외부방사선치료편집자 확인

방사선이 생물체에 미치는 주요 효과는 DNA 분자의 직접적 또는 간접적 손상을 유발하는 것이다. 직접 효과는 고에너지 방사선이 DNA 분자 자체와 상호작용하여 결합을 끊거나 변형을 일으키는 것이고, 간접 효과는 방사선이 세포 내 물 분자를 이온화시켜 활성 산소 종(활성산소)을 생성하고, 이들이 DNA를 공격하여 손상을 초래하는 것이다. 이로 인해 DNA의 이중 가닥이 절단되는 등 심각한 손상이 발생하면, 세포는 세포사멸에 이르거나 증식 능력을 상실한다.

방사선에 의한 세포 사멸은 주로 세포 분열 과정에서 나타난다. 방사선 조사 후 세포는 분열을 시도하다가 손상된 염색체가 분리되지 못하고 사멸하는 경우가 많다. 이는 정상 세포보다 빠르게 분열하는 암세포가 방사선 치료에 더 취약한 주요 원인이 된다. 치료 효과는 일반적으로 흡수된 방사선량에 비례하며, 이를 정량화한 단위가 그레이(Gy)이다.

치료 목표는 암세포의 DNA에 치명적인 손상을 축적시키는 동시에 주변 정상 조직의 손상을 최소화하는 것이다. 이를 위해 총 방사선량을 여러 번에 나누어 조사하는 분할조사 방식을 사용한다. 분할 조사는 정상 세포가 손상 사이에 회복할 시간을 주어 치료의 안전성을 높이는 핵심 원리이다. 방사선 생물학의 "4R" 개념[3]은 분할 조사 치료 계획을 수립하는 데 중요한 이론적 기초를 제공한다.

방사선 치료의 근본 원리는 정상 세포와 암세포가 방사선에 반응하는 회복 능력의 차이를 이용하는 것이다. 일반적으로 암세포는 정상 세포에 비해 방사선에 대한 민감도가 더 높은 경향을 보인다. 이는 암세포가 빠르게 분열하고 성장하며, DNA 손상 복구 기전이 상대적으로 불완전하기 때문이다. 방사선은 세포의 DNA에 직접적 또는 간접적(활성산소종 생성 통해) 손상을 유발하여 세포 사멸을 초래한다. 분열이 활발한 암세포는 이 손상을 효과적으로 수리하지 못해 사멸에 이르는 반면, 대부분의 정상 세포는 더 효율적으로 DNA를 복구하고 생존할 가능성이 높다.

치료는 이 민감도 차이를 극대화하기 위해 하루에 일정량의 방사선을 여러 차례에 나누어 조사하는 분할조사 방식을 주로 사용한다. 이 방식은 네 가지 주요 생물학적 원리, 즉 재산소화, 재분포, 재생, 재수리에 기반한다. 치료 간격 동안 정상 세포는 암세포보다 더 빠르고 효과적으로 손상을 수리(재수리)하고 재생할 수 있다. 또한, 암 조직 내 산소 농도가 낮은(저산소) 세포는 방사선에 강한 저항성을 보이지만, 분할조사 과정에서 종양이 수축하고 혈류가 개선되면 이들 세포가 재산소화되어 후속 방사선 조사에 더 취약해질 수 있다.

그러나 모든 정상 세포가 암세포보다 방사선에 강한 것은 아니다. 신체 내에서도 빠르게 분열하는 정상 조직, 예를 들어 골수, 점막, 피부, 생식세포 등은 방사선에 비교적 민감하다. 따라서 방사선 치료의 성패는 암세포와 이러한 정상 세포 간의 치료 효과 차이, 즉 치료비를 얼마나 넓힐 수 있느냐에 달려 있다. 현대의 정밀 방사선 치료 기술은 고에너지 방사선의 물리적 특성과 정교한 조사 계획을 통해 정상 조직에 대한 조사량을 최소화하면서 종양에 대한 선량을 극대화함으로써 이 치료비를 개선하는 데 주력한다.

선형가속기는 외부방사선치료에 가장 널리 사용되는 핵심 장비이다. 이 장비는 전자에 고에너지를 가속시켜 고에너지 엑스선 또는 전자선을 생성하여 암 조직에 조사한다. 치료실 내에 설치된 대형 장비로, 치료 시 환자 주위를 회전하며 다양한 각도에서 방사선을 조사할 수 있는 가동형 암(거더)을 갖추고 있다.

