1. 서론 방사선에 의한 피폭선량의 문제 제기는 국제방사선방어위원회(ICRP)의 선량 제한 권고로부터 시작하여 국내외에 이미 많은 연구가 보고 되었는데 현재 우리나라는 “진단용 방사선 발생장치의 안전관리에 관한규칙”에 의거 관리 되고 있다. 일반적으로 진단용 X선관에서 방출되는 X선 에너지는 연속 spectrum으로 인체를 투과하지 못하는 저 에너지부터 영상의 Contrast를 저해하는 고 에너지 성분까지 다양한 에너지 분포를 내포하는데, 저 에너지 성분은 영상 형성에는 기여하지 못하고 피사체에서 흡수되어 환자 피폭의 원인만 되므로 이러한 성분을 제거하는데 효과적으로 Filter(여과기)란 것을 사용 한다 여기서 영상의 화질과 환자 피폭선량에 가장 큰 영향을 미치는 것은 선질(HVL로 표시)이란 것인데 이 선질은 관전압과 부가필터에 의해 절대적 영향을 받는 것이므로 올바른 필터 사용과 관전압의 적절한 조절은 피폭선량 감소에 큰 기여를 할 것이다. 현재 우리가 가장 많이 이용하고 있는 Al Filter는 1968년 방사선 방어 및 측정에 관한 미국 협회(NCRP)에서 70kVp 정도의 관전압 사용 시 필터 효과를 토대로 2.5mm Al Filter사용을 적극 권고하면서부터 가장 널리 이용되어 왔다. 그 후 ...
1. 서론 방사선에 의한 피폭선량의 문제 제기는 국제방사선방어위원회(ICRP)의 선량 제한 권고로부터 시작하여 국내외에 이미 많은 연구가 보고 되었는데 현재 우리나라는 “진단용 방사선 발생장치의 안전관리에 관한규칙”에 의거 관리 되고 있다. 일반적으로 진단용 X선관에서 방출되는 X선 에너지는 연속 spectrum으로 인체를 투과하지 못하는 저 에너지부터 영상의 Contrast를 저해하는 고 에너지 성분까지 다양한 에너지 분포를 내포하는데, 저 에너지 성분은 영상 형성에는 기여하지 못하고 피사체에서 흡수되어 환자 피폭의 원인만 되므로 이러한 성분을 제거하는데 효과적으로 Filter(여과기)란 것을 사용 한다 여기서 영상의 화질과 환자 피폭선량에 가장 큰 영향을 미치는 것은 선질(HVL로 표시)이란 것인데 이 선질은 관전압과 부가필터에 의해 절대적 영향을 받는 것이므로 올바른 필터 사용과 관전압의 적절한 조절은 피폭선량 감소에 큰 기여를 할 것이다. 현재 우리가 가장 많이 이용하고 있는 Al Filter는 1968년 방사선 방어 및 측정에 관한 미국 협회(NCRP)에서 70kVp 정도의 관전압 사용 시 필터 효과를 토대로 2.5mm Al Filter사용을 적극 권고하면서부터 가장 널리 이용되어 왔다. 그 후 구리(Cu) 및 주석(Sn) 등의 금속을 이용하였고, X선의 실효에너지를 증가시키기 위해서 관전압을 높이는 것보다 금속의 부가필터를 삽입하는 것이 효과적이란 것을 알고 나서는 각종 원소를 소재로 한 부가필터의 연구가 계속 진행 중에 있다. 많은 실험에 의해 Al Filter보다 더 효과적인 필터를 찾고 있는데, 지금까지의 연구결과 Nb이나 Nb+Al 복합Filter가 Al Filter에 비해 60~120kVp에서 ESE(표면 입사 선량)이 20~30% 정도 줄어드는 것으로 알려져 있다. 본 실험에서는 Nb과 Nb+Al Filter에 대한 연구처럼 X-ray Tube에 걸리는 부하량(Tube Loading)은 크게 증가시키지 않으면서도 이용하려는 에너지 범위에서 적절한 여과를 함으로서 환자의 표면 피폭선량을 획기적으로 줄일 수 있는 물질을 찾고자 하였다. 즉 여러 종류의 여과물질 중에서 쉽게 구입할 수 있는 Cu, Ni, Cawo4, Gd+Ba를 구하여 이러한 새로운 물질들이 환자 표면 피폭선량과 Tube Loading에 어떠한 영향을 미치는가를 기존의 Al필터와 비교하기위해 관전압 변화, 조사선량 변화, 동일한 농도를 내는데 필요한 관전류량을 변화시키면서 표면 피폭선량의 경감효과를 알아보았다. 2. 본론 1.