감마나이프

작성자봉창|작성시간17.07.23|조회수431 목록 댓글 0

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감마나이프 방사선 수술

[Gamma knife radiosurgery ]

: 감마나이프는 두피나 두개골을 절개하지 않고 감마선을 사용해 머리속의 질병을 치료하는 최첨단 뇌수술 장비로 세계적으로 가장 많이 환자를 치료하고 있는 방사선수술 장비입니다.

진료과	신경외과

감마나이프 방사선 수술의 개념과 역사적 배경

1. 감마나이프 방사선 수술의 개념

감마나이프는 두피나 두개골을 절개하지 않고 감마선을 사용해 머리속의 질병을 치료하는 최첨단 뇌수술 장비로 세계적으로 가장 많이 환자를 치료하고 있는 방사선수술 장비입니다. 특히 오차범위가 0.1~0.3mm이하의 정확도를 가지고 있으며, 뇌병변을 치료함에 있어서 정상적인 뇌를 손상시키지 않는 가장 우수한 치료 방법으로 인정받고 있습니다. 이미 전 세계적으로 50만 명 이상이 감마나이프로 치료 받았고 향후 지속적으로 그 수가 늘어날 것으로 전망됩니다.

2. 감마나이프 방사선 수술의 역사적 배경

1951년에 스웨덴의 Lars leksell에 의해 최초로 방사선 수술의 개념이 도입되었고, 1967년에는 감마나이프가 설치되어 뇌병변을 치료하기 시작하였습니다. 1980년대 후반부터 CT, MRI 등의 영상진단 기술이 발전하고, 방사선을 정확하게 조절하는 컴퓨터 기술이 접목됨으로써 감마나이프 수술은 최첨단 치료 장비로써 각광 받게 되었습니다. 현재 전 세계적으로 약250개의 감마나이프가 설치되어 운영되고 있으며, 현재까지 50만명 이상의 환자가 치료 받았고, 임상적으로나 학술적으로 그 효과가 확실하게 검증된 안정적 치료방법으로 자리매김하였습니다.

국내에서는 1990년에 처음으로 감마나이프가 도입되어 현재 13개 센터에서 운영되고 있으며, 이외에도 비슷한 기능을 하는 방사선 치료기인 사이버나이프, 노발리스가 현재 7개 센터에서 가동되고 있습니다.

감마나이프 방사선 수술의 원리 및 구조

방사선 동위원소인 코발트에서 발생되는 감마선은 파장이 짧고 매우 높은 에너지를 가진 빛의 일종으로 병소에 조사함으로서써 종양이나 혈관 기형 등의 여러 질환을 치료할 수 있습니다. 또한 정상세포 역시 병소의 세포와 비슷한 정도로 감마선에 반응하기 때문에 감마나이프에서는 돋보기와 비슷한 원리를 적용하여 정상세포에 영향을 주지 않도록 고안되어 있습니다. 201개의 다른방향에서 쏘아진 감마선이 돋보기가 햇빛을 모으는 것 같은 방식으로 병소에만 고에너지 감마선이 들어가 병소를 제거하게 되는 것입니다.

이와 같은 원리로 두피나 두개골을 절개하지 않고 정상조직의 손상을 최소화하며 병소의 제거가 가능합니다. 감마나이프에서 가장 중요한 부분은 방사장치인데, 반구 형태로 외경이 170cm이며, 두께는 40cm, 무게는 18톤 정도로 내부에 201개의 코발트 선원이 반구형으로 배치되어 감마선은 원뿔형 시준기를 통과하여 초점에 모이게 됩니다.

감마나이프의 원리

치료 대상 질환

감마나이프 수술은 뇌수술시 완전히 제거되지 못한 경우 좀더 안전하고 적절하게 뇌질환을 치료할 수 있으며, 최근 나이가 들어 수술 위험성이 높은 환자 및 수술이 어려운 위치의 병소, 크기가 매우 작은 경우, 뇌수술의 위험도가 높은 경우, 내과적 문제 등으로 마취 및 수술이 어려운 경우 등에서도 안전하게 치료할 수 있는 최첨단 치료방법입니다. 적응질환을 자세히 분류하면 아래와 같습니다.

