▲온열치료 전문가 강상만 칼럼니스트
오늘 칼럼에서는 국내 의료현장에서 가장 많이 보급된 국소 부위 암치료에 사용하고 있는 정전용량(Capacitive Coupling)방식의 고주파 온열치료기의 기계적 특성과 안테나(Antenna Coupling / Radiative Coupling)방식의 고주파 온열치료기의 기계적 특성 그리고 또 다른 형태의 온열치료기인 마그네틱 유도방식(Magnetic inducing) 또는 나노입자(Nano Particular)방식의 온열치료기에 대한 특성 비교를 살펴보고자 한다.
먼저, 국내에서 가장 많이 사용 중인 정전용량 방식의 온열 암 치료기는 13.56MHz 반송주파수를 이용한다. 동일한 주파수를 사용하지만, 기계별로 탑재된 출력은 최소 150와트(W), 200와트(W), 300와트(W), 350와트(W) 및 600와트(W)까지 다양하며 전압에 의한 주파수, 즉 신호를 방출하는 전극의 대다수는 상부 전극에서만 발사하고 반대편에 있는 전극이나 침대 형태의 판에서는 신호를 반사시켜 전류를 흐르게 한다. 600와트(W) 고출력을 탑재한 하이딥600WM는 정전용량방식 장비 중 유일하게 양쪽 전극 모두에서 무선 신호를 발사한다. (또다른 고출력 정전용량 방식으로는 1,500W의 출력과 8MHz 주파수를 사용하는 써모트론이 있으나 사용 주파수가 달라 비교 설명에서 예외로 두겠다.)
[그림1] 정전용량방식(capacitive)의 전극의 조합에 따른 목표 부위 가온 방법
양전극 정전용량 방식의 가장 큰 장점은 [그림 1]과 같이 상하 전극의 사이즈 조합에 따라 가온 부위를 쉽게 조절할 수 있다는 점이다.
[사진 1] 자기유도방식의 온열치료
자기유도 또는 나노 입자 방식의 기기는 아래 [사진1]과 같이 "자성 철-산화 나노 입자(1ml당 17경)를 종양에 직접 주입한 뒤, 기계를 가동하여 빠르게 변화하는 자기장이 나노 입자를 활성화시켜 열을 발생시키는 원리이다. 자기장 주파수는 초당 100,000회의 변경을 거듭하며 100kHz주파수 대역에서 100-500암페어(2-18kA/m)의 출력 에너지를 인체에 적용하게 된다.
[사진 2] 안테나방식의 온열치료
안테나 방식의 장비는 [사진 2]처럼 환부를 감싸기 위해 다양한 크기의 어플리케이터를 해당 위치에 배치한다. 환자 피부와 맞닿는 체임버(chamber) 내부에 물을 채워 환자의 신체를 고정시키고 피부 표면을 냉각시키는 역할을 한다. 4채널 증폭기가 쌍으로 마주 보는 안테나에 연결되고 각 채널은 위상(Phase), 진폭(Altitude) 및 전력(Watt)을 조정하며 가온한다.
안테나 방식에서 사용하는 주파수는 정전용량 방식에서 사용하는 주파수 영역대(8MHz 혹은 13.56MHz)에 비해 훨씬 높은 75MHz~140MHz 대역의 고주파(High Frequency)를 이용하며 탑재된 출력은 각 안테나 채널에 분배하기 위하여 최대 2,000와트(W)까지의 고출력을 갖춘다.
안테나 방식은 인체의 병변에 초점을 맞추기 위한 위상(Phase)과 출력 발생을 위한 진폭(Altitude)에 따른 매개변수 조정이 가장 큰 관건이다. [사진 2]의 우측을 참고해 보면 각각의 안테나 위상을 조절하여 관심표적(ROI)에 초점을 맞추고 안테나별로 출력을 조정해야 하기 때문이다. 이는 조직의 구조 등 다른 감쇠(Attenuation) 요인으로 인한 상호작용이나 다른 파동과의 간섭 또는 중첩 그리고 다른 안테나와 케이블 간에 반사로 인한 조직의 핫스팟(Hot Spot)을 경계해야 하는 이유가 될 수 있다.
