바이오인

핵심내용

체내에서 자궁경부암의 종양부위에만 방사선 쬐어주는 기술 개발

상세내용

< 연구의 주요내용 >

 1. 연구의 필요성

 ㅇ 자궁경부암은 국내뿐 아니라 국외에서도 높은 발생률을 보이는 대표적인 여성암의 하나이고 높은 사망률을 나타내고 있다. 세계보건기구의 2012년 글로벌 통계자료에 따르면 연간 53만명의 자궁경부암 환자가 발생하고 있으며, 그 절반에 해당하는 27만 5천명의 환자가 그 질병으로 인해 사망하고 있다. 더욱이, 개발도상국에서는 그 발병률이 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.

 ㅇ 자궁경부암 환자의 표준 치료방법은 항암화학요법과 방사선치료를 동시에 시행하는 항암방사선동시요법이다. 특히, 방사선치료 과정에서는 골반 전체를 치료하는 체외방사선치료와 자궁 내부에 체내 삽입기구를 넣어서 치료하는 근접방사선치료가 차례로 이루어진다.

 ㅇ 근접방사선치료에서 비대칭 형태의 종양을 치료하기 위해 전통적인 체내 삽입기구를 사용하면 선량분포가 대칭적으로 나타나기 때문에 정상장기에 허용되는 선량을 유지하면서 종양에 충분한 선량을 전달하기 어렵다. 따라서 비대칭적인 종양부위에 침을 삽입하여 치료하는 조직내 근접 치료(interstitial brachytherapy)가 종종 이루어지는데 침 삽입의 과정에서 불가피하게 마취 부작용, 출혈, 감염, 조직괴사, 주변 정상장기의 손상과 같은 위험들을 감수하여야 한다.

 ㅇ 비대칭 종양 전체에 치료선량을 전달하게 되면 인접한 정상장기들은 불가피하게 다량의 방사선에 피폭이 되고 심각한 방사선 부작용이 일어날 수 있다. 반대로 정상장기들을 보호하기 위해 종양의 일부만을 제한적으로 치료하면 종양이 재발하는 문제점이 있다. 종양을 국소제어하고 주변의 정상장기를 보호하는 동시에 조직내 근접치료의 위험요소들을 완전히 해소하려면 세기조절 근접방사선치료기술의 개발이 시급하다.

2. 연구내용

 ㅇ 자궁경부암 환자의 세기조절 근접방사선치료를 달성하기 위해 회전차폐체를 내장한 체내 삽입기구를 개발하였다. 개발된 삽입기구는 인체에 무해하며, 기존 시술방법을 동일하게 적용할 수 있도록 유사한 형태와 기능을 지니고 있다. 자궁의 굴곡에 맞춰 삽입이 용이하도록 굴절되어 있는 삽입기구에는 탄성관을 적용하여 차폐체의 회전과 방사선원의 이동이 동시에 충족될 수 있도록 하였다.

 ㅇ 체내 삽입기구의 회전을 위해 소형의 정밀회전구동시스템이 개발되었고, 실용화를 위한 삽입기구의 회전내구성이 검증되었으며, 기존의 근접치료기와 결합하여 통합운영이 가능하도록 하는 통합제어시스템, 채널전환 어댑터, 회전각도 QA 시스템과 환자고정장치도 함께 개발되었다.

 ㅇ 개발된 세기조절 근접방사선치료기술은 방사선원의 위치 및 체류시간 뿐 아니라 방사선 조사방향까지 조절하여야 하기 때문에 최적의 치료조건을 찾는 것이 어렵다. 종양의 형태에 꼭 맞고 현실적으로 환자치료를 수행할 수 있는 최적의 치료조건을 찾기 위해 새로운 선량최적화 알고리즘을 개발하였다. 또한, 초보적인 수준이지만 치료계획시스템도 함께 개발하여 인체내의 선량분포를 예측할 수 있었다.

 ㅇ 정밀회전구동시스템과 방사선 감광필름을 사용하여 시스템의 회전각도 정확도를 방사선분포를 바탕으로 평가하였고, 회전각도 QA 시스템을 사용하여 교차 검증하였는데 두 가지 평가결과는 허용범위(3〫 ) 내에서 서로 잘 일치하였다.