1. 양성 종양

① 뇌수막종(meningioma), 신경초종(schwannoma), 뇌하수체 종양(pituitary tumor), 양성 신경교종(benign glial tumor), 두개인두종(craniopharyngioma), 혈관아세포종(hemangioblastoma), 송과체 종양(pineal gland tumor), 신경섬유종증(neurofibromatosis), 맥락총유두종(choroid plexus tumor), 신경절세포종(gangliocytoma) 등의 거의 모든 양성 뇌종양

② 눈, 코, 귀, 안면, 목 등 두경부 부위의 양성종양

2. 악성 종양

① 전이성 뇌종양(metastatic brain tumor), 악성 신경교종(malignant glial tumor), 수모세포종(medulloblastoma), 원시신경외배엽성 종양(primitive neuroectodermal tumor; PNET) 등의 배아성 종양(embryonal tumor), 연골육종(chondrosarcoma), 척삭종(chordoma) 등의 악성 뇌종양

② 포도막 흑색종(uveal melanoma), 측두골이나 비인두부, 코 및 부비동, 침샘에 생긴 종양 등의 두경부 부위의 악성종양

3. 뇌혈관 질환

① 뇌동정맥기형(arteriovenous malformation)

② 해면상혈관종(cavernous malformation)

③ 동정맥루(arteriovenous fistula)

4. 기능성 뇌질환

① 파킨슨병(Parkinson’s disease), 손떨림(essential tremor), 이긴장증(dystonia) 등의 운동장애질환(movement disorder)

② 삼차신경통(trigeminal neuralgia), 군발성 두통(cluster headache), 암성 통증(cancer pain), 뇌졸중 후 통증(poststroke thalamic pain) 등의 불인성 통증(intractable pain)

③ 간질(epilepsy)

④ 강박장애(obsessive-compulsive disorder), 난치성 불안증(refractory anxiety disorder) 등의 정신질환(psychiatric disease)

5. 안질환

① 포도막 흑색종(uveal melanoma)

② 연령과 관련된 각막반 퇴행증(age-related macular degeneration)

③ 진행된 녹내장(advanced glaucoma)

6. 척추 질환

상부 경추부 종양 및 혈관 질환

감마나이프 수술과정

1. 뇌정위기구 고정

렉셀 프레임(Leksell frame)을 환자의 두개골에 고정하고, 통증을 최소화하기 위해 국소마취를 시행합니다.

2. 영상 촬영

머리틀을 고정한 후 환자의 병변에 따라 혈관촬영, CT 또는 MRI 사진 촬영을 실시하여 사진을 컴퓨터로 전송하여 치료선량 계획을 세우는데 사용합니다. 이 사진은 방사선 수술에 필요한 정확한 3차원 영상을 얻기 위함입니다.

3. 치료선량 계획

컴퓨터로 전송되어온 영상을 입체적으로 재구성해 주변 정상 뇌조직의 손상을 최대한 피하여 방사선을 조사하는 방향, 범위, 방사선량 등을 결정합니다. 최근에는 감마 플랜이라는 프로그램을 이용하여 아주 정확하게 병소설정을 할 수 있게 되었습니다.

4. 감마나이프 수술

뇌자기공명영상장치와 컴퓨터를 사용하여 계산된 정밀한 자료에 따라 병소 부위에만 감마선이 들어가도록 프로그램을 한 후에 치료가 시작되면, 편안히 누운 상태에서 치료를 받게 되는데, 치료 과정 중에 소음이나 통증은 전혀 없습니다. 치료 시간은 치료 선량 계획에 따라 다르나 평균적으로 40분에서 2시간 정도 소요되며, 치료 중에 의료진들은 모니터를 통하여 환자를 살피고 의료진들과 마이크를 통해 대화할 수 있습니다.

5. 고정장치 제거

치료가 끝나면 바로 고정장치를 제거합니다. 핀 삽입 부위는 소독 후 밴드를 붙입니다. 삽입 부위는 흉터가 남지 않으며 약 2~3일 후부터 머리를 감으셔도 괜찮습니다.

6. 퇴원은 당일 내지 1박 2일로 가능합니다.

