Study on Tumor Control Probability and Normal Tissue Complication Probability in 3D Conformal Radiotherapy

방사선 입체조형치료에 대한 종양치유확율과 정상조직손상확율에 관한 연구

A most appropriate model of 3-D conformal radiotherapy has been induced by clinical evaluation and animal study, and therapeutic gains were evaluated by numerical equation of tumor control probability(TCP) and normal tissue complication probability (NTCP). The radiation dose to the tumor and the adjacent normal organs was accurately evaluated and compared using the dose volume histogram(DVH). The TCP and NTCP was derived from the distribution of given dosage and irradiated volume, and these numbers were used as the biological index for the assessment of the treatment effects. Ten patients with liver disease have been evaluated and 3 dogs were sacrificed for this study. Based on the 3-D images of the tumor and adjacent organs, the optimum radiation dose and the projection direction which could maximize the radiation effect while minimizing the effects to the adjacent organs could be decided. 3). The most effective collimation for the normal adjacent organs was made through the beams eye view with the use of multileaf collimator. When the dose was increased from 50Gy to 70Gy, the TCP for the conventional 2-port radiation and the 5-port multidimensional therapy was 0.982 and 0.995 respectively, while the NTCP was 0.725 and 0.142 respectively, suggesting that the 3-D conformal radiotherapy might be the appropriate therapy to apply sufficient radiation dose to the tumor while minimizing the damages to the normal areas of the liver. Positive correlation was observed between the NTCP and the actual complication of the normal liver in the animal study. The present study suggest that the use of 3-D conformal radiotherapy and the application of the mathematical models of TCP and NTCP may provide the improvements in the treatment of hepatoma with enhanced results.

방사선치료 성과의 기준을 정량적으로 평가할 수 있는 종양치유확율 (Tumor Control Probability)과 정상조직 손상확율(Normal Tissue complication Probability)의 수학적 관계식을 유도하여 방사선업체조형치료 (3-D conformal radiotherapy) 효과를 평가하며 간단한 동물실험과 임상결과를 참고하여 종양치료성적의 예측과 종양선량의 증가 및 치료의 질적상황을 정량적 척도로 평가하고져한다. 방사선량과 체적크기에 민감한 병렬반응구조 (Parallel architecture)로 구성된 장기중 발생빈도가 많은 간종양을 대상으로 업체조형치료방법에 따른 체적선량분포도 (Dose Volume Histogram)를 3차원 방사선치료계획 컴퓨터(ADAC-Pinnacle #3)를 이용하여 계산하고 각 선량에 대한 체적분포를 판별이 쉽도록 도표화하였다. 종양치유확율(Tumor Control Probability)과 정상조직 손상확율(Normal Tissue complication Probability)은 방사선량에 대한 세포생존곡선의 오차함수 (error function)를 기본수식으로하고 선량 체적인자를 삽입한 반실험식으로 구성되었으며 실효선량 또는 실효체적에 따라 각각 계산하였다. 정상간의 실질적 손상을 관찰하기 위하여 방사선치료를 받은 환자의 통계와 계획적 연구를 위하여 황구를 이용하였다. 방사선조사방법은 대항2문, 쐐기 3문, 4문 회전업체치료와 비회전축 5문입체조형치료로 구분하였으며 업체조형치료는 컴퓨터 조종형 선형가속기 (Varian Clinac-2100C/D)와 다엽콜리메이터(Multi Leaf Collimator, MLC-52LS)를 이용하였다. 방사선조사방법에 따른 체적선량분포 (DVH)는 종양과 주위건강조직에대한 체적과 방사선량을 직관적으로 판단할수있었다. 간종양의 방사선치료에서 TCP와 NTCP 의 체적인자는 0.32를 이용하였고 대항2문 입체치료 및 5문입체치료에서 종양중심선량 50Gy일 때 종양의 TCP는 각각 0.763과 0.793 이였으며 정상간의 NTCP는 각각 0.156와 0.008로서 수치상 완전 구별이 가능하였고 종양 투여 선량이 70Gy 일 때 종양의 TCP 는 각각 0.982 와 0.995로서 종양치유에 충분한 선량이며 정상간의 NTCP 는 각각 0.725 와 0.142로서 현저한 차이가 있었다. 간손상은 간염유발을 기준으로 하였으며 간손상정도와 NTCP의 관계는 상호비례하였고 일정한 발기점(Threshold value)을 구할수 있었다. DVH 와 확율적 수학식인 TCP, NTCP 동은 방사선치료성과를 판단할 수 있는 정량적분석방법으로 가능성이 있다고 생각된다. 또한 건강조직을 최대한 보호하고 종양에 집중 방사선을 조사할 수 있는 입체조형치료는 간, 폐, 신장등 방사선 병렬반응장기에 적합하며 DVH와 TCP, NTCP등 수학적 척도를 이용하여 평가함으로서 치료성과의 예측, 종양선량의 증가(Dose escalation), 방사선수술의 지표 및 방사선치료의 질적상황을 정량적 숫치로 평가할 수 있어 방사선치료성과 향상에 기여 할 수 있다고 생각한다.