Neurofunction > Volume 18(2); 2022 > Article
렉셀 감마플랜의 사용

Abstract

The Gamma Knife is a specialized tool for precisely delivering high-dose radiation to treat benign brain tumors, arteriovenous malformations, metastatic brain tumors, and some functional brain diseases. In recent years, more brain diseases have been treated with minimally invasive approaches, including radiosurgery or craniotomy followed by radiosurgery, to avoid surgery-related neurological deficits as much as possible. The Gamma Knife is playing a leading role as a precise radiosurgical tool, and it is very popular. The users of the Gamma Knife—and, in fact, all neurosurgeons—can benefit from knowledge regarding the process of radiosurgery. In this article, we introduce the process of planning radiosurgery with GammaPlan®.

서론

Leksell GammaPlan® (감마플랜)은 단층 촬영 영상이나 투사 영상을 기반으로 하여 정위적 방사선 수술하기 위한 치료 계획 응용 소프트웨어이다. 감마플랜에서는 컴퓨터 워크스테이션을 통해 디지털 영상을 획득하고 처리하며, 시뮬레이션 및 치료 계획을 수립할 수 있다. 해당 프로그램은 혈관조영술로 획득한 투사 영상 외에도 컴퓨터 단층 촬영(computed tomography, CT), 자기공명영상(magnetic resonance image, MRI) 및 양전자 방출 단층 촬영(positron emission tomography) 등 다양한 영상들을 활용할 수 있으며, 이렇게 하여 투사 영상의 혈관 구조와 CT 및 MRI로 촬영된 조직 구조를 직접 비교할 수 있다. 치료 계획 프로그램을 사용하면, 단일한 표적 또는 다수의 표적에 대하여도 한 번에 치료 프로토콜을 계획할 수 있다. 치료 계획 수립 시 단일 또는 다수의 표적을 결정하고 치료 과정에서 사용할 콜리메이터(collimator) 헬멧의 제반 구성을 고안하며 감마플랜에서 제공할 방사선 조사의 매개 변수들을 결정한다. 본문에서 설명하는 프로그램은 감마플랜 버전 10.1 이상의 프로그램을 설명한다.

감마나이프 수술 과정

감마나이프 수술의 대략적인 순서는 아래와 같다.

1. Leksell® Coordinate Frame 착용

2. 영상 획득

- MRI 영상 획득
- CT 영상 획득: 심장 pacemaker 등 부착 환자에서 CT를 이용함
- 혈관조영 영상획득: 뇌동정맥기형, 뇌동정맥루나 선택적 뇌동맥류 등에서 시행
- ColorPETTM: 전이성뇌종양환자 등에서 드물게 시행
- 시행한 MRI 등 영상을 의료용 디지털 영상 및 통신(digital imaging and communications in medicine)을 통해 전송 받아 환자 불러오기

3. 등선량 윤곽 결정(Fig. 1)

등선량 윤곽은 환자의 영상에서 방사선 조사 위치를 지정하여 사용자가 수립하는 조사 계획을 나타낸다. 등선량 윤곽은 적어도 1개 이상의 조사 위치를 지정할 때 표시되며 해당 영상에서 유색의 곡선으로 나타난다.

4. Anterior commissure (AC)-posterior commissure (PC) 연결선: 감마나이프 시상부절제술이나 정신질환의 수술 때 사용함

AC-PC 연결선은 전방교련점과 후방교련점을 서로 연결한 것이며 표적의 수식을 표시할 때 기준점으로 사용된다.