감마나이프 방사선 수술의 장단점

감마나이프 방사선 수술의 장점은 수술보다 안전하게 뇌병변을 치료 할 수 있고, 0.1~0.3mm이하의 오차범위 내에서 정상조직에 손상없이 아주 정확하게 병소만을 치료할 수 있다는 것입니다. 그리고 환자는 고통 없이 편안한 상태에서 치료받을 수 있고 경제적이며, 흉터가 거의 남지 않기 때문에 미용적으로도 우수합니다.

반면 감마나이프 방사선 수술의 단점은 두개 내의 병변을 치료하는데 매우 효과적이지만 다른 부위의 병소는 치료하기 어렵다는 단점이 있습니다. 고정장치를 부착할 수 있는 구조물이 없는 다른 부위에는 적용 할 수 없는데 이는 감마나이프 장치를 자유롭게 움직일 수 없기 때문입니다. 그리고 두피에 고정 장치를 할 때 환자에게 불쾌감을 줄 수 있습니다.

방사선 수술은 치료효과가 지연효과를 나타냅니다. 즉, 보통 2~3년간에 걸쳐 서서히 치료효과를 보이기 때문에 혈관질환, 특히 뇌동정맥기형과 같이 출혈의 가능성이 높은 질환에서는 이 기간 동안 매우 주의를 필요로 하게 됩니다.

질환별 치료과정 및 주의사항

1. 뇌수막종(Meningioma)

뇌수막종은 흔한 두개강내 종양의 하나이며 지주막에서 기원하게 됩니다. 뇌수막종은 서서히 자라는 종양입니다. 감마나이프 방사선 수술을 하기에 종양의 크기가 큰 경우에는 외과적 수술을 통하여 종양을 제거합니다. 그러나 크기가 작은 경우, 뇌심부에 위치하고 있는 경우, 수술 후 잔존하는 종양에 대해서는 방사선 수술의 적응증이 됩니다. 뇌수막종은 두개골 외로 전이를 하지 않으나 주변조직으로 자라나 뇌막이나 뼈를 침범하는 악성종양의 특징을 갖는 종양으로 생물학적 양상은 일반적으로 양성입니다. 많은 뇌수막종이 감마나이프를 시행하기에는 부적절한 점에도 이 치료방법은 여전히 중요한 부분을 담당하고 있습니다.

왜냐하면 뇌수막종 수술의 성공은 대부분 광범위한 절제술과 관련되어 있으나 현재까지는 많은 경우에 광범위한 절제술을 시행하는데 기술적인 부족함이 있고 수술 자체의 위험성이 종양을 치료하지 않았을 때의 위험성과 비슷한 노인에서도 발생하기 때문입니다. 뇌수막종은 감마나이프를 시행하는데 뇌전산화 단층촬영술이나 뇌자기 공명영상촬영술에서 잘 보이고 그 경계가 명확하다는 면에서 매력적인 특징을 가지고 있습니다. 뇌수막종 치료에서 감마나이프의 사용이 증가하고는 있으며 일반적인 뇌수막종과 각각 다른 부위와 다른 조직학적 형태에 따른 치료에 필요한 선량에 대해 현재까지는 발표된 치료결과를 토대로 방사선 수술기법을 정립하고 있는 중입니다.

정확한 추적관찰의 결과를 얻을 때까지는 많은 시간이 지나야 하겠지만 현재까지의 감마나이프 수술의 결과는, 종양성장이 억제되거나 줄어드는 경우가 약 90%로 매우 높습니다. 또한, 재발율은 약 3% 정도이며, 합병증은 약3~4%에서 발생하지만 대부분 일시적인 경우입니다. 뇌수막종을 수술로 제거했을 경우의 재발율(10~15%), 합병증 발생률(20%), 사망률(5~10%)을 고려해 보면, 감마나이프 수술은 수술보다 합병증의 가능성과 정도가 낮은 안전한 시술이면서도, 수술적 치료에 못지 않은 좋은 치료성적을 보이고 있습니다.