선형가속기의 주요 구성 요소는 전자총, 가속관, 조사장치, 그리고 치료계획을 실행하는 제어 시스템이다. 전자총에서 발생된 전자는 가속관 내에서 마이크로파의 에너지를 받아 빛의 속도에 가깝게 가속된다. 이 고속 전자는 조사장치에서 표적(보통 텅스텐)에 충돌해 치료용 엑스선을 생성하거나, 전자선으로 직접 조사된다. 생성된 방사선 빔은 콜리메이터와 다엽조준기 등의 장치를 통해 암의 형태에 정확히 맞게 형성된다.

치료 에너지는 일반적으로 6 MeV에서 20 MeV 사이이며, 이는 체내 깊숙한 위치의 종양에도 충분한 선량을 전달할 수 있게 해준다. 선형가속기는 다양한 에너지의 엑스선과 전자선을 생산할 수 있어, 종양의 위치와 깊이에 따라 적절한 빔을 선택할 수 있다. 예를 들어, 피부에 가까운 표적에는 전자선이, 깊은 부위의 종양에는 고에너지 엑스선이 주로 사용된다.

현대의 선형가속기는 강도조절방사선치료나 체위고정장치 및 영상유도방사선치료 같은 고정밀 치료 기술을 구현하는 플랫폼 역할을 한다. 치료 전 콘빔 CT 같은 영상 장비로 촬영한 영상을 통해 정확한 위치를 확인하고 보정한 후 치료를 진행함으로써, 주변 정상 조직의 손상을 최소화하면서 종양에 고선량을 집중시키는 것이 가능해졌다.

강도조절방사선치료는 선형가속기에서 발생하는 방사선 빔의 강도를 치료 영역 내에서 공간적으로 변화시켜, 종양에 고선량을 집중시키면서 주변 정상 조직에 조사되는 선량을 최소화하는 고정밀 방사선 치료 기술이다. 기존의 2차원 또는 3차원 입체조형방사선치료가 균일한 강도의 방사선 빔을 사용한 것과 달리, IMRT는 다엽콜리메이터를 이용해 각 치료 방향에서 수많은 작은 세부 빔으로 나누고, 각 세부 빔마다 독립적으로 선량 강도를 조절한다.

이 치료법의 핵심은 역치료계획 최적화 알고리즘에 있다. 의사가 종양 표적 부위와 주변 위험 장기에 대해 원하는 선량 목표와 제한 조건을 입력하면, 컴퓨터 소프트웨어가 이를 만족시키는 최적의 세부 빔 강도 분포를 수천 번의 반복 계산을 통해 도출한다[4]. 그 결과, 종양의 형태가 불규칙하거나 중요한 장기(예: 척수, 타액선, 직장 등)에 매우 근접해 있는 경우에도 표적에 균일하고 높은 선량을 전달하면서 정상 조직을 보호하는 복잡한 선량 분포를 구현할 수 있다.

주요 적용 부위는 두경부암, 전립선암, 척추 및 골반 내 종양 등 구조가 복잡하고 주변에 방사선에 민감한 장기가 많은 곳이다. 특히 두경부암 치료에서는 타액선에 대한 선량을 크게 줄여 구강건조증 등 만기 부작용을 현저히 감소시켰다. 치료 실행을 위해서는 정밀한 체위고정장치와 치료 전 전산화단층촬영 영상을 이용한 위치 확인이 필수적으로 동반되며, 이는 종종 영상유도방사선치료 기술과 통합되어 운영된다.

체위고정장치는 환자가 매일 동일한 자세로 치료대에 누울 수 있도록 고정하는 장치이다. 주로 치료 부위에 따라 맞춤형 열가소성 마스크, 배게, 바디 프레임 등을 사용한다. 이는 치료 중 환자의 움직임을 최소화하여 방사선이 정확하게 표적 부위에 조사되도록 보장하는 핵심 요소이다.

영상유도방사선치료는 치료 직전 또는 치료 중에 콘빔 CT나 초고선량 X선을 이용해 영상을 획득하여 환자의 정확한 위치와 표적의 위치를 확인하는 기술이다. 획득한 영상을 치료 계획 시 만들어진 기준 영상과 비교하여 위치 오차를 측정하고, 필요시 치료대를 이동시켜 오차를 보정한 후 치료를 진행한다.

