탄소 이온 중입자가속기 치료의 기술적 측면

탄소 이온 중입자가속기 치료

■ 기술적 측면

Beam Delivery

• 현재 치바에서 사용하고 있는 수동형 빔 전달 시스템은 상당히 신뢰성이 높고 견고한 시스템으로 1994년부터 HIMAC에서 안정적인 성능을 입증하고 있으며, 수동형 빔 전달 시스템을 이용한 이동 표적 치료에도 호흡동조방사선치료(respiratory-gated irradiation technique)를 통한 실용화를 진행하고 있다.
• 탄소 이온의 "좁은" 빔("narrow" pencil beam)을 사용하여 표적체적(target volume)을 치료하기 위해, 스캐닝 조사 방법(scanning irradiation method)이 개발되어 GSI 및 HIT에서 적용되었다. 
• 스캐닝 조사는 기존의 수동적 방법에 비해 표적체적(target volume)의 입체적인 모양에 맞춘 조사(conformal irradiation)가 가능해지며, 특히 입사표면에 위치한 정상 조직(즉, 피부)을 더 잘 보존할 수 있다.
• 따라서 이 기술은 수동적 빔으로는 불가능하던 복잡한 모양의 병변 치료에 적합하며, 또한 보상필터(compensation filter) 및 환자별 콜리메이터를 구성할 필요가 없다는 장점이 있다..

 

Gantry

• 양성자 치료에서는 갠트리가 표준임에도 불구하고, 현재까지 탄소 이온 치료에서서는 갠트리를 쓰지 못하고 있다.
• 특히 척추주위 종양과 위장관 종양에서는 수평 빔의 선량 분포의 제약으로 인해 치료에 적용하기 어렵다.
• 세계 최초의 탄소 이온 갠트리는 HIT에서 설계 및 시공되었으며, 2012년 중반에 임상 운영이 가능할 것으로 예상됩니다. (약 420톤의 길이 25m, 직경 13m의 장비가 환자 주위를 돌고, 총 무게는 600톤 이상)
• 초전도 자석을 이용한 경량 회전 갠트리가 설계되었으며, 새로운 HIMAC 설비에 설치될 것이다.

 

Gating and Tracking

• 호흡으로 인한 조사용적(irradiated volume)을 줄이기 위해 HIMAC에서 탄소 이온 치료를 위한 호흡동조방사선치료기술(respiratory-gated irradiation technique)이 개발되었다. 이 기술은 대상이 특정 위치에 위치하고 있을 때만 빔을 조사한다. 호흡동조방사선치료(respiratory-gated irradiation system)는 1996년부터 주로 간 및 폐 종양의 치료에 활용되어 왔으며, 이러한 종양의 분할 횟수(fraction number) 감소에 매우 효과적이었다.
• 래스터 스캐닝 기술이 적용된 이온으로 움직이는 장기를 치료하는 것은 매우 어렵다. 스캐닝 빔과 움직이는 표적의 상호작용 효과로 인해 표적체적(target volume) 내에서 상당한 과용량 및 저용량이 발생하므로, 처방 선량이 균질하게 적용된다는 것을 보장할 수 없다.

 

Beam Imaging

• 입자 방사선치료시 양성자선(β+)이 발생하며, PET을 사용하면 선량 전달을 모니터링할 수 있다. 

---

원본 : Perez and Brady's Principles and Practice of RADIATION ONCOLOGY 중 Chanpter 20 Carbon Ions