이제 위에서 설명한 세 가지 온열치료 방식에 대한 유효성과 제약점을 따져보자.
[표 1] 세가지 장비의 유효성과 제약점
[표 1]의 내용을 살펴보면, 우선 비만 환자/지방조직 층 측면에서 안테나 방식은 문제가 있지만 영향이 덜하다고 볼 수 있으며, 정전용량 방식은 2cm 이상의 지방층이 있는 경우 방법의 제한 가능성 때문에 이를 해결할 기기의 추가적인 기능이 요구된다.
둘째, 에너지 입력을 제한하는 핫스팟(Hot Spot)의 발생 측면에서 보면, 안테나 방식은 조직 및 장기에 상당히 제한적일 수 있다, 이를 위하여 열이 집중되지 않도록 위상과 진폭의 조정이 필요하며 가장 정확한 가온을 위해서는 MRI가 해당 부위의 열 측정(Thermography)을 하는 것이다. 정전용량방식의 경우, 지방층에서 열이 정체될 수 있어 이 부분에 대한 핫스팟(Hot Spot)을 주의해야 한다. 자기유도 방식의 경우, 주입한 나노 입자가 정확하게 가온 부위에 위치하지 않을 경우 입자에서 보다 많은 열로 인하여 문제가 될 수 있다.
셋째, 낮은 표면/피부 열 내성으로 인한 제한 사항 측면에서 보면, 안테나 방식은 극복 가능하며 정전용량 방식은 쉽게 극복할 수 있는 것으로 분석했다. 자기유도 방식은 나노 입자가 주입된 부위에서만 가온 되므로 문제가 없는 것으로 나타났다.
넷째, 세 가지 방식의 온열치료 모두 변화하는 혈류로 인한 불규칙성을 공통적으로 가지고 있다.
다섯째, 치료 중 환자의 움직임 측면에서 안테나 방식은 환자의 움직임은 피해야 하지만 정전용량 방식과 자기유도 방식은 문제가 없다고 조사됐다.
여섯째, 도표에서조차 어려움을 밝힌 온도 모니터링 측면에서 안테나 방식 및 자기유도방식은 온도 모니터링의 필요성이 높고 정전용량 방식의 경우 온도 모니터링 필요성은 보통이라고 전하고 있다.
끝으로, 부유 입자 또는 잘못된 위치에 있는 입자의 위험성 측면에서 자기유도 방식은 잠재적인 심각한 문제가 있다고 보았다.
또한, 원치 않은 핫스팟(Hot Spot)이나 과도한 가온(Overheating)을 피하고자 안전성 측면에 세 가지 방식의 장비에 대해 비교해 보자.
[표 2] 세가지 온열치료 방식의 안전성 비교
[표 2]를 살펴보면,
첫째, 사전 개별 치료 계획 수립 여부 측면에서 안테나 방식은 사전 치료 계획 수립을 권장하며, 정전용량 방식은 필요치 않고, 자기유도 방식은 개별적인 사전 치료 계획이 필수적이다.
둘째, 안테나 방식과 자기유도 방식에서 온도 감시는 필수적이며, 정전용량 방식의 경우 온도 감시가 권고하는 수준이다.
셋째, 안테나 방식과 정전용량 방식은 환자 피드백 문의가 필수적이고 자기유도 방식의 경우 비필수적이다.
마지막으로, 처음 제시된 두 가지 고려 사항(개별적인 사전 치료계획과 온도 감시)을 대체할 만한 기술적 경험과 사용자의 일반적인 경험 측면에서 안테나 방식은 장비 조작에 상당한 경험의 필요성을 요구하는 반면, 정전용량 방식의 경우 수용할 만할 정도이고 자기유도 방식은 수용이 불가한 수준이다.