이러한 기술의 도입으로 인해 치료 표적에 대한 정확도가 크게 향상되었고, 그 결과 정상 조직에 대한 불필요한 조사량을 줄이면서 표적 부위에는 더 높은 선량을 안전하게 전달할 수 있게 되었다. 특히 움직이는 장기인 폐나 전립선 암 치료, 또는 척추 근처의 정밀한 치료에서 그 효과가 두드러진다.

치료 계획 수립 단계, 일반적으로 시뮬레이션이라고 불리는 과정은 외부방사선치료의 핵심 준비 단계이다. 이 과정의 목표는 종양에 최적의 방사선량을 전달하면서 주변 정상 조직을 최대한 보호하는 상세한 치료 계획을 만드는 것이다. 환자는 먼저 치료 시와 동일한 자세로 체위고정장치에 안치된다.

치료 계획을 위한 영상 정보를 얻기 위해 전산화단층촬영(CT) 스캔이 가장 일반적으로 사용된다. CT 영상은 환자의 해부학적 구조와 종양의 3차원적 위치, 크기, 모양을 정확하게 보여준다. 필요한 경우 자기공명영상(MRI)이나 양전자방출단층촬영(PET) 영상이 융합되어 종양 범위를 더 정교하게 정의하는 데 활용된다. 이렇게 획득된 영상 데이터는 치료 계획 시스템(TPS)으로 전송된다.

방사선종양학과 의사는 영상에서 종양 부위와 주변 주요 장기들을 정밀하게 구획화한다. 이어서 의사가 처방한 목표 방사선량을 바탕으로 의학물리사가 치료 계획 시스템을 이용해 최적의 치료 계획을 수립한다. 이 과정에서는 여러 각도에서 조사되는 방사선빔의 경로, 모양, 세기 등을 조정하여 원하는 선량 분포를 만들어낸다. 완성된 계획은 의사와 물리사가 함께 검토하고 승인한 후, 실제 치료에 사용된다.

치료 계획이 확정되면 실제 치료가 시작된다. 환자는 일반적으로 매일 같은 시간에 방사선 치료실을 방문하며, 주 5일 치료를 받는 것이 일반적이다. 전체 치료 기간은 암의 종류와 목표 선량에 따라 1주일에서 7주 이상까지 다양하다.

치료 실행 시 환자는 치료 계획 시뮬레이션과 동일한 체위를 취하기 위해 체위고정장치를 사용한다. 치료사는 레이저 정렬과 디지털 영상을 통해 환자의 위치를 정밀하게 조정한다. 선형가속기는 치료실 외부의 조종실에서 원격으로 작동되며, 치료사는 모니터와 인터콤을 통해 환자 상태를 모니터링한다. 실제 방사선 조사 시간은 보통 1회에 5분에서 15분 정도 소요되지만, 체위 설정과 영상 확인을 포함한 전체 치료실 체류 시간은 더 길다.

치료 관리의 핵심은 안전성과 정확성을 유지하는 것이다. 치료팀은 주기적으로 영상유도방사선치료를 수행하여 치료 중 발생할 수 있는 장기 이동이나 체형 변화를 보정한다. 또한, 치료 중 환자에게서 발생하는 산란선을 모니터링하고, 장비의 출력과 빔의 균일성을 정기적으로 점검하는 품질 보증 프로그램이 필수적으로 운영된다[5].

치료 기간 동안 방사선종양학과 의사는 정기적으로 환자를 진찰하여 치료 반응과 급성 부작용을 평가한다. 피부 반응, 피로, 식욕 부진 등이 흔히 나타날 수 있으며, 이에 대한 증상 완화 및 지지 치료가 병행된다. 치료 종료 후에도 정기적인 추적 관찰을 통해 치료 효과와 만기 부작용을 평가한다.

두경부암은 구강, 인두, 후두, 침샘, 비강, 부비동 등 머리와 목 부위에 발생하는 다양한 악성 종양을 포괄하는 용어이다. 이 부위는 해부학적으로 매우 복잡하고 중요한 기능을 담당하는 장기들이 밀집해 있어, 외부방사선치료는 기능 보존을 목표로 하는 중요한 치료 옵션으로 자리 잡았다.

