
          80∼300Kvp
          HVL은 filter( Al, Cu, Th)에 따라 3mm Al 5mmCu
          (*thoraeus filter( Sn+Cu+Al)는 Cu,Al여과판 보다 강도를 적게 줄이고 HVL를 높일 수 있다.)
           # E에 따른 filter: 100KV∼150KV............... AL
                            150KV∼ 1MV................ Cu,Th
                            1MV이상 ........................ Pb
      
     (3) Cobalt-60 Teletherapy unit
          방사능화(activation):9Co+n=60Co+γ 에너지: 1.17Mev+1.33Mev(평균1.25Mev)
          비방사능:80Ci/g
          반감기: 5.26년
          감마 factor: 1.3RHM
          선원의 크기: 1 2 Cm(반음영)
          선원은 25cm납으로 싸여 있고 개폐방법은 rotation wheel.
          sliding bar, mercury shutter, turn table tyoe등
          최대 build up 지점이 표면하 0.5 cm로서 skin sparing effect(피부 60%), Bone sparing                  effect(compton 효과우세)
          Stable output and platness, Large pnumbra, Decay.
          Low output( 5000 ci 일 때 1m에서 약 100rad/min)
          

       (4) 선형가속기 (Linear accelerator)

    전자총에서 발생된 대량의 전자가 microwave(300MHz, 초고주 파전자)에 의해   가속된다  (traveling    wave type)
         용량에 따라 전자를 4∼20MeV까지 가속시켜 고에너지 전자선을  발사할  수 있으며 투과형          target에 의해 고에너지 X-선을 사용 할 수 있다.
            # 10MV X-ray: 높은 심부율(HVL 18cm at 1 m, FS 10×10)
                            최대 build up은 2.5cm, 피부표면은 40%로서
                            skin sparing effect.
                            높은 선량율(200∼600rad/min at 1 m)
                            Bone sparing effect(compton)
                            적은 tarret 초점( 3mm)........적은 penumbra
                            측방산란이 적고 조사면이 크다.
                            가동하지 않을 때 피폭은 없지만 불안정한
                            output와 flatness. 고장수리 및 교정이 어렵다.

        (5) Batatron
              전자가 증가되는 자장에 의해 가속되면서 같은 궤도 반경을  회전한다
           전자석중 donut형의 진공 tube가 놓여 있고 그속에 전자총과  target가 있다.
           자장이 증가하는 cycle(1/720초)동안 전자는 관을 30∼50만회 회 전하며 가속된다.
           높은 에너지를(10∼50MeV)를 얻을 수 있으나 출력(output)이  LINAC 보다 적어서 주로            고에너지 전자선 발생 장치로만 이용.
                # 고에너지 전자선
                   ① 조직내 최대실용거리는 전자선 에너지(MeV)의 약½cm
                   ② 실효거리는 등량곡선의 80%선으로 에너지의 약⅓cm
                   ③ sharp fall off of the dose
                   ④ Rapid  build up
                   ⑤ Constriction of isodose curve at depth
                   ⑥ 평탄한 선량분포
          (6) Cyclotron
                일정하고 강한 자장과 교변 고주파의 전장을 두 개의 텅빈 반원   (dees) 사이에 바꾸어            줌으로서 이온원에서 발생된 중이온(양자,중성자)이 가속된다. (전자가속은 불가능)
              

             #중성자선
                     ①14MeV 중성자선의 심부율은 CO-60과 비슷
                     ②RBE가 높다, OER가 적다.(1.5)
           (7) Synchro - cyclotron
                cyclotron과 같은 원리이나 에너지가 높을 때는 상대성 이론을 보정하는 주파수 변조형임
            양자,중양자등을 가속하여 속중성자(6-14MeV),양자(500MeV),π-   중간자(450MeV)등을 발생
           (8) Microtron

          전자를 Microwave에 의하여 cyclotron방식으로 가속시키는 장치로서  전자총에서 발생된         전자를 가속 공동gap을 통과 하면서 2850MHz의 마이크로파로 교변 진동 가속시키며  1.5K   Gauss자석 으로 전자선을 회전 가속케함. 전자선 에너지는 가속유도관에 의 하여 50MeV까지선택 가능

