Photon Radiosurgery System의 Phase I/II 연구

중추 신경계 종양은 모든 소아 신생물의 약 20%를 차지합니다. 뇌종양의 일차 관리에 사용되는 치료 양식은 수술, 방사선 요법 및 화학 요법입니다. 최근 몇 년 동안 이러한 각 치료법에서 상당한 진전이 있었습니다. 이러한 발전에도 불구하고 국소 종양 재발은 이러한 어린이의 치료 실패에 대한 중요한 원인이 되고 있습니다. 국소 종양 재발률은 원발성 종양 유형, 치료 기술 및 초기 발현 시 종양 단계에 따라 다릅니다. 통상적인 치료 후, 수모세포종, 두개인두종, 뇌실막종 및 저등급 신경아교종과 같은 종양에서 국소 종양 재발률은 10% - 40% 범위이다. 그러나 다형 교모세포종과 같은 공격적인 종양에서 최고의 현대적 치료법에도 불구하고 종양 재발률은 80-100%로 유지됩니다.

방사선 요법은 항상 성인 및 소아 뇌종양 관리에 중요한 역할을 해왔습니다. 감마나이프나 선형가속기를 이용한 정위방사선수술(SRS)과 정위방사선치료(SRT)를 이용한 뇌종양 치료에 상당한 관심이 모아지고 있다. 정위 치료의 목표는 뇌에 위치한 별개의 종양에 높은 기하학적 정밀도로 고용량의 방사선을 전달하는 것입니다. 이는 치료 계획 및 종양 표적화를 위한 고정화 두개골 프레임 및 CT/MRI 정보를 사용하여 달성됩니다. 현재 재발성 뇌종양이 있는 어린이를 위한 몇 가지 치료 옵션이 있습니다. 재조사는 정위 방사선 수술 정위 방사선 및 근접 요법으로 재발성 신경아교종, 수모세포종 및 상의세포종에 사용되었습니다. 재방사선 조사 후, 50-70%의 종양 통제율이 얻어졌습니다. 방사선 재발 종양이 있는 어린이에게 사용되는 방사선 수술 선량은 10-24 Gy 범위였습니다. 방사선 재조사는 일반적으로 어린이의 10-15%에서 관찰되는 일시적인 부종, 뇌신경병증 또는 방사선 괴사와 같은 재치료 합병증으로 잘 견딥니다. 재발성 악성 신경아교종, 수모세포종 및 뇌실막종을 가진 소아에서 고용량 화학요법 및 골수/줄기세포 이식의 결과는 상당한 이환율과 사망률로 인해 실망스러웠습니다. 수술 중 방사선은 원발성 및 재발성 뇌종양의 치료에도 활용되었습니다. 일본의 한 보고에서는 방사선 재발성 악성 뇌종양이 있는 어린이 2명을 포함하여 17명의 환자에게 수술 중 20~40Gy 선량의 방사선을 조사했습니다. 수술 중 방사선은 특수 어플리케이터와 전자 빔을 사용하여 전달되었습니다. 방사선은 종양 절제 후 전달되었고 23-40 Gy의 선량이 0.5-1.5 cm 깊이로 전달되었습니다. 악성 신경아교종 및 기타 종양(상세포종, 핍지교종) 환자의 평균 생존 기간은 각각 12개월 및 51개월이었습니다. 뇌실막종을 가진 두 아이는 완치되었고 현재 수술 중 방사선 치료 후 134개월과 88개월째 생존하고 있습니다. 3명의 환자에서 증후성 뇌괴사가 발생했으며, 그 중 2명은 수술로 증상이 완화되었고 1명은 사망했습니다. 3명의 환자도 수술 후 수막염이 발생했습니다. 네브래스카 대학 의료 센터의 또 다른 보고서에서 다형성 교모세포종 환자 49명에게 간질 코발트 60 고선량률 조사를 1cm의 여유를 두고 종양에 20Gy 선량으로 조사했습니다. 이전에 방사선 치료를 받은 적이 없는 환자(그룹 I)는 추가로 40Gy의 외부 방사선 조사를 받았습니다. 이 환자들 중 19명(그룹 II)은 이전에 방사선 조사를 받았고 간질 방사선 조사만 받았습니다. Cobalt 60 프로브는 CT 스캔과 정위 프레임을 사용하여 종양으로 유도되었습니다. 이 치료는 내약성이 좋았고 한 환자는 경막 누출이 있었고 다른 환자는 경막하 혈종이 있었습니다. 수막염이나 방사선 괴사는 없었다. 그룹 I 및 그룹 II 환자의 중앙 생존 기간은 각각 7개월 및 6개월이었습니다.