5. 단층 촬영 영상 세트를 자동으로 정의

1) 환자의 파일을 연 다음, 정의하려는 단층 촬영 영상 세트를 포함한 해당 방사선 검사를 연다.
2) 정의하려는 해당 영상 세트의 아이콘을 클릭한 다음, Define을 선택한다.
치료 전, 치료 후, 각 영상의 적합 부위 맞추기, coordinator로 사용할 영상 define, 타영상 co-registration, frame 길이 확인, 이격 거리 확인, 표적거리기를 할 수도, 하지 않을 수 있으며, Study Definition Options 대화 상자와 Define Study 대화 상자가 동시에 열린다. Study Definition Options 대화 상자는 Use third plate 옵션 및 Define Manually 옵션과 Set 단추 및 Help 단추를 각각 포함하고 있다.
3) ImageMergeTM로 영상 세트 합침
표시기 상자 없이 획득한 영상과 기준점 마커를 이용해 정의할 수 없는 영상 세트의 경우, 표시기를 가진 다른 영상 세트와 합쳐서 치료 계획 수립에 사용할 수 있다. 영상을 합치는 과정은 ImageMergeTM 소프트웨어로 할 수 있고 ImageMergeTM는 영상 세트를 합치는 것뿐만 아니라 그에 따른 상호 일치도를 확인할 수 있는 기능을 제공한다(Fig. 2).
4) AtlasSpace®
AtlasSpace®는 Schaltenbrand and Wahrend의 “인간 두뇌 정위술 도감”을 출처로 한 전자 뇌도감으로 AtlasSpace®는 옵션 기능에 속하고 Schaltenbrand and Wahren 뇌도감의 3개 부속 시리즈(축상, 관상 및 시상 방향)를 사용한다. 이러한 3개 부속 시리즈는 디지털화 작업을 거쳐 2개의 반구를 포함하도록 확장되고 이미 있는 영상에 덧붙여 사용할 수 있다. 3가지 영상 방향으로 동시에 배치할 수 있다(Fig. 3).
5) 치료 계획 도구
- 마우스로 첫째 조사 추가(Fig. 4A)
- 첫 번째 조사의 위치를 유지하려면 Set 클릭
- 조사의 추가(Fig. 4B-D)
- 조사의 감마선 각도: 일반적으로는 90°를, 후두부는 110°, 안구 내는 70°를 사용하기도 한다.
- 조사의 가중치 조정: 뇌교나 혈관이 붙은 부위, 시신경 인접 부위 등에는 w (weight)를 작게 준다.
6) 조사 윤곽 정의(Fig. 5)
7) 최적화에 사용되는 목표 함수 및 조건 정의
• Coverage (적용 범위)는 처방 등선량 체적(peripheral isovolume, PIV)에 포함되는 표적 체적(total volume, TV)의 비율—예: 체적(PIV∩TV)/체적(TV)
• Selectivity (선택성)는 표적 체적(TV) 내 처방 등선량 체적(PIV)의 비율—예: 체적(PIV∩TV)/체적(PIV) (Fig. 6)
• Gradient index (굴절률)는 처방 등선량 체적 크기의 절반과 처방 등선량 체적 크기 사이의 비율—예: 계획 등선량이 50%인 경우, 체적(PIV50%)/체적(PIV25%)
일반적으로 굴절률은 선량 낙하의 가파름을 정량화하는 데 사용된다.
8) 동적 형태화
중요한 구조에 제공되는 선량을 최소화하기 위해서 동적으로 형태화할 조사분포를 선택한다. 이것은 보통 중요 구조 부근의 표적 내에 포함된 모든 조사에 해당되지만 표적 내 조사 중 일부 또는 1개의 조사만 선택할 수도 있다.
9) 동적으로 형태화된 조사의 배치: 시상부절제술 등에서 이용한다.
- 형태화된 조사 분포는 미세하게 조정할 수 있다. 예를 들어, 콜리메이터 크기가 16 mm로 균일한 조사는 동적 형태화 이후 일부 16 mm 섹터를 자동으로 차단할 수 있다. 더 작은 콜리메이터 크기도 허용될 수 있으므로, 조사 설정을 다시하여 허용되는 최대 콜리메이터 크기를 설정하고 변경할 조사를 조사 목록에서 선택한다. 작은 양성 뇌종양은 주로 4, 8 mm 콜리메이터를 사용하며 16 mm는 악성 뇌종양에서 많이 사용한다.
- 동적 형태화 기능이 자동으로 차단한 섹터들을 확인(Fig. 7)
마우스 스크롤 휠을 사용하거나 콜리메이터 크기 단추에서 마우스 오른쪽 단추를 클릭하고 변경할 콜리메이터를 위의 설명대로 “색칠”하여 차단된 섹터들을 8 mm로 설정한다.

감마나이프 프로그램의 이격 제한

Leksell Gamma Knife® PerfexionTM의 이격 제한은 상세한 측정값을 사용할 때와 치료 계획 응용 프로그램 점검에서 3가지의 개별적인 제한을 적용한다[1-4].

1. 이격 없음(이격이 0 mm 이하로 추산됨)

이격을 제공하지 않는 좌표에는 조사를 배치할 수 없다.

2. 좌표 프레임 어셈블리로부터 이격 거리(12 mm 기준)

포스트, 좌표 프레임 또는 나사까지의 이격 거리가 12 mm 미만이면 치료 계획 응용 프로그램은 치료 전에 그 조사 위치에 대해 이격 점검이 필요함을 표시한다. 좌표 프레임으로부터의 이격 거리가 12 mm 이상인 조사 위치는 치료 전 이격 점검이 필요하지 않다.