  7. Dose distribution
       # Check of dosimetry
            ① Out put dose rate
            ② Monitor unit adz (linac)
            ③ Energies( % depth dose)
            ④ Stabilities:(out put, rotation)
            ⑤ Flatlness
            ⑥ Field size
            ⑦ Isocenter
            ⑧ Leakage dose
            ⑨ Time error factor(Co-60)

  8. 조직내 선량분포

     1) Backscatter
         * 깊이들어 갈수록 증가 한다.
         * 에너지가 높을수록 낮지만 거의 앞방향이다.
         * 조사면이 커진다.
         * 10 10cm일 때: 10Kv에서 1.37, Co-60은 1.04

     2) Build up과 표면선량
         * 방사선 조사시 2차 전자 때문에 표면하에서 선량 증가 현상이
              발생
         * build up위치는 에너지가 클수록 더 깊어진다.
         * Max absorbed dose: Cs-137......... 2mm
                                 Co-60........... 5mm
                                 4MV............. 1Cm
                                 6MV..............1.5Cm
                                 10MV...........2.5Cm

      3) 심부율 (Depth dose)
          어떤 깊이에서의 선량과 최대선량지점( 표면또는 max dose)과의 비율

            * 에너지가 크면 심부율은 커진다.
            * 조사면이 크면 심부율이 커진다.(산란선 때문에)
            * SSD(선원 피부간거리)가 커지면 심부율은 커진다.(역자승법칙)

      4) 등선량곡선(Isodose curve)
           * 같은 선량끼리 연결한선
           * 표면을 기준한 SSD type
           * 종양을 기준한 STD type
           * 에너지, 조사면, SSD, penumbra, collimeter위치등에 따라 다름

       5) 반음영(penumbra)
           * 물리적 요소와 (산란 및 투과) 기하학적 요소에 의함
               (선원의 크기, 선원과 collimeter, collimeter와 환자간의 거리)
           * 반음영의 범위는 최대선량 level에서 등선량곡선의 90%에서 20%   까지의 거리
        6) 등가면적
            * 같은 면적의 직사각형은 정사각형보다 심부율이 적기 때문에 같은  심부율의 정사각형 면적으로 생각해야함 A=2WH/(W+H)
        7) 조사면 조정(차폐)
            * 300Kv이하 일때는 환자 피부에 직접 차폐하고 Co-60보다 높은  에너지 광자는 피부에서 적어도 15Cm이상 간격을 두어야함
            * 차폐 납은 입사 방사선량을 약 95%이상 차폐 해야함
              # FIELD BLOCKS
                 일반적으로 암이 국부적으로 존재하는지 아니면 다른 부위까지
                 전이되어 있는지 여부에 따라 치료하는 모양이 결정되게 된다.
                특히 occult spread된 부분까지 포함하는 국부치료이므로 많은  부분의 정상조직이 포함 된다. 또한 중요장기에는 한계선량 이하의 방사선이 조사되도록 하여야한다. 이러한 조건과 제약들은  치료 부위의 내부를 차폐하도록 하여 치료 모양을 복잡하게 한 다. blocking을 제작한다 하더라도 3차원적으로 암의 모양에 따라 치료되지 않는다. 그러므로 암의 모양에 따라 회전하면서 blocking하면 가장 이상적으로 치료할 수 있게 된다. 이것이 conformal therpy의 원리이다.

              #  BLOCK THICKNESS
               차폐체는 보통 밀도가 높으며 산란도가 적은 납으로 만들었다.  납의 두께는 방사선의 선질에 따라 달라진다. 임상에 이용될때는 1차선량의 5%미만을 허용 가능한 선량으로 인정한다. 예를 들면
    n을 차폐에 필요한 반가층의 수라고 한다면 다음식에서 차폐체  두께를 구할 수 있다.
                         1/2n = 0.05
                           2n = 1/0.05= 20
                          n log 2 =log 20
                          n = log20/ log 2 = 4.32
                 예를들어 10MV 선형가속기의 반가층 두께가 1.66Cm이라하면   차폐체의 두께는 1.66 ×                           4.32 = 7.18 Cm이며,
                          Co-60 Teletherapy의 반가층 두께가 1.20Cm이라하면
                          차폐체의 두께는 1.20 × 4.32 = 5.19 Cm이 된다.
              #  BLOCK  DIVERGENCE
                  차폐체를 제작할 때 이상적으로 만들려면 beam의 divergence 를 고려하여 만들어야한다. 차폐체를 수직으로 자를 때에는 차폐면에서 반음영 현상이 심하게 나타난다. Co-60과 같이 자체 반음 영현상이 심한 경우에는 divergenca block이 크게 중요하지 않지만 small focal spot를 가지는 고에너지 방사선 치료장치에서는 필히 divergence block를 제작하여 차폐면 부위의 선량분포 를 좋게 하여야한다.