실험 장비 및 재료 1) X선 발생 장치 (1) generator listem社 DONGA DXG325R 단상전파정류방식 (2) X-ray tube : TOSHIBA ROTANODE E7239X ① Target : W(텅스텐) ② Type : rotating anode type ③ Focus size : large 2.0mm, small 1.0mm ④ Target angle : 16° (3) 실험에 사용된 재료 ① 아크릴팬텀(흡수체): 10cm ② Filter 재질 : Al, Cu, Ni, CaWO4, Gd+Ba 2) 측정 장비 (1) Multi-Function Metter RMI Co. Model 240A로 kVp, mA, mAs를 간단히 측정 할 수 있어 X선 발생장치의 재현성과 지시치의 정확성을 알 수 있으므로 편차를 교정하는데 사용. (2) 선량계 조사선량을 측정하는 측정기로 Chammber - 5cc를 사용하였으며 Reader기로는 CII社 CAPINTEC MODEL174를 사용. (3) 형광량계 피사체를 투과하고 나온 선량을 형광량으로 측정하는 출력 형광량계로( Flouresence meter) TORE. Co., EY - 1002D를 이용. 3. 실험 방법 1) 두께 10cm인 아크릴 팬텀을 조사야 30×30cm로 한 후 선량계와 형광량계를 그림과 같이 동시에 배치한다. 그림3-1 표면선량감소율과 투과 후 형광량을 측정하기위한 실험 배치도 2) Data 산출 (1) 관전압을 60kVp, 160mAs로 부가 여과판 없이 X선을 조사한 다음 선량(D)과 형광량(F)을 기록한다. (2) 준비된 부가여과판을 0.5mm 간격으로 늘려가며 동일조건으로 촬영한다. (3) 80kVp에 80mAs, 100kVp에 60mAS, 120kVp에 50mAs에서도 동일한 방법으로 측정한다.(Filter별 각 10회 측정) (4) 피사체 표면 입사선량은(SD) 후방산란선의 영향을 줄이기 위해 피사체로부터 20cm 공간을 두고 측정한 후 거리 역자승의 법칙으로 환산했다. (5) 부가 여과판이 없을 때의 SD/F 비(Ratio)를 100으로 하고 부가 여과판이 있을 때의 SD/F 비를 상대적인 값으로 구한다. (6) Filter가 없을 때의 SD/F 비를 100으로 했을 때 Filter를 사용했을 때의 SD/F비를 상대적인 %로 나타낸다. (7) SD/F비가 100일 때 선량감소효과를 0으로 하고 부가 여과판이 있을 때의 SD/F비 값을 구하여 상대적인 선량감소효과를 %로 표시한다. (7) 부가 여과판이 없을 때의 출력 형광량에 대한 부가 여과판이 있을 때의 출력형광량의 비를 근거로 Tube Load 증가 비를 산출하였다. 4. 결과 1. Filter 종류와 두께에 따른 표면선량감소율(%) 두께에 따른 표면선량감소율 그래프에서는 Al filter가 두께가 증가함에 따라 2).동일한 Tube loading에서의 Filter별 표면선량감소율 동일한 Tube loading에서 동일한 형광량을 내는 Filter 두께를 알아본 후 그 필터에서의 선량감소효과를 비교해 보았다완만한 곡선을 가지고 표면선량감소율이 증가하였고 Cu Filter 에서는 두께 증가에 따른 표면선량감소율이 상대적으로 더 많이 나타났다. Ni Filter 에서는 Al filter보다 더 많은 선량감소효과를 보였고, Ba+Gd, CaWO4에서는 완만한 그래프를 보여 Al 과 비슷한 수치를 나타냈다. 원자 번호가 높을수록 선량감소효가 크게 증가하였고 같은 재질에서는 관전압이 증가할수록 표면선량감소율이 낮아졌다. 2.동일한 Tube loading에서의 동일한 형광량을 내는 Filter별 두께와 표면선량감소율 현재 진단영역에서 사용하고 있는 총 여과 2.5mmAl(부가여과 2.0 mmAl) filter를 사용했을 때에 발생되는 형광량을 기준으로 동일한 형광량을 내는 각 재질별 두께와 선량감소효과를 알아보았다. 1) 동일한 형광량을 내는 Filter별 두께 위의 표 2-7, 표 2-8, 표 2-9, 표 2-10, 표 2-11에서 60kVp, 80kVp, 100kVp, 120kVp 관전압에 2.0mmAl filter일 때의 형광량과 동일한 형광량을 내는 CaWO4, Gd+Ba, Ni, Cu의 두께를 구해서 그래프를 그리면 다음과 같다. 2).동일한 Tube loading에서의 Filter별 표면선량감소율 동일한 Tube loading에서 동일한 형광량을 내는 Filter 두께를 알아본 후 그 필터에서의 선량감소효과를 비교해 보았다 3.각 관전압에서 Filter별 Tube load 증가비 동일한 조건에서 부가 Filter를 사용하지 않았을 때의 형광량에 대한 Filter를 사용했을 때의 형광량 비를 구하여 Tube load비를 구하였다. 