몸속 금속 있어도 정확하게···방사선치료 정밀도 높인다

전민수 중앙대광명병원(원장 정용훈) 방사선종양학과 교수와 서울대병원(원장 백남종) 강성희 교수 공동 연구팀이 금속 삽입 환자의 방사선치료에서 기존 CT 대비 선량 계산 정확도를 높일 수 있는 ‘16비트 CT 재구성’의 효과를 입증했다고 17일 밝혔다. 해당 연구는 방사선종양학 분야 국제학술지 ‘Radiation Oncology’에 게재됐다.

논문 제목은 ‘확장 CT 스케일을 이용한 금속 주변의 선량 계산 정확도 향상: 빔-금속 중첩 지표를 이용한 팬텀 및 환자 평가(Dose calculation accuracy with extended CT scales near metal: phantom-patient evaluation using a beam-metal overlap metric)’다.

방사선치료에서는 CT 영상을 기반으로 종양과 정상조직의 전자밀도를 계산해 치료 선량을 결정한다. 그러나 인공관절, 척추 고정장치, 조직확장기, 심박동기 등 금속 삽입물이 있는 경우 기존 12비트 CT에서는 금속 주변 하운스필드 단위(Hounsfield Unit, HU)가 포화(saturation)되면서 실제 전자밀도를 정확히 반영하지 못하는 한계가 있다. 이로 인해 치료계획시스템(TPS)의 선량 계산 정확도가 떨어질 수 있다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 12비트 CT 대신 16비트 확장 CT 스케일을 적용했다. 연구팀은 12비트와 16비트 CT 영상을 각각 전자밀도 보정을 거친 뒤 팬텀 실험과 실제 환자 IMRT(세기조절방사선치료) 계획을 비교 분석했으며, 금속 삽입 환자 8명의 치료계획 데이터를 활용해 효과를 검증했다.

연구 결과, 16비트 CT는 금속 주변 선량 계산 정확도를 유의하게 향상시키는 것으로 나타났다. 스테인리스 금속 팬텀 실험에서 기존 12비트 CT는 최대 5.4%의 선량 프로파일 오차와 2.3%의 절대 선량 오차를 보였지만, 16비트 CT에서는 모든 절대 선량 오차가 1% 이내로 감소했고 프로파일 오차도 2% 이하로 유지됐다.

특히, 이번 연구는 몬테카를로 시뮬레이션 기반 이론 연구를 넘어, 실제 상용 치료계획시스템(TPS) 환경에서 팬텀과 실제 환자 데이터를 이용해 16비트 CT의 효과를 포괄적으로 검증한 세계 최초의 연구라는 점에서 의미가 크다.

또, 연구팀은 금속과 방사선 조사영역의 중첩 정도를 수치화한 새로운 지표 ‘ηmetal’을 제시했다. ηmetal 값이 35%를 넘으면 치료 정확도를 평가하는 감마 통과율(Gamma Passing Rate)이 90% 이하로 감소하는 경향이 확인됐으며, 금속과 종양 표적체적(PTV)의 중첩 정도(VOR)가 높을수록 선량 계산 정확도 저하 위험이 커지는 것으로 나타났다.

연구팀은 금속과 종양의 중첩 비율(VOR)이 10%를 초과할 경우 16비트 CT를 우선 적용하는 임상 가이드라인도 제안했다. 이를 통해 금속 삽입 환자에서도 보다 정밀하고 안정적인 맞춤형 방사선치료가 가능할 것으로 기대된다.

전민수 중앙대광명병원 방사선종양학과 교수는 “16비트 CT 재구성은 금속으로 인한 HU 포화를 줄여 실제 전자밀도를 더 정확하게 반영할 수 있다”며 “특히 금속과 치료 표적이 많이 겹치는 환자에서는 방사선치료 정확도를 높이는 데 도움이 될 것으로 기대된다”고 밝혔다. 

이어 “고령화로 인공관절이나 척추 고정물 등 금속 삽입 환자가 증가하는 상황에서 보다 안전하고 정밀한 방사선치료 기준을 제시했다는 점에서 의미가 있다”고 설명했다.