광자 방사선 수술 시스템(PRS)은 뇌종양에 높은 방사선량을 전달할 수 있는 수술 중 방사선 조사 장치입니다. 이 시스템은 최근 식품의약국(FDA)에서 임상용으로 승인되었습니다.

광자 방사선 수술 시스템(PRS)

Photon Radiosurgery System(PRS)은 처방된 방사선량을 대상 체적에 직접 전달할 수 있는 소형 40 KeV x-선 소스를 통합합니다. PRS는 신체에 삽입하도록 설계된 길이 10cm, 외경 3.2mm의 밀폐된 진공관이 있는 전자빔 활성화 X선 소스의 일부로 구성됩니다. 이 진공관은 팁의 내부 표면에 전자 빔 타겟을 통합합니다. 가속된 전자 빔이 생성되어 튜브 아래로 보내져 목표물을 공격하면 Bremsstrahlung 및 선 X-선이 튜브 끝에서 거의 등방성 패턴으로 방출됩니다.

물 팬텀에서 선량률을 측정한 결과 X선 빔은 빔 전류 40uA 및 전압 40kV. 절대 선량은 +10%로 추정됩니다. 물의 선량 분포는 대략 전원으로부터 거리의 3승 함수로 떨어집니다. 발전기의 무게는 3.45파운드에 불과합니다. 40lbs에 불과한 제어 콘솔을 통해 가속 전압(30~50kV 범위), 빔 전류(5~40uA 범위) 및 치료 시간(0~60분)을 통해 방사선량을 조정합니다. PRS 시스템은 가볍기 때문에 실험실과 수술실로 장치를 쉽게 휴대할 수 있습니다.

PRS를 보조 치료로 사용하기 위해 알려진 X선 투과 특성을 가진 단단한 생체 적합성 플라스틱(ULTEM 1000)으로 만든 치료 어플리케이터가 사용됩니다. 외부 표면의 선량이 균일하도록 PRS x-선 프로브가 어플리케이터의 진원지에 도입될 수 있도록 내부가 비어 있습니다. 애플리케이터의 끝은 직경이 1.5cm에서 4cm인 구형입니다. 치료 어플리케이터는 매번 사용하기 전에 멸균됩니다. 애플리케이터는 종양이 절제된 공동에 삽입되어 처방된 방사선량을 전달합니다.

PRS의 작동 및 선량 특성은 외부 빔 방사선 수술의 장점과 근접 치료(방사선 종자 이식)의 장점을 결합한 것입니다. 근접 치료와 마찬가지로 PRS는 표적 체적 내에 매우 정확하게 위치할 수 있으며, 방사선 산란이 거의 또는 전혀 없이 표적 체적을 정밀하게 조사하여 등각 치료 전달을 개선할 수 있습니다. 매우 빠른 선량 감소로 인해 PRS는 외부 빔 방사선 및 방사선 수술과 비교하여 건강한 조직에 전달되는 방사선 선량을 크게 줄입니다. 그러나 방사선 수술과 마찬가지로 PRS는 선량률이 매우 높으며 표적 체적에 높은 선량을 전달할 수 있습니다. PRS 시스템의 또 다른 뚜렷한 장점은 종양에 인접한 뇌의 정상 구조에 대한 방사선량을 크게 줄일 수 있다는 것입니다. 현재 이용 가능한 모든 방사선 치료 기술은 처방된 선량의 10-50%를 정상 뇌에 전달합니다. PRS를 사용하는 수술 중 방사선 조사는 종양이나 종양 침대에 직접 적용하기 때문에 정상 조직에 대한 선량을 제한합니다. 이 접근법은 시신경 경로, 뇌간 및 대뇌 혈관과 같은 중요한 구조에서 방사선 유발 합병증을 크게 감소시킬 수 있습니다. PRS의 또 다른 장점은 다른 유형의 치료와 달리 방사선 차폐실을 사용할 필요가 없다는 것입니다. 요약하자면, PRS를 사용하는 방사선의 간질/표면 적용의 장점은 다음과 같습니다.

1. 종양의 수술 침대에 직접 접근
2. 높은 단일 선량의 방사선을 종양에 정확하게 전달
3. 수술 중 차폐 또는 이러한 기관의 수술 중 변위를 사용하여 인접한 뇌, 뇌신경 또는 기타 중요한 구조의 우수한 보호
4. 저에너지 X선의 우수한 방사선 생물학적 효과(RBE)
5. 근접 치료 및 감마나이프 방사선 수술과 유사한 종양 선량 비균질성으로 종양의 중심이 정상 구조에 인접한 주변 영역보다 더 높은 선량을 받습니다.