동일한 두께에서의 Filter별 Tube load 증가 비를 비교해 보면 60kVp 에서는 예상대로 원자번호가 낮은 Al의 Tube load 값이 두께의 증가에 대해 낮은 증가율을 보였고 CaWO4 filter에서도 비교적 완만한 Tube load 증가 비를 나타냈다. 그러나 Cu filter에서 가장 가파른 Tube load 증가 비를 보였다. 80kVp 에서도 비슷한 Tube load 증가 비를 나타냈고 근소한 차이이지만 Ni filter에서 부하 값이 상대적으로 낮게 나타났고, CaWO4는 Al과 비슷한 증가 비를 나타냈다. 100kVp와 120kVp에서도 비슷한 경향을 보였다. 5.고찰 광자의 에너지가 증가함에 따라 흡수체에서의 투과율이 증가하다가 그 흡수체 물질의 원자 K각 결합에너지와 같은 광자가 입사되면 갑자기 질량흡수계수가 증가되면서 흡수률이 크게 증가되어 감약이 심하게 되는 현상이 나타나는데 이 때의 광자 파장 를 K흡수단이라한다. K흡수단은 흡수체의 원자번호에 따라 변하는데 Cu의 K흡수단은 9keV이고 Al의 K흡수단은 1.56keV로 진단에 필요 없는 저에너지 부분을 효과적으로 흡수, 제거할 수 있으므로 진단방사선 영역에서 가장 많이 이용되고 있다. 또한 상품화된 새로운 필터로서 Key-filter가 사용되고 있는데 구리필터에 비해 필터효과가 높으며 환자의 표면선량을 줄일 수 있다. 그러나 실무에 적용할 때 X선관 Tube loading이 2~4배 정도로 증대되고 촬영되는 관전압에 따라 선택해서 바꾸어야 하며 사진대조도가 저하되는 문제가 있다. 그리고 매우 고가라는 단점이 있어 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 실험에서는 X선관의 튜브로딩을 적게 하면서도 환자의 피폭 선량을 경감시킬 수 있는 즉, 저렴하면서도 Al 필터 보다 더 적합한 필터가 존재하는 가를 찾기 위해 Al을 중심으로 Cu, Ni, CaWO4, Gd+Ba을 가지고 비교 실험하였고 다음과 같은 결과를 얻어내었다. 1. 60kVp (Filter 두께 0.5mm 기준) 1) 표면선량감소율은 Cu>Ni>Gd+Ba>CaWO4>Al 순으로Cu는 61%, Ni은 58%, Gd+Ba은 29%, CaWO4, Al은 22%이하의 표면선량감소율을 보였다. 2) Tube load 증가비의 효율성은 Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni>Cu순으로 Cu가 약 6배, Ni은 2.6배, Gd+Ba은 1.7배, CaWO4, 약 1.3배의 낮은Tube load 증가률을 보였다. 2. 80kVp (Filter 두께 1.0mm기준) 1) 표면선량감소율은 Cu>Ni>Gd+Ba>CaWO4>Al 순으로 Cu와 Ni은 60%이상, Gd+Ba, CaWO4은 약30%, Al은 4%의 표면선량감소율을 보였다. 2) Tube load 증가비의 효율성은Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni >Cu 순으로 Cu는 약 9배, Ni은 약4배, Gd+Ba,은 3배, CaWO4, Al은 약1.5배 이하의 Tube load 증가율을 보여주었다. 3. 100kVp (Filter 두께 1.0mm 기준) 1) 표면선량감소율은(두께 1.0mm 기준) Cu>Ni>Gd+Ba>CaWO4>Al 순으로 Cu와 Ni은 약 55%, Gd+Ba, CaWO4,은약25%, Al은 7%정도의 표면선량감소율을 보였다. 2) Tube load 증가비의 효율성은 Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni 순으로 Cu는 5.6배, Ni과 Gd+Ba은 약 3배, CaWO4, Al은 1.5배 이하의 Tube load 증가율을 보여주었다. 4. 120kVp (Filter두께 1.0mm 기준) 1) 120kVp에서의 표면선량감소율은 Cu>Ni>Gd+Ba>CaWO4>Al 순으로 Cu와 Ni은 약 52%, Gd+Ba, CaWO4,은 25%, Al은 5%이하의 표면선량감소율을 보였다. 2) Tube load 증가비의 효율성은Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni>Cu 순으로 Cu가 약 4배, Ni과 Gd+Ba 약2.8배이하, CaWO4, Al은 약 1.4배 이하의 Tube load 증가율을 보여주었다. 5. 