2. 청신경초종(Acoustic neuroma)및 기타 신경초종(Other neuroma)

청신경초종에 대한 감마나이프 방사선수술은 1969년 스웨덴의 카롤린스카 병원에서Lars Leksell 교수에 의해 처음으로 시행되었습니다. 최근 통계에 의하면 청신경초종은 뇌동정맥기형 다음으로 많이 시행되고 있을 정도로 감마나이프에 좋은 적응증으로 알려지면서 전 세계적으로 많은 수의 환자들이 시술을 받고 있습니다.

신경초종은 드물게 악성 신경초종이 있기도 하지만 일반적으로 양성 종양으로서, 종양세포의 증식속도는 느리며 뇌 이외의 장기로 전이하는 일은 극히 드물고, 모든 뇌신경에서 발생할 수 있지만, 청력을 담당하는 청신경에서 생기는 경우가 가장 많습니다. 그래서 환자분들이 대부분 귀가 울리는 이명증상과 청력감소를 호소하여 병원을 방문하는 경우가 많습니다.

청신경초종의 치료방법 역시 수술적 제거와 감마나이프 수술이 있습니다. 종양의 크기, 위치, 환자의 증상, 상태 등을 고려하여 적절한 치료방법을 선택하여야 하며, 수술적 제거 후 남아 있거나 재발한 종양에 대해 감마나이프 수술을 추가로 하는 경우도 있습니다.

청신경초종에 대한 감마나이프 수술의 치료 성공률은 약 95%에 이릅니다. 그러나 감마나이프시술 후 약 5%에서 종양내부가 괴사되어 일시적으로 전체 종양의 크기가 증가할 수 있으나, 이는 점차적으로 크기가 감소하여 증상이 좋아지는 경과를 보이게 되며 수술이 필요한 경우는 2% 미만으로 알려져 있습니다.

합병증으로는 감마나이프 수술 약 2~3개월 후부터 얼굴의 근육이 부분적으로 마비되는 안면신경 마비나 감각마비가 약 3~4%에서 발생할 수 있으나 대부분 약물치료로 호전되는 경우가 많습니다. 그리고 감마나이프의 장점은 수술에 비해 청력보존에 있어, 수술 전 청력이 유지되거나 호전될 확률이 약 50~70%정도로 수술적 치료에 비해 높다는 것입니다, 약 30~40%정도에서는 청력이 더 악화될 수 있으나, 병변의 크기, 수술 전 청력의 상태 등에 따라 많은 차이가 있습니다.

3. 전이성 뇌종양

전이성 뇌종양은 가장 흔한 뇌종양으로, 최근 감마나이프 치료를 가장 많이 시행하는 종양입니다. 이는 몸의 타장기에서 생긴 암이 뇌로 전이되어 발생한 종양입니다. 만약 뇌전이를 치료하지 않을 경우, 뇌압 상승 등으로 인해 평균 4주 정도밖에 생존하지 못하는데 비해, 방사선 수술을 통해 효과적으로 뇌전이를 치료한다면, 원발(성) 암에 의한 것이 아니면, 여생동안 특별한 신경학적 장애나 증상 없이 편안한 삶을 살 수 있게 하여 남은 삶의 질을 높일 수 있습니다.

다행히, 전이성 뇌종양은 처음부터 뇌에 생기는 원발(성) 악성뇌종양과 달리, 보통 모양이 둥글고, 주변 정상 뇌조직과 잘 구별되며, MRI 등 진단기술의 발달에 따라 크기가 작을 때 다발성으로 발견되는 경우가 많기 때문에 감마나이프 수술로 치료 성공률이 매우 높고 환자에게 불편감도 거의 주지 않습니다. 감마나이프 수술로 종양의 성장을 억제하는 성공률은 약 90% 이상으로 치료효과가 매우 좋으므로 적극적인 치료가 필요합니다. 감마나이프는 뇌의 정상적인 부위에 감마선이 들어가지 않기 때문에 일반 전뇌 방사선 치료에 비해 부작용이 적을 뿐 아니라, 뇌에 새로운 전이가 발생하는 경우에도, 그때마다 반복적으로 여러 번 시술할 수 있는 등의 장점이 있습니다.

