방사선 치료기의 작동 구조

방사선 치료의 원리

방사선 치료는 암 치료의 3대 축 중 하나로, 수술, 항암화학요법과 함께 광범위하게 사용된다. 이 치료는 고에너지 방사선을 암세포에 직접 조사하여 세포 내 DNA를 손상시키고, 세포 분열을 억제하거나 사멸시키는 방식이다. 정상 세포도 일정 수준의 손상을 입을 수 있지만, 암세포는 DNA 복구 능력이 떨어지기 때문에 방사선에 더욱 민감하게 반응한다. 특히 수술이 불가능한 위치에 있는 암이나, 주변 장기로의 전이가 우려되는 경우 방사선 치료는 매우 중요한 치료 수단이 된다. 방사선 치료를 위해 가장 널리 사용되는 장비가 바로 선형가속기(Linear Accelerator, LINAC)이며, 이는 고에너지 X선을 인체 내부 깊숙한 종양까지 전달할 수 있도록 설계된 고정밀 의료 장비다. LINAC은 외부에서 고에너지 입자를 가속시켜 원하는 방향으로 조사하는 구조를 가지고 있으며, 그 작동 원리는 물리학, 공학, 생명과학이 융합된 정밀 기술의 집약체라 할 수 있다.

 

 

선형가속기의 작동 방식

선형가속기의 작동 원리는 입자를 직선 경로로 가속하여 고에너지 방사선을 생성하는 데 있다. 장비의 핵심 부품은 전자총(Electron Gun), 가속 튜브(Accelerating Waveguide), 고주파 발생기, 및 치료 헤드로 구성된다. 먼저 전자총은 음극에서 전자를 방출하고, 이 전자는 가속 튜브를 따라 이동하면서 고주파 전자기장에 의해 점점 빠르게 가속된다. 이 가속된 전자는 수 메가전자볼트(MeV) 수준의 에너지를 갖게 되며, 금속 타깃(보통 텅스텐)에 충돌하게 된다. 이 충돌 과정에서 고에너지 X선이 발생하며, 이 X선이 치료용 방사선으로 사용된다. 이후 방사선은 치료 헤드를 통해 원하는 방향으로 형성되고, 다엽 콜리메이터(Multileaf Collimator, MLC)를 이용해 방사선의 조사 범위와 형상을 종양의 모양에 맞춰 정밀하게 조절한다. 전체 구조는 밀리미터 단위까지 정확히 조절 가능하며, 회전형 암 구조를 통해 다양한 각도에서 방사선을 조사할 수 있도록 설계되어 있다. 이러한 정밀 제어 덕분에 LINAC은 종양 부위에 정확히 방사선을 집중시킬 수 있고, 주변 정상 조직의 손상을 최소화할 수 있다.

 

치료 계획 수립의 절차

방사선 치료는 단순히 기계로 방사선을 쏘는 것이 아니라, 매우 정밀한 사전 계획이 필요하다. 치료 전에는 환자의 CT나 MRI 영상을 바탕으로 종양의 위치, 크기, 주변 장기의 형태를 3차원으로 모델링하고, 이를 기반으로 방사선 조사 범위와 강도를 정한다. 이 과정은 방사선 치료계획시스템(Treatment Planning System, TPS)을 통해 이루어지며, 방사선종양학과 전문의, 물리학자, 방사선치료사가 협업하여 계획을 수립한다. 계획이 확정되면 치료는 선형가속기를 통해 진행된다. 환자는 치료 테이블에 고정되고, 기계는 정해진 각도와 방향에서 고에너지 X선을 종양 부위에 정확히 조사한다. 일반적으로 한 번의 치료는 몇 분 이내에 끝나며, 하루 1회, 주 5회, 수주간 진행되는 경우가 많다. 치료 중에는 환자가 통증을 느끼지 않으며, 전체 과정은 외래 기반으로 이루어지는 경우가 대부분이다. 치료 중에는 매일 정밀 영상을 촬영하여 환자의 자세나 종양 위치 변화를 확인하고, 치료 계획을 실시간으로 미세 조정하는 영상유도 방사선치료(Image-Guided Radiation Therapy, IGRT) 기술도 병행된다.

 

최신 방사선 치료 방향

현대의 선형가속기는 단순한 방사선 조사 장비를 넘어, 정밀의료 기술로 빠르게 발전하고 있다. 대표적인 기술로는 체부정위방사선치료(SBRT), 강도조절방사선치료(IMRT), 양성자 치료(Proton Therapy) 등이 있다. IMRT는 방사선의 강도를 위치에 따라 조절함으로써 종양에는 높은 선량을, 주변 정상조직에는 낮은 선량을 조사할 수 있게 한다. SBRT는 소량의 치료 횟수로 고선량을 국소 부위에 집중하는 방식으로, 폐암이나 간암 등 고정된 종양에 매우 효과적이다. 더불어, 인공지능 기반 치료계획 시스템이 도입되면서 방사선 분포를 자동으로 최적화하거나, 환자의 생체 신호를 분석해 개별 맞춤형 치료를 제공하는 단계까지 진입하고 있다. 일부 장비는 호흡에 따라 종양이 움직이는 것을 추적하여, 실시간으로 방사선을 조정하는 호흡 동기화 방사선치료도 가능하다. 이처럼 방사선 치료는 기술의 정밀성, 안전성, 치료 효율성 모두를 고려해 끊임없이 진화하고 있으며, 앞으로도 암 치료의 핵심 축으로 그 중요성이 계속 확대될 것으로 기대된다.