동일한 Tube loading에서 2.0mm Al Filter와 동일한 형광량를 내는 다른 재질의 두께를 보면 다음과 같다. 60kVp 80kVp 100kVp 120kVp Al 2.0 2.0 2.0 2.0 CaWO4 0.75 0.6 0.4 0.5 Gd+Ba 0.5 0.3 0.25 0.25 Ni 0.25 0.2 0.3 0.4 Cu 0.25 0.1 0.5 0.3 2.0mm Al Filter와 동일한 형광량를 내는 다른 재질의 두께(mm) 6. 결론 선진문명에 살고 있는 현대인은 생활의 향상과 복리 증진의 혜택으로 진단방사선에 노출될 기회가 빠르게 증가하고 있는 실정이다. 이에 각종 첨단기술의 디지털촬영이 늘어나면서 피폭선량을 현저히 줄일 수 있다고는 생각하나 아직도 많은 중소병원에서 필름/증감지 시스템을 사용하고 있으며, 특히 염두에 둘 것은 CR, DR 촬영이 제조회사가 제시하는 Data 만큼 실제적으로 피폭 선량을 감소시킬 수 있는지에 관해선 종사자로서도 의심하지 않을 수 없다. CR장치로 흉부 촬영하는 대부분의 많은 대학 병원은 예전에 필름/증감지 시스템 보다 오히려 더 많은 X선을 주어야만 만족할 만한 사진을 얻을 수 있는 것이다. 즉 제조회시가 제시하는 이론적 주장과 현실의 차이에서 오는 궁금증은 어느 누구도 명쾌한 답을 제시하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구는 피폭선량을 줄이는 가장 간편하고 확실한 방법으로 부가 여과판(Aditional Filter)의 사용임을 확신하고, 그에 사용되는 필터의 본질을 이해하고 발전시키고자 진단방사선영역에서 주로 이용되는 여과물질을 중심으로 다른 재질의 여과물질과 그 특성을 비교 실험하여 보았다. Filter의 재질로는 알루미늄을 중심으로 CaWO4, Gd+Ba, Ni, Cu을 이용하였으며 이러한 재질들의 Filtering 성능, 선량감소효과, Tube loading에 미치는 영향을 중심으로 집중 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. Filter 재질의 원자 번호가 높을수록 선량감소와 Tube load가 크게 증가하였고 같은 재질에서는 관전압이 증가할수록 표면선량감소율과 Tube load증가율이 둔화되었다. 2. 60kVp, 80kVp, 100kVp, 120kVp 관전압에 2.0mm Al filter을 사용했을 때의 형광량과 동일한 형광량을 내는 CaWO4, Gd+Ba, Ni, Cu 재질의 Filter 두께를 살표 보면 Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni>Cu 의 원자번호 순으로 얇아졌고, 이 때 동일한 두께에서의 Cu의 선량감소효과가 가장 양호하게 나타났으나 다른 재질에 비하여 Tube load 증가비가 지나치게 높아 기계에 무리를 주는 것으로 판명되었다. 1) 원자 번호 Z= 29인 Cu는 K흡수단(9keV)을 가지고 잇어 특성선 제거용 1mmAl과 복합으로 사용해야되는 불편함이 있으나 아주 저렴하고 구하기 쉬운 장점이 있다. 2) Cu보다 원자번호가 낮으며 Cu와 합금(alloy) 했을 때 Cu의 급격한 Tube load의 증가를 완화시킬 수 있는 새로운 합금 물질의 개발 필요성 있음. 3. 60kVp, 80kVp, 100kVp, 120kVp의 실험에서 실험 재료 중 가장 우수한 여과기(Filter) 재질은 Ni 이었다. Ni은 표면선량감소율이 40~50%로 상당히 우수하면서도 Al에 비하여 2~3배의 완만한 Tube load 증가율을 보이므로 이번 실험에 사용된 재질 중에서 Filter 효과가 가장 우수한 것으로 판명되었다. 그러나 Ni의 이러한 장점에도 불구하고 Ni이 널리 이용되지 못하는 것은 Al에 비하여 10배 이상 가격이 비싸며 낮은 관전압에서도 사용할 수 있을 만큼 충분히 얇은 재질을 구하기가 어려웠다. 이러한 이유가 Ni이 Al 재질 보다 아주 우수하면서도 보편화되지 못하는 이유로 사료된다. Filter에 대한 지금까지의 연구를 종합하여 볼 때 Filter는 환자의 피폭선량 경감을 위해 반드시 필요한 것으로 표면선량감소율이 높으면서도 Tube load 증가비가 낮아야하는 이중적인 어려운 조건을 구비해야 한다. 그리고 특성선 발생과 연관이 있는 K-흡수단이 우리가 사용하는 진단방사선의 영역(25keV~50keV)에서 가급적 겹치지 말고 낮아야 하며 부득이 발생되는 재질의 Filter를 사용했을 경우, 특성선이 환자 피폭과 사진에 영향을 끼치지 않도록 투과율이 우수한 Al Filter를 겹쳐서 그 특성선을 흡수하도록 한 복합 Filter로 사용해야 된다는 사실도 이해하였다. 이 연구를 마무리 하면서 느낀 것은 이 논문 주제를 더욱 확장시켜 X-선 여과판 (Filter)이 사진대조도(Contrast)와 화상정보(Detail)에 미치는 영향을 정량적(正量的)으로 분석하는 추가 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.