4. 뇌하수체 선종

뇌하수체 선종의 치료법으로는 코를 통해 접근하거나 개두술을 하여 뇌하수체 종양을 제거하거나 방사선 수술로 치료하는 방법이 있습니다. 수술적 제거 후 남아있거나 재발한 종양의 경우에도 방사선 수술이 유용한 치료입니다. 뇌하수체 종양 치료에서 감마나이프 방사선 수술은 일부 미세선종의 경우 일차적 치료로서, 미세수술법이나 통상적인 방사선치료를 대체하는 이차적 치료 또는 대체적 치료로서 최근 시술되고 있습니다.

최근에는 고해상도 자기공명영상기술의 개발과 치료계획시스템의 발전으로 시신경을 비롯한 종양주위 중요 구조물을 정확히 확인할 수 있고, 정상 뇌하수체와 미세선종의 경계를 보다 정확하게 구별할 수 있게 되면서 시신경에 대한 방사선 조사량을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 종양조직에 대해서는 정밀하고 집중적인 방사선 조사가 가능해졌습니다. 감마나이프 방사선 수술로 종양 자체가 조절될 확률은 90% 이상으로 매우 높으며, 증가한 호르몬 수치가 감소할 확률도 70~80% 이상이며, 50% 정도에서 정상화됩니다.

주의할 점으로는 뇌하수체 주변에 방사선에 민감한 시신경과 여러 중요한 뇌신경들이 가깝게 있어서, 시력저하 및 이들 뇌신경의 기능감소가 드물게 발생할 수는 있으나 최근에는 시신경에 영향을 주지 않는 방사선 선량이 정해진 상태이며, 종양부위만 치료하기 때문에 합병증은 거의 발생하지 않는 것으로 되어 있습니다. 치료 반응 및 합병증 발생 여부를 확인하기 위해 시술 후 6개월에서 1년 간격으로 지속적인 MRI 촬영과 뇌하수체 호르몬 검사가 필요합니다.

5. 뇌 동정맥 기형

뇌혈관질환에서 감마나이프의 효과가 탁월한 질환으로 뇌동정맥 기형을 들 수 있습니다. 뇌동정맥 기형은 뇌혈관의 선천성 기형의 하나로, 뇌동맥과 뇌정맥 사이에 정상적으로 있어야 할 모세혈관을 거치지 않고 동맥에서 직접 정맥으로 이행되어 시간이 지나면서 혈관덩어리가 점차로 커지고 이 때문에 혈류량이 증가하면서 높은 동맥압이 정맥 혈관에 지속적인 영향을 미치게 되는 것입니다.

이러한 기형혈관은 혈관벽이 매우 약하고 얇아서 출혈의 위험성이 높으며, 경련을 유발하거나 병소의 위치에 따라서 다양한 신경학적 증상을 유발할 수 있습니다. 이 질환은 전체인구의 0.14%에서 발병하는 것으로 알려져 있으며, 남자가 여자에 비해 발병율이 약간 높으며, 대부분 20~30대에 증상이 시작됩니다. 뇌동정맥 기형의 치료방법으로는 미세수술, 혈관색전술, 방사선수술 등이 있습니다. 기형혈관이 혈관색전술로서 모두 완벽하게 막히는 경우는 매우 드물며, 대개 수술을 시행하기 전이나 방사선 수술을 시행할 때 혈류량을 줄이거나 출혈 위험성을 감소시킬 목적으로 이용되고 있습니다.

뇌동정맥 기형이 뇌 깊은 곳이나 중요한 뇌구조물 주위에 위치하여 수술적 제거가 불가능한 경우에는 방사선 수술이 유일한 치료방법이자 가장 좋은 치료법입니다. 방사선의 혈관에 대한 폐색작용은 아주 효과적인 것으로 알려져 있기 때문에 뇌동정맥 기형에 대한 방사선 수술의 역할이 날로 커지고 있습니다. 이러한 탁월한 치료효과가 있음에도 불구하고 방사선 수술이 갖는 장점이자 단점은 방사선 수술 후 병소가 완전히 폐색되기 전까지 6개월에서 2~3년정도의 기간이 필요하다는 것입니다.