            # CUSTOM BLOCKING
                 field shaping를 위한 여러 가지 방법이 있으나 power에 의하 여 소개된 용융점이 낮은 합금을 이용한 시스템이 보편적으로 사용 되고 있다. 이 합금은 Lipowitz metal(brand name: Cerrobend)은BI( bismuth) 50%,Pb( lead) 26.7%, Sn(tin )13.3%, Cd(cadmium) 10%로 이루어  졌으며 20。C에서의 밀도는 9.4g/Cm3 으로 lead의 83%에 해당된 다. Cerrobend의 가장 큰 이점은 lead의 용융점이 327。C인데 비해 용융점이 70。C 이기 때문에 우리가 원하는 모양의 차폐체를  쉽게 제작할 수 있다.  지금은 어느 병원이나 대부분 cerrobend로   차폐체를 만들기 때문에 차폐체의 두께를 결정하는데 있어서 lead 의 두께에 1.12 배를 해주어야함을 잊어서는 안된다.
simulation room에서 source에서 film 까지의 거리는
 block cutter의 light source에서 바닥까지의 거리가 되며 치료장치의 tray가 놓이는 위치에 차폐체를 만들 styrofoam를 넣으면 된 다. 또한 차폐체를 만들 때 차폐체 내부에 기포가 생기지 않게 하기 위하여 cerrobend를 천천히 부어야한다.

          # MULTILEAF COLLIMATORS
              X-선으로 환자를 치료를 할 때 대부분의 경우에는 차폐체를 사용 하게된다. 이 경우 치료부위를 조절하는 좌우상하 jaw가 수 많은 부분들로 나뉘어져 각 부분들이 자유롭게 조절된다면 차폐체를 만들 필요 없이  우리가 원하는 치료부위를 만들어 낼 수 있다. 치료장치 의 Gantry가 360도 회전하면서 각 회전면 마다 그 면에 적당한 치료 부위를 자동적으로 조절하면서 치료 할 수 있다. 이렇게 치료 하는 것이  conformal radiotherpy라 한다.

   9. Radiosensitivity(방사선 감수성)의 개념

          # Bergonie와 Tribondeau(1960)의 법칙
               세포의 분열빈도(reproductivity)가 클수록
               분열기간(mitotic phase)가 길수록
               생태 및 기능적(morphology&function)으로
               미분화 (undifferentiat)일수록 세포의 방사선 감수성이 커진다
                * 그러나 조직과 기관에 의존하는 수도 있다

           # Cell death의 Mechanism
                * Chromosome damage
                    nucleus가 cytoplasma보다 Rad. sensit.
                * Cell death type
                    Immediate death: 고선량 .즉시죽음
                    Mitotic death : 세포분열때가 되어야 죽음
                    Genetic death : genetic dmage
           # Cell age(cell cycle)와 radiosensitivity
                    Mitosis(M)와 promitotic resting period(G2)는
                    postmitotic resting period(G2)와 DNA synthetic period(S)   보다 더 sensitive하다.
                    S, G2 및 M의 기간은 10∼15시간으로 모든 세포가 비슷하 지만 G1은1∼15hr으로 세포                    마다 차이가 많다.
                    cell age의 redistribution: synchronous cells로 뭉치게 된다.