1. 서론 방사선에 의한 피폭선량의 문제 제기는 국제방사선방어위원회(ICRP)의 선량 제한 권고로부터 시작하여 국내외에 이미 많은 연구가 보고 되었는데 현재 우리나라는 “진단용 방사선 발생장치의 안전관리에 관한규칙”에 의거 관리 되고 있다. 일반적으로 진단용 X선관에서 방출되는 X선 에너지는 연속 spectrum으로 인체를 투과하지 못하는 저 에너지부터 영상의 Contrast를 저해하는 고 에너지 성분까지 다양한 에너지 분포를 내포하는데, 저 에너지 성분은 영상 형성에는 기여하지 못하고 피사체에서 흡수되어 환자 피폭의 원인만 되므로 이러한 성분을 제거하는데 효과적으로 Filter(여과기)란 것을 사용 한다 여기서 영상의 화질과 환자 피폭선량에 가장 큰 영향을 미치는 것은 선질(HVL로 표시)이란 것인데 이 선질은 관전압과 부가필터에 의해 절대적 영향을 받는 것이므로 올바른 필터 사용과 관전압의 적절한 조절은 피폭선량 감소에 큰 기여를 할 것이다. 현재 우리가 가장 많이 이용하고 있는 Al Filter는 1968년 방사선 방어 및 측정에 관한 미국 협회(NCRP)에서 70kVp 정도의 관전압 사용 시 필터 효과를 토대로 2.5mm Al Filter사용을 적극 권고하면서부터 가장 널리 이용되어 왔다. 그 후 구리(Cu) 및 주석(Sn) 등의 금속을 이용하였고, X선의 실효에너지를 증가시키기 위해서 관전압을 높이는 것보다 금속의 부가필터를 삽입하는 것이 효과적이란 것을 알고 나서는 각종 원소를 소재로 한 부가필터의 연구가 계속 진행 중에 있다. 많은 실험에 의해 Al Filter보다 더 효과적인 필터를 찾고 있는데, 지금까지의 연구결과 Nb이나 Nb+Al 복합Filter가 Al Filter에 비해 60~120kVp에서 ESE(표면 입사 선량)이 20~30% 정도 줄어드는 것으로 알려져 있다. 본 실험에서는 Nb과 Nb+Al Filter에 대한 연구처럼 X-ray Tube에 걸리는 부하량(Tube Loading)은 크게 증가시키지 않으면서도 이용하려는 에너지 범위에서 적절한 여과를 함으로서 환자의 표면 피폭선량을 획기적으로 줄일 수 있는 물질을 찾고자 하였다. 즉 여러 종류의 여과물질 중에서 쉽게 구입할 수 있는 Cu, Ni, Cawo4, Gd+Ba를 구하여 이러한 새로운 물질들이 환자 표면 피폭선량과 Tube Loading에 어떠한 영향을 미치는가를 기존의 Al필터와 비교하기위해 관전압 변화, 조사선량 변화, 동일한 농도를 내는데 필요한 관전류량을 변화시키면서 표면 피폭선량의 경감효과를 알아보았다. 2. 본론 1.실험 장비 및 재료 1) X선 발생 장치 (1) generator listem社 DONGA DXG325R 단상전파정류방식 (2) X-ray tube : TOSHIBA ROTANODE E7239X ① Target : W(텅스텐) ② Type : rotating anode type ③ Focus size : large 2.0mm, small 1.0mm ④ Target angle : 16° (3) 실험에 사용된 재료 ① 아크릴팬텀(흡수체): 10cm ② Filter 재질 : Al, Cu, Ni, CaWO4, Gd+Ba 2) 측정 장비 (1) Multi-Function Metter RMI Co. Model 240A로 kVp, mA, mAs를 간단히 측정 할 수 있어 X선 발생장치의 재현성과 지시치의 정확성을 알 수 있으므로 편차를 교정하는데 사용. (2) 선량계 조사선량을 측정하는 측정기로 Chammber - 5cc를 사용하였으며 Reader기로는 CII社 CAPINTEC MODEL174를 사용. (3) 형광량계 피사체를 투과하고 나온 선량을 형광량으로 측정하는 출력 형광량계로( Flouresence meter) TORE. Co., EY - 1002D를 이용. 3. 