치료는 주로 선형가속기를 이용한 강도조절방사선치료가 표준으로 사용된다. 이 기술은 고에너지 엑스선을 종양에 집중시키면서 주변의 정상 조직(예: 타액선, 척수, 시신경 등)에 조사되는 방사선량을 최소화한다. 치료 전 체위고정장치를 이용해 환자의 머리와 목을 고정하고, 영상유도방사선치료를 통해 매일 치료 시 정확한 위치를 확인하며 진행한다.

치료 계획은 종양의 위치와 병기, 조직학적 유형에 따라 달라진다. 초기 병변의 경우 방사선치료 단독으로 완치를 기대할 수 있으나, 진행된 병변에서는 항암화학요법과 동시에 시행하는 동시항암화학방사선치료가 표준 치료가 된다. 일부 경우에는 수술 전 또는 후에 보조적 목적으로 방사선치료가 시행되기도 한다.

두경부암 방사선치료의 주요 급성 부작용으로는 점막염, 구강건조증, 연하곤란, 미각변화, 피부 반응 등이 있다. 이러한 부작용은 적극적인 지지 치료와 영양 관리로 조절한다. 만기 부작용으로는 타액선 기능 저하에 따른 지속적인 구강건조증, 갑상선 기능 저하증, 턱뼈 괴사 등이 있을 수 있어 장기적인 추적 관찰이 필요하다.

유방암의 외부방사선치료는 종양 절제술(루멘절제술 또는 유방전절제술) 후 가장 흔히 시행되는 보조 치료법이다. 주된 목적은 유방 내 잔류 미세암세포를 제거하여 국소 재발 위험을 낮추고, 생존율을 향상시키는 것이다. 또한, 액와림프절에 전이가 있는 경우 해당 부위에도 방사선을 조사하여 치료 효과를 높인다.

치료는 일반적으로 수술 후 4~8주 내에 시작하며, 전체 유방에 대해 약 3~5주 동안 주 5회 조사하는 것이 표준적이다. 이후 종양이 있었던 부위(종양층)에 대해 추가로 집중 조사하는 '부스터 조사'를 1주 정도 더 실시하기도 한다. 최근에는 부분 유방 조사나 수술 중 단일 조사와 같은 단기 치료법도 선택적으로 적용된다.

치료 계획은 컴퓨터단층촬영(CT) 시뮬레이션을 통해 세밀하게 수립된다. 강도조절방사선치료(IMRT) 기술이 널리 사용되어, 유방 조직에는 균일한 선량을 전달하면서 심장과 같은 정상 장기는 최대한 보호한다. 특히 좌측 유방암 치료 시 심장과 좌심방에 조사되는 선량을 최소화하는 것이 매우 중요하다.

유방암 방사선치료의 주요 급성 부작용으로는 치료 부위의 피부 발적, 색소 침착, 피로감 등이 있다. 만기 부작용으로는 유방 조직의 경화나 위축, 매우 드물게 방사선 폐렴이나 이차성 암 발생의 가능성이 있다. 치료 효과는 매우 높아, 적절한 환자에서 국소 재발률을 절반 이상 감소시키는 것으로 알려져 있다.

폐암의 외부방사선치료는 주로 비소세포폐암의 경우 수술이 불가능한 국소 진행성 암이나, 소세포폐암의 경우 항암화학요법과 병행하여 시행됩니다. 치료 목표는 종양의 국소적 제어와 증상 완화에 있습니다. 특히 폐암은 호흡에 따른 장기의 움직임이 크기 때문에, 체위고정장치 및 영상유도방사선치료(IGRT)를 활용하여 정확한 조사가 필수적입니다. 강도조절방사선치료(IMRT)는 종양의 모양에 맞춰 방사선량을 조절하여 주변 정상 폐 조직의 피폭을 최소화하는 데 기여합니다.