  10. Oxgen effect( 산소효과 )
                # Oxgen enhancement ratio(OER)
                      OER= DO hypoxic cell/ DO aerobic cell
                # OER는 X,γ, e에서는 2.1∼ 3 범위이고
                         α입자등 shoulder가 없는 고밀도 방사선의 OER은 1   ,중성자등은 약 1.5정도이다.
                # 산소는 이온화된 물에 의해 생긴 radical과 합해져서 toxi   radical을 만든다. (H*+O2                     HO2)
              
               # Radiosensitivity는 산소분압(PO2)이 0 ∼ 30mmHg까지 급히  상승하여 그 이상에서는 포화                  상태가 됨
                # Tumor는 대부분이 hypoxic viable cell이고 그 두께는 약
                  100∼180μ(10-6Cm)이다.
                # capillary의 PO2는 약 40mmHg이다.

    11. LET와 RBE 및 OER와의 관계
                # Linear energy transfer(LET)
                   단위 길이당  energy transfer(에너지 부여)
                        L = dE / dl ( KeV/μ)
                     Co-60 γ ray.......................0.3∼2KeV
                     250KV
                     14 MV 중성자....................12 KeV/μ
                     heavy charged particle....100∼2000KeV/μ

    12. Relative biological effectiveness ( RBE )

                          D250 (표준X-선 선량에 대한 생물학적효과)
           # RBE=  ------------------------------------------------------
                        Dr(동일한 생물학적 효과비를 얻기위한 어떤 방사선의 선량)

             예) LD50이 되기위해서는 X-ray는 600rads, 중성자선은 400rads가  필요하다.
                   ∴ RBE = 600/400 = 1.5
                  * RBE의 결정요소: 방사선의 종류,질 및 량
                                     선량율
                                     분활 조사수
                                  Biological system or endpoint
                  * LET와  RBE의 관계
                    LET가 증가할수록 RBE도 증가 하지만 최대점이 있고 그   이상의 LET에 대해서는

                    RBE 가 감소한다.그 이유는  overkill effect 때문이다.
                  * LET와 OER관계
                    LET가 크면 클수록 OER는 줄어든다.

    13. Time dose and Fractionation( 분활조사 )
               # four R"s
                    ① Repair of sublethal damage
                       생존곡선의 shoulder(sublethal dmage)가 분활에 따라  repair 됨.

                        ( rcovery: 2-4hr,complete: 24hr)
                    

                     ② Reoxygenation

                       cell loss로 인한 capillaries사이의 거리가 줄어들고
                       intratumoral pressure 가 줄어들면 전체적인 oxygen 이용도(소모율)가 줄어 들기                       때문에 O2가 남는다.
                     ③ Repopulation
                        cell cycle time이 변하여 growth fraction division이 변화한다.
                     ④ Redistribution of cell
                        Induced synchrony
                        None cycling cells(Go)혹은 longS가 빨리cycling한다.  
                 
 14. Modify factor
         

           # 분활조사(Fractionation)를 실시한다.
               *정상조직은 분활기간동안 hemeostatic mechanisms 때문에 종 양보다 더 효과적으로                  repair된다.
               *분활기간중 hypoxic cell이 reoxygenation된다.
            # 중성자, 중간자등 high LET의 방사선을 사용함으로서 OER을 줄이고 RBE를 높인다.  
            # 100 - 400rads/min의 고선량율(high dose rate)를 사용한다.
            # Hypoxic cell sensitizer를 병용한다.
            # Hyperthermia와 병용한다.
            # Hyperbaric oxygen을 이용한다.
            # 중간자 ,알파등 heavy charged particle 의 bragg peak를 이용한 다.
            # Chemotherapy 및 immunotheraoy와 병행한다.

  15. 개인 피폭 측정기의 특성                                              
                                                                             

 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━  
                         Film badge.       TLD.            pocket chamber.      pocket dosimeter.
   ────────────────────────────────────
    x,γ-선 측정량   10∼1000      0.1∼10.000         1 ∼ 100                  1∼200
.       (mR)
    에너지의존도     대                  중                     소                        소
    에너지판정      filter                  filter
    기계적견고성     대                   대                    중                        소
    습도영향            대                   소                    중                        소
    착용중감시         ×                   ×                     ×                         ○
   ────────────────────────────────────
 