실험 방법 1) 두께 10cm인 아크릴 팬텀을 조사야 30×30cm로 한 후 선량계와 형광량계를 그림과 같이 동시에 배치한다. 그림3-1 표면선량감소율과 투과 후 형광량을 측정하기위한 실험 배치도 2) Data 산출 (1) 관전압을 60kVp, 160mAs로 부가 여과판 없이 X선을 조사한 다음 선량(D)과 형광량(F)을 기록한다. (2) 준비된 부가여과판을 0.5mm 간격으로 늘려가며 동일조건으로 촬영한다. (3) 80kVp에 80mAs, 100kVp에 60mAS, 120kVp에 50mAs에서도 동일한 방법으로 측정한다.(Filter별 각 10회 측정) (4) 피사체 표면 입사선량은(SD) 후방산란선의 영향을 줄이기 위해 피사체로부터 20cm 공간을 두고 측정한 후 거리 역자승의 법칙으로 환산했다. (5) 부가 여과판이 없을 때의 SD/F 비(Ratio)를 100으로 하고 부가 여과판이 있을 때의 SD/F 비를 상대적인 값으로 구한다. (6) Filter가 없을 때의 SD/F 비를 100으로 했을 때 Filter를 사용했을 때의 SD/F비를 상대적인 %로 나타낸다. (7) SD/F비가 100일 때 선량감소효과를 0으로 하고 부가 여과판이 있을 때의 SD/F비 값을 구하여 상대적인 선량감소효과를 %로 표시한다. (7) 부가 여과판이 없을 때의 출력 형광량에 대한 부가 여과판이 있을 때의 출력형광량의 비를 근거로 Tube Load 증가 비를 산출하였다. 4. 결과 1. Filter 종류와 두께에 따른 표면선량감소율(%) 두께에 따른 표면선량감소율 그래프에서는 Al filter가 두께가 증가함에 따라 2).동일한 Tube loading에서의 Filter별 표면선량감소율 동일한 Tube loading에서 동일한 형광량을 내는 Filter 두께를 알아본 후 그 필터에서의 선량감소효과를 비교해 보았다완만한 곡선을 가지고 표면선량감소율이 증가하였고 Cu Filter 에서는 두께 증가에 따른 표면선량감소율이 상대적으로 더 많이 나타났다. Ni Filter 에서는 Al filter보다 더 많은 선량감소효과를 보였고, Ba+Gd, CaWO4에서는 완만한 그래프를 보여 Al 과 비슷한 수치를 나타냈다. 원자 번호가 높을수록 선량감소효가 크게 증가하였고 같은 재질에서는 관전압이 증가할수록 표면선량감소율이 낮아졌다. 2.동일한 Tube loading에서의 동일한 형광량을 내는 Filter별 두께와 표면선량감소율 현재 진단영역에서 사용하고 있는 총 여과 2.5mmAl(부가여과 2.0 mmAl) filter를 사용했을 때에 발생되는 형광량을 기준으로 동일한 형광량을 내는 각 재질별 두께와 선량감소효과를 알아보았다. 1) 동일한 형광량을 내는 Filter별 두께 위의 표 2-7, 표 2-8, 표 2-9, 표 2-10, 표 2-11에서 60kVp, 80kVp, 100kVp, 120kVp 관전압에 2.0mmAl filter일 때의 형광량과 동일한 형광량을 내는 CaWO4, Gd+Ba, Ni, Cu의 두께를 구해서 그래프를 그리면 다음과 같다. 2).동일한 Tube loading에서의 Filter별 표면선량감소율 동일한 Tube loading에서 동일한 형광량을 내는 Filter 두께를 알아본 후 그 필터에서의 선량감소효과를 비교해 보았다 3.각 관전압에서 Filter별 Tube load 증가비 동일한 조건에서 부가 Filter를 사용하지 않았을 때의 형광량에 대한 Filter를 사용했을 때의 형광량 비를 구하여 Tube load비를 구하였다. 동일한 두께에서의 Filter별 Tube load 증가 비를 비교해 보면 60kVp 에서는 예상대로 원자번호가 낮은 Al의 Tube load 값이 두께의 증가에 대해 낮은 증가율을 보였고 CaWO4 filter에서도 비교적 완만한 Tube load 증가 비를 나타냈다. 그러나 Cu filter에서 가장 가파른 Tube load 증가 비를 보였다. 80kVp 에서도 비슷한 Tube load 증가 비를 나타냈고 근소한 차이이지만 Ni filter에서 부하 값이 상대적으로 낮게 나타났고, CaWO4는 Al과 비슷한 증가 비를 나타냈다. 100kVp와 120kVp에서도 비슷한 경향을 보였다. 5.