복부암은 위암, 췌장암, 간암, 신장암 등 복강 내 다양한 장기에 발생하는 암을 포괄합니다. 이 부위의 치료는 주변에 방사선에 민감한 정상 장기(예: 소장, 간, 신장, 척수)가 많아 기술적 난이도가 높습니다. 췌장암과 같은 경우 수술 전 또는 후 보조요법으로, 또는 국소 진행성 병변의 치료를 위해 방사선치료가 활용됩니다. 간암 치료에서는 정밀 방사선 수술(SRS/SBRT) 기술이 발전하여, 제한된 개수의 작은 종양에 고선량을 집중 조사하는 방식이 적용되기도 합니다.

치료 시 고려사항을 비교하면 다음과 같습니다.

이러한 부위의 치료는 급성 부작용으로 피로, 치료 부위의 피부 반응, 식도염(폐암 치료 시), 구역질 및 복부 불편감(복부암 치료 시) 등이 발생할 수 있습니다. 치료 계획 수립 시 정상 조직 합병증 확률(NTCP) 모델 등을 참고하여 장기의 허용 선량을 엄격히 관리합니다.

치료 부위와 방사선의 용량, 조사 범위에 따라 다양한 급성 부작용이 나타날 수 있다. 이러한 부작용은 일반적으로 치료 시작 후 수일에서 수주 내에 발생하며, 대부분 치료 종료 후 수주에서 수개월 이내에 서서히 호전되는 경향을 보인다. 부작용의 발생은 주로 조사된 부위의 정상 조직이 방사선에 노출되어 발생하는 염증 반응에 기인한다.

피부 반응은 가장 흔한 급성 부작용 중 하나이다. 홍반이 먼저 나타나며, 이후 건성피부탈락이나 심한 경우 습성피부탈락이 발생할 수 있다. 점막에 영향을 주는 치료에서는 해당 부위의 점막염이 흔히 관찰된다. 예를 들어, 두경부 치료 시 구내염이나 인후통, 삼킴 곤란, 구강 건조증이 나타날 수 있으며, 복부나 골반 치료 시에는 식도염, 위염, 장염으로 인한 메스꺼움, 구토, 설사, 복통 등의 소화기 증상이 발생할 수 있다.

일반적인 전신 증상으로는 피로가 매우 흔하게 동반된다. 또한, 특정 부위 치료와 관련된 부작용도 있다. 예를 들어, 유방암 치료 시 유방의 부종과 통증, 피부 색소 침착이 나타날 수 있으며, 두경부나 뇌 치료 시 탈모가 발생할 수 있다. 폐암 치료 시에는 방사선성 폐렴으로 인한 기침이나 호흡곤란이 나타날 수 있다.

대부분의 급성 부작용은 증상에 따른 대증 치료로 관리 가능하다. 피부 관리를 위한 보습제 사용, 구내염 관리를 위한 구강 청결 및 진통제, 소화기 증상 관리를 위한 항구토제나 지사제 사용 등이 포함된다. 충분한 수분 섭취와 영양 공급, 적절한 휴식은 피로 관리와 전반적인 회복에 도움이 된다.

만기 부작용은 치료가 종료된 후 수개월에서 수년이 지나서 나타나는 부작용을 의미한다. 이는 방사선에 노출된 정상 조직의 손상이 누적되어 발생하며, 대부분 회복이 어렵거나 영구적인 특성을 지닌다. 부작용의 종류와 심각도는 조사된 부위, 총 선량, 분할 횟수, 환자의 개인적 요인에 따라 크게 달라진다.

주요 부작용으로는 방사선 조사 부위의 섬유화가 있다. 이는 조직이 딱딱해지고 탄력을 잃는 현상으로, 특히 유방이나 폐와 같은 장기에서 문제를 일으킬 수 있다. 림프부종은 림프관이 손상되어 팔이나 다리 등에 부종이 생기는 상태이다. 혈관 손상으로 인한 방사선성 혈관병이나 장기 기능 저하도 발생할 수 있으며, 예를 들어 심장 주변을 조사한 경우 후기에 심장막염이나 관상동맥질환의 위험이 증가할 수 있다.

또한 방사선 치료는 이차암 발생 위험을 약간 증가시킬 수 있다는 점이 알려져 있다. 이는 방사선이 정상 세포의 DNA를 손상시켜 후에 악성 변이를 일으킬 가능성 때문이다. 이러한 위험은 일반적으로 매우 낮지만, 젊은 환자나 장기 생존이 기대되는 경우 치료 계획 시 고려해야 하는 요소이다. 모든 만기 부작용을 예방하는 것은 어렵지만, 강도조절방사선치료와 같은 정밀 치료 기술의 발전으로 정상 조직에 대한 불필요한 조사를 최소화하여 그 위험을 줄이는 노력이 지속되고 있다.