  16. 방사선 방어  
        #  최대허용선량   
           ① 방사선 종사자들의 MPD
                전신, 조혈, 생식기간....................... 5rem/yr
                뼈, 갑상성, 피부............................... 30rems/yr
                손, 발, 팔, 다리, 무릎..................... 75rems/yr
                그 외 기관 ....................................... 15rens/yr
           ② D = 5( N-18)rems
                  D: 직업인의 전 축적선량
                  N: 나이
           ③ 일반인의 MPD는 직업인의 1/10 (Monitor할 수 없기때문)
           ④ 방사선 통제구역(controlled aera)
               年間 전신피폭이  1.5 rem이상인곳( 직업인의 3/10 )
               방사선 안전관리 및 개인피폭관리실시(personal monitor)
           ⑤ 3개월간 허용피폭은 년간 MPD의 반이다.

           ⑥ 특별한 경우 단일조사는 년간 1회에 한하여 10 rem까지 허용되며 일생동안    단 한번은                25rem은 허용한다.
           ⑦ 피폭을 모르는 기간동안은 MPD를 받았다고 생각
           ⑧ MPD보다 많은 피폭시는 많은 양을 매년 2 rem씩 보상한다.
           ⑨ 만18세 보다 적으면 30세까지 60rem이상 되지 않도록 한다.
           ⑩ 가임여성은 3개월간1.3rem
           ⑪ 태아는 임신기간중 1rem이하로 줄여야함
           ⑫ 전 인구의 생식선량( 유전유의선량)은 30년간 5rem를 넘지못함
    
        # ALARA( as low as resonably achievable)또는
           ALAP(as low as possible): ICRP
          방사선 장해는 permissible(허용)의 한계가 없고 가능한 가장 적은 피 폭이 바람직하므로 이를           acceptable로 바꾼 것
        # Background
           자연중........................... 100∼200mrems / yr
           진단X-선...................... 평균 100mrads / yr
           USA: 135mrads/yr,   Denmark:38mrads/yr
           pelvis AP: 400mR     Chest: 20mR
           Pelvimetry: 100mR

           GI : 500mR

 17. 방사선 치료실의 피폭
  

     ① 누출선량은 target로부터 1m거리에 1.0 R/hr이하 이거나 유용선량의  0.1%이하

           (off position 때 2mR/hr 이하 at 1 m.
     ② 차폐시 primary scatter leakage 방사선을 고려함
     ③ 선량 감소의 3요소: 거리 , 시간 , 차폐
     ④ 문은 1개 방사선 차폐가능, 입구는 maze형
      # 차폐건물
         * 벽 두께: 120 KVP.........................2mmpb
                    Co-60..............................concrete 80 cm, 주선속 120cm maze
                    LINAC 10MV...............concert 100 cm    〃   150   〃
          
      # 시설의 누출허용선량
          *직업인 있는곳.........................................100mrem/w
           관리구역....................................................30mrem/w
           병실............................................................130mrem/w
           거주구역....................................................10mrem/w
           그 외 장소................................................30mrem/w
           진단X-선
                 주당 6시간미만............................16mR
                 주당 12시간이상..........................4mR
           치료방사선
                 주당 24시간미만........................4mrem
                 주당 24시간이상.......................2mrem  

 치료 가능비( Therapeutic ratio )
               
                정상조직의 내용선량(TTD)
        TR = -------------------------------   이   1이상이 되도록 연구
                악성종양의  치사선량(TLD)
                            
                         
   * TR에 영향을 주는 인자
       ① 공간적 선량분포(조사방법) - 고정조사: 일문조사, 이문조사, 다문조사                                        운동조사: 회전(Rotation),진자(Arc)조사  
       ② 시간적 선량분포(치료기간) - 단순분활조사(Simple fractionation)
                                      과분활조사(Hypofaractionation)
                                      수술중조사(Intraoperative radiotherapy)
                                      다분활조사법(Multiple Fractionation)
                        #정상조직과 종양 조직의 회복능력의 차이를 이용. 