고찰 광자의 에너지가 증가함에 따라 흡수체에서의 투과율이 증가하다가 그 흡수체 물질의 원자 K각 결합에너지와 같은 광자가 입사되면 갑자기 질량흡수계수가 증가되면서 흡수률이 크게 증가되어 감약이 심하게 되는 현상이 나타나는데 이 때의 광자 파장 를 K흡수단이라한다. K흡수단은 흡수체의 원자번호에 따라 변하는데 Cu의 K흡수단은 9keV이고 Al의 K흡수단은 1.56keV로 진단에 필요 없는 저에너지 부분을 효과적으로 흡수, 제거할 수 있으므로 진단방사선 영역에서 가장 많이 이용되고 있다. 또한 상품화된 새로운 필터로서 Key-filter가 사용되고 있는데 구리필터에 비해 필터효과가 높으며 환자의 표면선량을 줄일 수 있다. 그러나 실무에 적용할 때 X선관 Tube loading이 2~4배 정도로 증대되고 촬영되는 관전압에 따라 선택해서 바꾸어야 하며 사진대조도가 저하되는 문제가 있다. 그리고 매우 고가라는 단점이 있어 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 실험에서는 X선관의 튜브로딩을 적게 하면서도 환자의 피폭 선량을 경감시킬 수 있는 즉, 저렴하면서도 Al 필터 보다 더 적합한 필터가 존재하는 가를 찾기 위해 Al을 중심으로 Cu, Ni, CaWO4, Gd+Ba을 가지고 비교 실험하였고 다음과 같은 결과를 얻어내었다. 1. 60kVp (Filter 두께 0.5mm 기준) 1) 표면선량감소율은 Cu>Ni>Gd+Ba>CaWO4>Al 순으로Cu는 61%, Ni은 58%, Gd+Ba은 29%, CaWO4, Al은 22%이하의 표면선량감소율을 보였다. 2) Tube load 증가비의 효율성은 Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni>Cu순으로 Cu가 약 6배, Ni은 2.6배, Gd+Ba은 1.7배, CaWO4, 약 1.3배의 낮은Tube load 증가률을 보였다. 2. 80kVp (Filter 두께 1.0mm기준) 1) 표면선량감소율은 Cu>Ni>Gd+Ba>CaWO4>Al 순으로 Cu와 Ni은 60%이상, Gd+Ba, CaWO4은 약30%, Al은 4%의 표면선량감소율을 보였다. 2) Tube load 증가비의 효율성은Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni >Cu 순으로 Cu는 약 9배, Ni은 약4배, Gd+Ba,은 3배, CaWO4, Al은 약1.5배 이하의 Tube load 증가율을 보여주었다. 3. 100kVp (Filter 두께 1.0mm 기준) 1) 표면선량감소율은(두께 1.0mm 기준) Cu>Ni>Gd+Ba>CaWO4>Al 순으로 Cu와 Ni은 약 55%, Gd+Ba, CaWO4,은약25%, Al은 7%정도의 표면선량감소율을 보였다. 2) Tube load 증가비의 효율성은 Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni 순으로 Cu는 5.6배, Ni과 Gd+Ba은 약 3배, CaWO4, Al은 1.5배 이하의 Tube load 증가율을 보여주었다. 4. 120kVp (Filter두께 1.0mm 기준) 1) 120kVp에서의 표면선량감소율은 Cu>Ni>Gd+Ba>CaWO4>Al 순으로 Cu와 Ni은 약 52%, Gd+Ba, CaWO4,은 25%, Al은 5%이하의 표면선량감소율을 보였다. 2) Tube load 증가비의 효율성은Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni>Cu 순으로 Cu가 약 4배, Ni과 Gd+Ba 약2.8배이하, CaWO4, Al은 약 1.4배 이하의 Tube load 증가율을 보여주었다. 5. 동일한 Tube loading에서 2.0mm Al Filter와 동일한 형광량를 내는 다른 재질의 두께를 보면 다음과 같다. 60kVp 80kVp 100kVp 120kVp Al 2.0 2.0 2.0 2.0 CaWO4 0.75 0.6 0.4 0.5 Gd+Ba 0.5 0.3 0.25 0.25 Ni 0.25 0.2 0.3 0.4 Cu 0.25 0.1 0.5 0.3 2.0mm Al Filter와 동일한 형광량를 내는 다른 재질의 두께(mm) 6. 결론 선진문명에 살고 있는 현대인은 생활의 향상과 복리 증진의 혜택으로 진단방사선에 노출될 기회가 빠르게 증가하고 있는 실정이다. 