외부방사선치료는 종종 단독으로 시행되기보다는 수술이나 항암화학요법과 병용되어 치료 효과를 극대화하는 경우가 많다. 이러한 병용 치료는 각 치료법의 장점을 결합하고 단점을 보완하여 국소적 제어율과 생존율을 높이는 것을 목표로 한다.

수술과의 병용은 크게 수술 전 방사선치료(선행 방사선치료)와 수술 후 방사선치료(보조 방사선치료)로 나뉜다. 선행 방사선치료는 수술 전에 종양의 크기를 축소시켜 절제를 용이하게 하거나, 미세한 암세포를 사멸시켜 수술 중 암세포의 파종을 줄이는 역할을 한다. 반면, 보조 방사선치료는 수술 후 잔류하거나 주변 림프절로 퍼졌을 가능성이 있는 미세 병변을 제거하여 국소 재발률을 낮추는 데 주로 사용된다. 유방암의 경우 종양 절제술 후 유방 보존을 위해, 두경부암이나 직장암의 경우 수술 후 고위험 인자가 있을 때 표준적으로 시행된다.

항암화학요법과의 병용은 방사선 민감도를 높이는 방사선감작제 역할을 하는 약물을 동시에 사용하는 경우를 말한다. 이는 두 치료법이 상승 작용을 일으켜 암세포 사멸 효과를 증강시키는 전략이다. 특히 방사선치료의 효과가 국소에 한정되는 반면, 항암화학요법은 전신에 효과를 미칠 수 있어, 국소 치료와 전신 치료를 동시에 수행할 수 있다는 장점이 있다. 폐암, 식도암, 자궁경부암 등에서 표준 치료법으로 자리 잡았다. 병용 시에는 방사선에 의한 국소 부작용과 항암제에 의한 전신적 부작용이 동시에 나타나거나 악화될 수 있어, 환자 상태를 세심하게 관리하는 것이 중요하다.

외부방사선치료와 내부방사선치료(근접치료)는 모두 방사선을 이용해 암세포를 파괴하는 치료법이지만, 방사선원의 위치와 적용 방식에서 근본적인 차이를 보인다.

가장 큰 차이는 방사선원이 환자 신체의 외부에 있는지 내부에 있는지이다. 외부방사선치료는 선형가속기 같은 장비에서 생성된 고에너지 방사선을 몸 밖에서 조사한다. 반면, 내부방사선치료는 방사성 물질을 캡슐, 와이어, 구(球) 형태로 만들어 종양 내부 또는 매우 가까운 곳(강내 근접치료)이나 종양이 있었던 공간(강내 접종치료)에 일시적 또는 영구적으로 삽입한다. 이로 인해 방사선이 암 조직에 집중되고 주변 정상 조직에 노출되는 양이 줄어드는 특징이 있다.

치료의 적용 범위와 목적도 다르다. 외부방사선치료는 비교적 넓은 범위를 치료하거나 수술 전/후의 보조 치료로 널리 사용된다. 내부방사선치료는 주로 국소적인 종양, 특히 전립선암, 자궁경부암, 유방암(부분 유방 조사), 식도암 등 특정 부위에 고선량의 방사선을 정밀하게 전달할 때 선호된다. 치료 기간을 비교하면, 외부방사선치료는 보통 매일 일정량씩 수주에 걸쳐 진행되는 반면, 내부방사선치료는 고선량률 치료의 경우 수분에서 수일 내에 완료될 수 있다.

두 방법은 상호 배타적이지 않으며, 종양의 종류, 위치, 병기, 환자 상태에 따라 단독으로 또는 서로 병용되어 사용된다. 예를 들어, 자궁경부암 치료에서는 외부방사선치료와 내부방사선치료를 병용하는 것이 표준 치료법 중 하나이다.