이에 더하여, 항암요법 및 방사선 요법 등 다른 치료법과 병용할 경우 세 가지 방식 모두 상호작용이 더욱 복잡해지고 매우 개별적인 많은 경우의 수가 발생할 수 있을 것이다.
이상으로 시판 중인 국소 부위 (심부를 목표로) 가온하는 세 가지 방식에 대한 특성 비교를 간단히 살펴보았다. 필자는 어떤 방식의 장비가 좋고 나쁨을 주장하기보다는 온열 암 치료를 수행하는 암 치료병원과의 상담 시, 고주파 온열 암 치료 장비의 기본적인 특성을 학술적 정보가 아닌 구전 정보를 토대로 매우 잘못된 이해를 하고 있는 분들이 많아 이를 바로잡고자 오늘의 주제를 전하게 되었다.
[그림 2]와 같이 온열 치료 중, 온도를 감시할 수 있는 검증된 여러가지 방법이 있다. 장비의 품질 보증과 온도 모니터링을 위해서는 온열 치료 중, 심부 온도를 측정하는 것이 가장 바람직할 것이다. 온도를 측정할 수 있는 방법에는 침습적인 온도 측정에서부터 최소 침습과 자연적 측정 등 다양한 방법이 있으며, 이용할 수 있는 측정기기는 RF 무선 센서, 광섬유 센서, 초음파, MRI 등이 있으며 아직 완전히 검증되지는 않았지만, 분광법(spectroscopy)을 이용하는 방법이 있다.
이미 시판 중인 어떤 고주파 온열 암 치료 장비의 경우, 정확성과 신뢰성을 요구하는 MRI나 선형가속기에 사용하는 고사양 디지털 제어시스템을 탑재해 고주파 신호와 출력을 제어하고 열량을 정확하게 산출하여 제공하여 침습적 심부 온도 측정에 준하는 데이터를 제공하는 장비도 있다.
[그림 2] 온열치료에서 심부 온도측정을 위한 여러 방법
위에 언급한 세 가지 방식의 온열 치료기기 중 자기유도 방식의 장비는 매우 고가이며, 각 대학의료기관에서 지속적인 연구 중이다. 안테나 방식의 온열 치료기의 경우 고가이기는 하지만 가온 영향력이 크게 중첩되는 목표 부위의 핫 스팟을 피하기 위해 MRI를 통한 온도 측정(Thermography)이 갖춰질 경우 매우 품질 높은 온열 치료가 가능하다.
정전용량 방식은 기기에 장착된 출력을 국제 학회에서 권고하는 효과적인 치료 기준에 충족할 수 있도록 최대 600와트로 높일 필요가 있으며 동시에 피부 및 지방층 보호를 위하여 5~8℃까지 온도를 내릴 수 있는 냉각(Cooling)시스템이 필수적이다.
이밖에 온열 치료기를 종양 임상에 적용하는 데 있어서 적응증의 범위가 제한적인지, 장비 가격은 합리적인지, 환자의 치료 편리성 및 순응도는 좋은지, 사용자 친화적인지 등 병원 실정에 맞는 합리적 기기인지를 잘 고려하여야 함이 매우 중요하다고 하겠다.
의료기기는 안전성과 유효성이 지속적으로 임상에서 검증된 오리지널 의약품과 다르다. 의료기기는 수십 년 전에 개발 적용된 과거 기술을 답습하기보다는 과학 기술의 발달에 맞추어 보다 진전된 최신 기술을 탑재하고 치료 효과와 안전성을 검증해야 할 것이다. 또한, 암 치료라는 진정성 있는 목표를 가진 치료 장비라면, 끊임없는 임상 연구를 수행하며 보고하고, 치료 효과 입증과 다양한 적응증에 기반 근거를 마련해 나가야 한다는 것이 필자의 주장이다.
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