이에 각종 첨단기술의 디지털촬영이 늘어나면서 피폭선량을 현저히 줄일 수 있다고는 생각하나 아직도 많은 중소병원에서 필름/증감지 시스템을 사용하고 있으며, 특히 염두에 둘 것은 CR, DR 촬영이 제조회사가 제시하는 Data 만큼 실제적으로 피폭 선량을 감소시킬 수 있는지에 관해선 종사자로서도 의심하지 않을 수 없다. CR장치로 흉부 촬영하는 대부분의 많은 대학 병원은 예전에 필름/증감지 시스템 보다 오히려 더 많은 X선을 주어야만 만족할 만한 사진을 얻을 수 있는 것이다. 즉 제조회시가 제시하는 이론적 주장과 현실의 차이에서 오는 궁금증은 어느 누구도 명쾌한 답을 제시하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구는 피폭선량을 줄이는 가장 간편하고 확실한 방법으로 부가 여과판(Aditional Filter)의 사용임을 확신하고, 그에 사용되는 필터의 본질을 이해하고 발전시키고자 진단방사선영역에서 주로 이용되는 여과물질을 중심으로 다른 재질의 여과물질과 그 특성을 비교 실험하여 보았다. Filter의 재질로는 알루미늄을 중심으로 CaWO4, Gd+Ba, Ni, Cu을 이용하였으며 이러한 재질들의 Filtering 성능, 선량감소효과, Tube loading에 미치는 영향을 중심으로 집중 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. Filter 재질의 원자 번호가 높을수록 선량감소와 Tube load가 크게 증가하였고 같은 재질에서는 관전압이 증가할수록 표면선량감소율과 Tube load증가율이 둔화되었다. 2. 60kVp, 80kVp, 100kVp, 120kVp 관전압에 2.0mm Al filter을 사용했을 때의 형광량과 동일한 형광량을 내는 CaWO4, Gd+Ba, Ni, Cu 재질의 Filter 두께를 살표 보면 Al>CaWO4>Gd+Ba>Ni>Cu 의 원자번호 순으로 얇아졌고, 이 때 동일한 두께에서의 Cu의 선량감소효과가 가장 양호하게 나타났으나 다른 재질에 비하여 Tube load 증가비가 지나치게 높아 기계에 무리를 주는 것으로 판명되었다. 1) 원자 번호 Z= 29인 Cu는 K흡수단(9keV)을 가지고 잇어 특성선 제거용 1mmAl과 복합으로 사용해야되는 불편함이 있으나 아주 저렴하고 구하기 쉬운 장점이 있다. 2) Cu보다 원자번호가 낮으며 Cu와 합금(alloy) 했을 때 Cu의 급격한 Tube load의 증가를 완화시킬 수 있는 새로운 합금 물질의 개발 필요성 있음. 3. 60kVp, 80kVp, 100kVp, 120kVp의 실험에서 실험 재료 중 가장 우수한 여과기(Filter) 재질은 Ni 이었다. Ni은 표면선량감소율이 40~50%로 상당히 우수하면서도 Al에 비하여 2~3배의 완만한 Tube load 증가율을 보이므로 이번 실험에 사용된 재질 중에서 Filter 효과가 가장 우수한 것으로 판명되었다. 그러나 Ni의 이러한 장점에도 불구하고 Ni이 널리 이용되지 못하는 것은 Al에 비하여 10배 이상 가격이 비싸며 낮은 관전압에서도 사용할 수 있을 만큼 충분히 얇은 재질을 구하기가 어려웠다. 이러한 이유가 Ni이 Al 재질 보다 아주 우수하면서도 보편화되지 못하는 이유로 사료된다. Filter에 대한 지금까지의 연구를 종합하여 볼 때 Filter는 환자의 피폭선량 경감을 위해 반드시 필요한 것으로 표면선량감소율이 높으면서도 Tube load 증가비가 낮아야하는 이중적인 어려운 조건을 구비해야 한다. 그리고 특성선 발생과 연관이 있는 K-흡수단이 우리가 사용하는 진단방사선의 영역(25keV~50keV)에서 가급적 겹치지 말고 낮아야 하며 부득이 발생되는 재질의 Filter를 사용했을 경우, 특성선이 환자 피폭과 사진에 영향을 끼치지 않도록 투과율이 우수한 Al Filter를 겹쳐서 그 특성선을 흡수하도록 한 복합 Filter로 사용해야 된다는 사실도 이해하였다. 이 연구를 마무리 하면서 느낀 것은 이 논문 주제를 더욱 확장시켜 X-선 여과판 (Filter)이 사진대조도(Contrast)와 화상정보(Detail)에 미치는 영향을 정량적(正量的)으로 분석하는 추가 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.
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