입자치료는 양성자 또는 탄소이온과 같은 하전 입자를 가속하여 암 조직에 조사하는 고에너지 방사선 치료 기술이다. 기존의 광자나 전자를 사용하는 선형가속기 기반 치료와 근본적으로 다른 물리적 특성을 가진다. 가장 큰 차이는 브래그 피크 현상으로, 입자가 신체 내 특정 깊이에서 최대 에너지를 방출한 후 급격히 에너지가 감소한다는 점이다. 이로 인해 종양 뒤쪽의 정상 조직에 거의 에너지가 전달되지 않으며, 종양 앞쪽의 조직에도 비교적 낮은 선량이 흡수된다.

주요 입자치료 유형은 양성자 치료와 중이온(주로 탄소이온) 치료로 구분된다. 양성자 치료는 상대적으로 널리 보급되었으며, 특히 소아암, 두개저 종양, 척추 주변 종양 등 정상 조직의 방사선 노출을 최소화해야 하는 경우에 유리하다. 탄소이온 치료는 양성자보다 더 무거운 입자를 사용하여 상대생물학적효과(RBE)가 높고, 산소효과의 영향을 덜 받아 저산소 상태의 암세포에도 효과적이라는 장점이 있다. 그러나 장비 규모와 비용이 훨씬 크다는 제한점이 있다.

이 치료법의 도입은 전통적으로 치료가 어려웠거나 주변 정상 조직의 손상 위험이 높은 여러 암의 치료 가능성을 넓혔다. 그러나 장비 구축 및 유지 비용이 매우 고가이며, 치료 센터의 수가 제한적이라는 현실적인 장벽이 존재한다. 따라서 현재는 경제성과 임상 효용성을 고려한 엄격한 적응증 기준에 따라 환자를 선별하여 적용한다. 최근에는 회전 갠트리 기술의 발전으로 치료 범위가 확대되고, 치료 시간이 단축되는 등 기술적 진보가 지속되고 있다.

정밀 방사선 수술(SRS)과 체부정위방사선치료(SBRT)는 고정밀, 고선량의 방사선을 소수의 치료 횟수로 집중 조사하는 첨단 외부방사선치료 기술이다. 이들은 기존의 일반적 외부방사선치료가 수 주에 걸쳐 분할 조사하는 방식과 달리, 1회에서 5회 내외의 적은 횟수로 치료를 완료한다는 특징을 지닌다. 공통적으로 매우 정교한 체위고정장치와 실시간 영상유도방사선치료 기술을 활용하여, 치료 중 환자나 종양의 미세한 움직임까지 보정하며 표적에만 방사선을 집중시킨다.

SRS는 주로 두개강 내의 비교적 작은 병변을 치료하는 데 사용된다. 대표적인 적응증으로는 청신경초종, 뇌수막종, 뇌전이암 등의 양성 및 악성 종양, 그리고 뇌동정맥기형이 있다. 역사적으로는 감마나이프[8]라는 특수 장비로 시작되었으나, 현재는 다수의 아크를 이용하는 사이버나이프나 특수 콜리메이터를 장착한 선형가속기를 통해서도 광범위하게 시행된다. SBRT는 SRS의 원리를 체부(몸통) 종양에 적용한 것으로, 폐암, 간암, 척추전이암, 전립선암 등에 사용된다.

이 치료법의 핵심 장점은 높은 국소병변조절률과 짧은 치료 기간이다. 고선량의 방사선을 정확히 종양에 전달함으로써 종양 세포에 치명적인 손상을 주면서, 주변 정상 조직의 피폭을 최소화한다. 이로 인해 전통적인 방사선치료보다 치료 효과는 높거나 유사하지만, 치료 기간이 획기적으로 단축되어 환자의 편의성이 크게 향상된다. 그러나 고선량 집중 조사의 특성상, 표적 주변의 방사선 선량이 급격히 감소하는 매우 가파른 선량 구배를 형성해야 하므로, 치료 계획과 실행에 있어 극도의 정확성이 요구된다.

치료 시 고려해야 할 주요 점은 적절한 환자 선정이다. 병변의 크기와 위치, 주변 주요 장기와의 관계가 매우 중요하다. 또한 호흡에 따라 움직이는 폐나 간의 종양을 치료할 때는 호흡을 동기화하는 기술이 필수적으로 적용된다. 이러한 정밀 치료의 발전은 수술이 어렵거나 고령 등으로 내과적 치료만으로는 국소 조절이 힘든 환자들에게 중요한 치료 옵션을 제공한다.