 ㅇ 기존의 방사선원을 셀레늄-75와 같은 저에너지 방사선원으로 변경하거나 또는 체내 삽입기구의 텅스텐 차폐체를 감손우라늄과 같은 고성능 차폐체로 변경하면 근접방사선치료의 세기조절 성능을 더욱 극대화시킬 수 있음을 몬테칼로 전산모사를 통해 확인하였다.

3. 기대효과

 ㅇ 본 연구에서 개발된 세기조절 근접방사선치료기술은 자궁경부암에 대한 높은 수준의 입체조형 방사선치료를 달성할 수 있기 때문에 종양에 보다 높은 방사선량을 전달하여 암 환자의 생존률을 극대화하는 한편, 정상장기의 방사선 노출은 최소화하여 암 환자의 삶의 질을 크게 향상시킬 것으로 기대한다.

 ㅇ 또한, 기존의 침습적인 조직내 근접치료를 대체함으로써 출혈, 치료부위의 감염, 조직괴사, 주변 정상장기의 손상, 마취 부작용과 같은 위험요소 및 다수의 치료인력, 과다한 시술시간, 수술실과 같은 청정 시술공간의 요구와 같은 단점들을 크게 해소할 수 있다.

 ㅇ 개발된 세기조절 근접방사선치료기술을 적용한 한국형 근접방사선 치료시스템의 상용화를 통해 신규 방사선치료 시장을 개척할 수 있을 뿐 아니라 자궁경부암에 대한 전 세계의 세기조절 근접방사선치료 기술개발 및 임상연구를 우리나라가 선도할 수 있을 것으로 예상한다.

 ㅇ 세기조절 근접방사선치료기술은 자궁경부암처럼 체외로부터 접근이 가능 하지만 해부학적으로 굴절되어 있어서 근접방사선치료가 용이하지 않은 부위에 발생하는 다양한 암종, 이를테면 두경부암, 기관지암, 식도암, 직장암, 질암 등에도 활용이 가능할 것으로 예상한다.

 <연구 이야기>

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

국립암센터에서는 자기공명영상을 기반으로 자궁경부암 환자를 치료하고 있습니다. 종종 환자의 3차원 영상에서 명백히 확인되는 크고 비대칭 형태의 종양을 보면서 우리가 치료에 사용할 수 있는 방법이 한정적임을 느낄 때마다 매우 안타까웠습니다. 이것이 세기조절 근접방사선치료기술을 개발하는 계기가 되었습니다. 

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

지속적인 차폐체 회전을 위해 내구성이 뛰어난 탄성관을 선정하고 확보하는 것이 어려웠습니다. 그 외의 문제들은 연구 초기부터 접근 전략을 수립하고 대비하였기 때문에 어려움을 덜 느낄 수 있었습니다. 또한 연구에 참여하는 핵심 동료연구자들과의 정기적이고 꾸준한 연구모임이 큰 힘이 되었습니다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

체내 삽입기구에서 좁은 각도로 방출되는 방사선을 임의의 방향으로 회전시킬 수 있기 때문에 정밀한 세기조절 근접방사선치료가 가능한 점이 차별화된 점입니다. 또한 개발된 선량최적화 알고리즘에는 방사선원의 위치 및 회전각도 총 개수를 최소화하는 알고리즘이 포함되어 있어서 치료시간을 최소화할 수도 있습니다.

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

실용화를 위해 차폐체 성능을 더 극대화하고 근접방사선 치료계획시스템을 완성해야 합니다.

□ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은? 

상용화를 위한 후속 연구과제를 수행하여 세기조절 근접방사선치료시스템을 상용화시키고, 개발도상국가에 치료기술을 보급하고 싶습니다.

□ 기타 특별한 에피소드가 있었다면?

회전차폐체의 성능을 더욱 극대화하기 위해 텅스텐 대신 비파괴 검사장비나 코발트 치료기에서 사용되는 감손우라늄을 적용하기로 하고 수입을 추진하였다. 국내의 소재수입업체를 통해 영국의 공급업체와 어렵게 협상을 진행하였으나 감손우라늄은 핵물질로 분류되기 때문에 국내에서의 가공이 관계당국에 의해 엄격히 통제되어 국내로의 반입이 무산되었다. 연구자의 입장에서 매우 아쉬운 상황이었다. 

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