뇌종양에서 PRS로 수행한 연구 결과는 최소한의 부작용으로 두개내 종양에 단일 적용으로 치사량의 방사선을 전달할 수 있음을 입증했습니다. 원발성 및 전이성 뇌종양을 치료하는 데 사용되었습니다. Massachusetts General Hospital의 보고서에서 최대 직경이 3.5cm 미만인 원발성 및 전이성 뇌종양이 있는 성인 14명을 PRS를 사용하여 단일 방사선 조사로 치료했습니다. 치료된 종양 직경은 10mm - 35mm(평균 21mm) 범위였으며 종양 가장자리 처방 선량은 10-20Gy(평균 12.5Gy) 범위였습니다. 평균 치료시간은 23분(범위, 7-45분)이었다. 1.5-36개월(평균 12개월)의 추적 기간 동안 13명의 환자 중 10명에서 국소 대조군을 얻었다. 모든 환자는 절차를 잘 견뎌냈고 대부분의 환자는 치료 다음 날 퇴원했습니다. 방사선 조사 후 새로운 신경학적 결손은 관찰되지 않았습니다. 이 연구는 재발성 소아 뇌종양에서 PRS를 사용하여 방사선의 최대 허용 선량을 결정하는 것을 목표로 합니다.

용량 선택

PRS와 방사선 수술에 의해 전달되는 방사선량은 선량률과 총 선량 면에서 유사합니다. RTOG(Radiation Therapy Oncology Group)는 이전에 방사선 조사를 받은 뇌종양 및 뇌 전이가 있는 성인의 방사선 수술의 최대 허용 선량을 평가하기 위해 선량 증량 연구를 수행했습니다. 급성 및 후기 독성을 기준으로 최대 허용 방사선 수술 선량은 종양 < 20mm, 21-30mm 및 31-40mm에 대해 각각 24Gy, 18Gy 및 15Gy였습니다.

이 연구에서 우리는 종양 < 20mm, 21-25mm 및 26-40mm 각각에 대해 10-19Gy, 10-16Gy 및 10-14Gy 범위의 선량으로 유사한 선량 증가 연구를 수행하려고 했습니다. 이 선량은 방사선 수술을 받는 성인의 뇌 재조사에 대해 설정된 최대 허용 선량보다 낮습니다. 이러한 선량은 전자 및 코발트 60 소스로 성인 뇌종양의 수술 중 방사선 조사에 사용되는 20-40 Gy 선량보다 낮습니다.

연구에 참여한 환자에 대한 중간 분석이 수행되었습니다. 2개의 애플리케이터가 필요한 환자 1명과 5mm 깊이로 선량이 처방된 다른 환자에서 치료 관련 합병증 발생에 따라 프로토콜을 다음과 같이 수정했습니다.

1. 어떤 환자도 하나 이상의 애플리케이터를 사용하여 PRS 치료를 받지 않습니다.
2. 처방된 선량의 깊이는 2mm를 초과해서는 안 됩니다.
3. 사전 RT를 받은 환자와 사전 RT를 받지 않은 환자는 각각 그룹 A와 그룹 B로 분류됩니다.
4. 이 두 그룹에 대한 용량 수준은 섹션 8.0의 표에 나와 있습니다. 비뇌간(10-19Gy)에 대한 선량 증량은 동일하게 유지되지만 선량 증량은 더 이상 종양 크기에 따라 계층화되지 않습니다. 뇌간 및/또는 뇌신경(10-14 Gy)에 인접한 부위의 선량 수준도 동일하게 유지됩니다. 각 용량 수준에서 최소 3명의 환자가 누적되어야 하며 관찰된 합병증이 없는 경우에만 다음 용량 수준에서 누적이 시작됩니다.

용량 증량은 RTOG 기준에 의해 정의된 급성 CNS 독성의 발생률을 기반으로 합니다. 허용할 수 없는 독성은 재조사 3개월 이내에 발생하는 비가역적 등급 3(심함), 등급 4(생명 위협) 또는 등급 5(치명적) RTOG CNS 독성으로 간주됩니다. 환자가 아래에 정의된 바와 같이 허용할 수 없는 CNS 독성을 나타내지 않으면 해당 종양 크기에 대한 용량을 증량했습니다.

뇌간은 혈압, 호흡 등과 같은 대부분의 신체 기능을 제어하는 ​​뇌의 매우 중요한 부분입니다. 이 연구에서 우리는 뇌간 내부 및 주변의 종양에 대해 더 완만한 용량 증량 계획을 채택했습니다. 이 위치의 종양에 대해 연구할 세 가지 선량은 10Gy, 12Gy 및 14Gy입니다. 이러한 용량은 종양 크기와 무관하게 전달됩니다.