즉 서서히 막혀가기 때문에 뇌혈류의 무리한 변화 없이 자연스럽게 치료가 될 수 있지만 병소가 완전 폐색이 되기 전까지는 병소에서 출혈이 발생할 여지가 있습니다. 감마나이프 방사선 수술 후 기형혈관이 완전히 사라질 때까지 의사의 지시사항을 반드시 지켜야 하며 각별히 신경을 써야 합니다. 일반적으로 알려진 뇌동정맥 기형에 대한 방사선 수술 후 병소의 완전 폐색율은 약 80% 정도입니다.

치료 반응 및 합병증 발생 여부를 확인하기 위해 시술 후 6개월에서 1년 간격으로 지속적인 MRI 촬영이 필수적이며, 2~3년째 혈관조영술을 시행하여 뇌동정맥 기형이 남아있는 경우는 위험성을 완전히 없애기 위해, 반복된 감마나이프 수술을 시행하여야 합니다.

6. 삼차신경통

삼차신경통은 얼굴 한쪽에 간헐적이고 돌발적으로 극심한 통증 발작이 반복되는 질환으로, 얼굴의 감각을 담당하는 삼차신경이 혈관, 종양, 뇌동맥류 등에 의해 압박되어 있는 경우가 많으며, 갑작스럽게 시작되었다가 수 초, 수 분 수십 회에 자연적으로 소실되는 반복된 임상경과를 보입니다.

삼차신경통의 치료에는 약물치료, 경피적 신경파괴술, 보톡스, 미세혈관감압술, 감마나이프 수술 등이 있습니다. 삼차신경통은 미세혈관감압술이 가장 좋은 치료법으로 알려져 있지만, 삼차신경통환자 중 많은 수가 고령이며 동반된 내과적 질환으로 수술을 시행할 수 없는 경우가 많으며 드물게 수술을 거부하는 경우도 있습니다.

따라서 수술에 따른 이환율이 적으며 합병증발생이 적고 재발가능성이 적은 다른 대체치료요법이 요구되고 있는 실정입니다. 이에 대한 대안으로 1951년 삼차신경통환자에게 처음으로 방사선 수술을 시행한 후에 최근에는 약물치료에 반응하지 않는 삼차신경통의 치료에 많이 적용이 되고 있으며 근래에 시술건수가 급속히 증가하고 있습니다. 방사선 수술의 장점은 환자에게 손쉽게 적용이 가능하며 비교적 낮은 부작용과 더불어 비침습적인 치료방법이 각광을 받는 것과 맞물려서 앞으로 많은 환자가 방사선 수술의 적응이 될 것이라고 기대가 됩니다.

전형적인 삼차신경통인 경우, 3~5년간 추적 관찰한 결과 감마나이프 수술을 통한 통증 완화율은 약 55~65%에서 통증이 완전 소실되는 치료효과를 볼 수 있습니다. 합병증은 매우 드물며, 특발성 삼차신경통에 대한 방사선수술 후 6~10%의 환자에서 안면부 이상감각 혹은 감각저하 등의 합병증 발생이 보고되어 있으나 대부분의 경우 회복되게 됩니다.

7. 암성 통증

암성 통증은 현대의학에 있어서 완전히 치유되기 힘든 영역으로 보고 있습니다. 약 38% 의 환자가 극심한 통증을 호소하며 말기에서는 60% 이상의 환자가 참을 수 없는 통증을 느낍니다.

최근에 암성통증으로 고통 받는 환자들이 늘어나고 있고. 감마나이프 방사선수술은 암성통증을 별다른 부작용 없이 즉시 조절할 수 있으며, 그 기간도 오래 지속이 된다는 장점이 있습니다.

여명이 얼마 남지 않은 암환자들에게 남은 여생동안 통증을 조절하여 삶의 질을 개선시켜 주는데 크게 기여하고 있으며, 적응증으로는 골전이에 의한 극심한 통증, 이전치료에 실패한 환자, 모르핀과 같은 약물로 조절되지 않는 통증 등에 적극적으로 이용되고 있습니다. 암성 통증 조절을 위해 감마나이프 뇌하수체 절제술이 주로 사용되고 있는데, 이는 기존의 수술에 비해 합병증이 현저하게 줄어들었고, 효과는 동일하다는 장점이 있습니다.