       ③ 종양측 인자 - 종양의 방사선 감수성: 임파계조직  신경조직
                        종양의 크기: 작은 종양이 큰 종양보다 치료효과
                                   (  종양의 세포가 진전될수록 조사야가 커 지고 종양의 면적이 작을수록 큰 면적보다 대선량조사가 가능하기 때문)
                        종양의 진전상태: 임파성 , 혈행성
                        종양이 있는 부위: 치료효과
                                         편평상피암  선암
                                         표재성  천재성 심재성
                        병기(stage)
       ④ 환자측 인자 - 연령, 영양등의 전신상태 , 빈혈유무, 합병증의 유무

       ⑤ 총선량등

     * TR이 1이상이어야만 방사선 치료를 행할 수 있으며 치료 환자마다 TR이 1 이상이 되도록 치료계획을 세워야하며, 이비가 클수록 치료효과의 기대는 크게 되며, 그러므로 이 비를 크게하는 방법을 연구하여야 한다. 이는 곧 환자의 내선량을 증가시키는 방법과 악성종양의 치사선량을 감소시키는
방법이라 하겠다.  
        # 환자의 내선량을 증가시키는방법
              ① 적절한 공간적 선량분포의 선택
              ② 시간적 선량 분포의 검토
              ③ 국소장해나 전신장해에 대한 처리
              ④ 환자의 여양관리등이며,
        # 악성종양의 치사선량을 감소시키는 방법
            악성종양의 치사선량은 간단히 증감할 수 없지만

              ① 방사선 증감제 병용: 종양의 방사선  감수성 즉 방사선 영향을  받기 쉬운 정도를 좌우하는                   것으로서 방사 선치료효과를 증가 시킬 수 있다.

                    *증감제 종류(BudR, IudR, BcdR, 5-fu(fluorouracil))

                    *방사선 보호제(방어제)
                        물리적 방어: Pb, 콘크리트
                        화학적 방어: Radio protector(방사선 방어제)

                        목적: 방사선 장해의 초기 단계를 방해하는 것을 목적
                           인체의 전리 현상을 억제
                    *종류( SH화합물, Amino산, 아질산화합물, WR-2721)

                  # 방사선과 화학요법을 병용하는 목적
                     전이 예방, 방사선량의 절감, 적응확대, 치료효과비 상승
             ② 산소 효과의 이용: 산소분압이 증가하며  방사선감수성이(2.5-3 배)정도 증가한다.
              * OER = 무산소 상태에서의 조사선량/ 산소상태에서의 조사선량
                    X,γ- 선 : 전리밀도가 낮고, LET가 낮으므로 산소효과가  2.5-3.0정도이다.
                    중성자: 1.6-1.7
                    α입자: 전리밀도가 높으며 산소효과는 거의 없다(1).

                      Tumor Cord :
                          종양의 최소단위
                          반경이 160μ이하에서는 T.C에 괴사는 볼 수 없다
                          반경이 200μ를 넘는 T.C는 반드시 중심에 괴사있다.
                          종양의 괴사가 아무리 크더라도 종양세포층은 180μ 를 넘지 않는다.
              # 산소효과가 일어기 위해서는 반드시 조사중에 산소가 존재하여야 하며 조사중이란                            조사후 μsec단위의 시간도 포함된다.
                           방사선 감수성은 산소분압이 0 ∼ 30mmHg에 이르는 동안에 급속히                            증가하나, 그 이상으로는 산소분압이 즐가하여 비록 산소가 100%로                            되더라도  방사선 감수성은 증가되지않고 포화되고 있다. 따라서 산소                            효과를 얻을려면 극히 작은 산소만 있어도 충분하다 .
                           정맥혈이나 임파류의 산소분압은 20 ∼ 40mmHg이지만 정상조직의                            산소 분압도 대개는 이것과 비슷하다. 따라서 방사선 생물학적으로는,                            정상조직은 산소가 풍부하다고 생각하면 된다.
                           한편 종양에는 몇%(10-20%) 정도의 산소분압이 낮은 hypoxic cell이 함유되어 있는                            것으로 알려져 있다.
                               (저산소세포증감제 Ro-07-0582(misonidazole)                   
                 ③ 중입자선의 활용: α입자와 같이 전리밀도가 큰 방사선에서                                        OER은 1이다 즉 산소효과가 없다.
                                      그러나 속중성자는 중간정도의 값을갖는다.