3. 환자의 두부로부터의 이격 거리

1) 환자의 두부(측정 결과로 정의된 두개골)로부터의 거리가 19 mm인 경우: Skull scaling instrument를 사용하여 두개골을 정의했을 경우 환자 두부까지의 이격 거리가 19 mm 미만이면 치료 계획 응용 프로그램은 치료 전에 그 조사 위치에 대해 이격 점검이 필요하다고 알려준다. 환자 두부로부터의 이격 거리가 19 mm 이상인 조사 위치는 치료 전 이격 점검이 필요하지 않다.
2) 환자의 두부(CT 영상으로 정의된 두개골)로부터의 거리가 12 mm인 경우: CT 영상을 사용하여 두개골을 정의했을 경우 환자 두부까지의 이격 거리가 12 mm 미만이면 치료 계획 응용 프로그램은 치료 전에 그 조사 위치에 대해 이격 점검이 필요하다고 알려준다. 환자 두부로부터의 이격 거리가 12 mm 이상인 조사 위치는 치료 전 이격 점검이 필요하지 않다.
시신경 등 주요구조물그리기, grid 설정하기, 실제샷을 이용한 방사선 계획, clearanace 확인 후 approve하여 환자를 감마나이프 기계가 있는 방으로 이동하여 치료를 시작한다.

감마나이프 선량 계산 시 고려사항

감마나이프에서는 통상 50% 이상의 등선량 곡선을 선택하며 표적의 가장자리에 조사되는 선량을 주변선량(marginal doses)이라고 한다. 표적에 조사되는 최소선량이 되므로 최소선량이라고 하며 50%의 등선량 곡선을 표적의 가장자리에 맞추고 24 Gy를 최대선량으로 조사하면 표적에는 최소 12 Gy가 조사되는 것이다.
감마나이프 선량 계산 때 주요구조물 시신경은 8-9 Gy, 시신경교차는 10 Gy, 큰 혈관은 18 Gy, 뇌간은 12 Gy, 척수는 15 Gy, 해면정맥동은 약 18-20 Gy, cochlea는 4 Gy 이하가 조사되어야 한다. 감마나이프는 방사선이 한번 조사되면 번복이 불가능하여 선량은 너무 많은 양보다는 부작용을 최소로 하는 적은 선량을 주는 것이 좋다.

결론

감마나이프는 방사선 수술 장비 중에서 가장 정확도가 높은 장비이다. 최근 새로운 방사선 수술 장비가 소개되거나 기능이 향상되어 출시되고 있음에도 불구하고 감마나이프는 여전히 뇌방사선 수술의 기준 역할을 하고 있다. 저자는 이 글을 통해 감마나이프 방사선 수술의 과정에 대하여 간략히 소개하였으며 감마나이프의 사용자 또는 비사용자에게 도움이 되기를 바란다.

NOTES

CONFLICTS OF INTEREST

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Fig. 1.
Isodose outline. After completing the planning radiation isodose line at 90%, 50%, and 10% could be identified.
jksfn-2022-00262f1.jpg
Fig. 2.
ImageMergeTM. Computed tomography and magnetic resonance imaging of the patient was fused in the ImageMerge process.
jksfn-2022-00262f2.jpg
Fig. 3.
AtlasSpace®. Deep nuclei could be visualized indirectly with embedded Atlas.
jksfn-2022-00262f3.jpg
Fig. 4.
The addition of the shots. (A) First shot. (B) Second shot. (C) Third shot. (D) Fourth shot.
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Fig. 5.
Definition of the isodose outline. Radiation isodose lines were defined.
jksfn-2022-00262f5.jpg
Fig. 6.
Selectivity. Selectivity=peripheral isovolume (PIV)/total volume (TV).
jksfn-2022-00262f6.jpg
Fig. 7.
Automatic patterning. Dynamic patterning to automatically identify the blocked sectors.
jksfn-2022-00262f7.jpg

REFERENCES

1. Ahnesjö A, Aspradakis MM. Dose calculations for external photon beams in radiotherapy. Phys Med Biol 1999;44:R99-155
crossref pmid pdf
2. Fippel M. Fast Monte Carlo dose calculation for photon beams based on the VMC electron algorithm. Med Phys 1999;26:1466-75
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3. Levivier M, Carrillo RE, Charrier R, Martin A, Thiran JP. A real-time optimal inverse planning for Gamma Knife radiosurgery by convex optimization: description of the system and first dosimetry data. J Neurosurg 2018;129:111-7
crossref pmid
4. Elekta. The manual of Gamma Knife. Stockholm; Elekta. Available from: www.elekta.com
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Mooseong Kim
https://orcid.org/0000-0003-2047-8899

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