몬테칼로 모사를 통해 여러 가지 진단X선 검사를 받는 성인의 유효선량을 평가하는 방법체계를 구축하였다. 피사체 인형팬텀으로서 MIRD5 남성 팬텀과 ORNL 여성팬텀이 이용되었고 사용 X선 스펙트럼은 SPEC78 코드로 생산하였다. 같은 진단절차에 대해 NRPB 평가결과와 비교함으로써 계산체계를 검증하였다. 계산체계를 이용하여 흉곽, 복부, 두부 및 척추의 진단에서 AP, PA, LLAT 및 RLAT 방향으로 입사하는 X선에 대한 장기 등가선량과 유효선량을 평가하였으며 가장 보편적인 흉곽 PA와 복부 AP의 경우 유효선량이 각각 0.029mSv와 0.44mSv로 나타났다. 흉곽 PA 1회 촬영 시 피폭하는 선량이 전통적 평가치인 0.3mSv(또는 30mrem)보다 매우 작게 나타나는 것은 진단방사선 기술의 발전뿐만 아니라 적용하는 선량개념의 차이에 기인하는 것으로서 여러 방사선 의료절차에 대한 집중적인 환자선량 평가의 필요성을 강조하는 것이다. 여기서 개발된 선량평가 체계는 CT 선량, 임부의 진단으로 인한 태아의 선량, 소아과 X선에 의한 선공 등 다른 방사선 의료절차에도 용이하게 응용될 수 있다.
몬테칼로 모사를 통해 여러 가지 진단X선 검사를 받는 성인의 유효선량을 평가하는 방법체계를 구축하였다. 피사체 인형팬텀으로서 MIRD5 남성 팬텀과 ORNL 여성팬텀이 이용되었고 사용 X선 스펙트럼은 SPEC78 코드로 생산하였다. 같은 진단절차에 대해 NRPB 평가결과와 비교함으로써 계산체계를 검증하였다. 계산체계를 이용하여 흉곽, 복부, 두부 및 척추의 진단에서 AP, PA, LLAT 및 RLAT 방향으로 입사하는 X선에 대한 장기 등가선량과 유효선량을 평가하였으며 가장 보편적인 흉곽 PA와 복부 AP의 경우 유효선량이 각각 0.029mSv와 0.44mSv로 나타났다. 흉곽 PA 1회 촬영 시 피폭하는 선량이 전통적 평가치인 0.3mSv(또는 30mrem)보다 매우 작게 나타나는 것은 진단방사선 기술의 발전뿐만 아니라 적용하는 선량개념의 차이에 기인하는 것으로서 여러 방사선 의료절차에 대한 집중적인 환자선량 평가의 필요성을 강조하는 것이다. 여기서 개발된 선량평가 체계는 CT 선량, 임부의 진단으로 인한 태아의 선량, 소아과 X선에 의한 선공 등 다른 방사선 의료절차에도 용이하게 응용될 수 있다.
Methodology to evaluate the effective doses to adults undergoing various diagnostic x-ray examinations were established by Monte Carlo simulation of the x-ray examinations. Anthropomorphic mathematical phantoms, the MIRD5 male phantom and the ORNL female phantom, were used as the target body and x-r...
Methodology to evaluate the effective doses to adults undergoing various diagnostic x-ray examinations were established by Monte Carlo simulation of the x-ray examinations. Anthropomorphic mathematical phantoms, the MIRD5 male phantom and the ORNL female phantom, were used as the target body and x-ray spectra were produced by the x-ray spectrum generation code SPEC78. The computational procedure was validated by comparing the resulting doses to the results of NRPB studies for the same diagnostic procedures. The effective doses as well as the organ doses due to chest, abdomen, head and spine examinations were calculated for x-rays incident from AP, PA, LLAT and RLAT directions. For instance, the effective doses from the most common procedures, chest PA and abdomen AP, were 0.029 mSv and 0.44 mSv, respectively. The fact that the effective dose from PA chest x-ray is far lower than the traditional value of 0.3 mSv(or 30 mrem), which results partly from the advances of technology in diagnostic radiology and partly from the differences in the dose concept employed, emphasizes necessities of intensive assessment of the patient doses in wide ranges of medical exposures. The methodology and tools established in this study can easily be applied to dose assessments for other radiology procedures; dose from CT examinations, dose to the fetus due to examinations of pregnant women, dose from pediatric radiology.
Methodology to evaluate the effective doses to adults undergoing various diagnostic x-ray examinations were established by Monte Carlo simulation of the x-ray examinations. Anthropomorphic mathematical phantoms, the MIRD5 male phantom and the ORNL female phantom, were used as the target body and x-ray spectra were produced by the x-ray spectrum generation code SPEC78. The computational procedure was validated by comparing the resulting doses to the results of NRPB studies for the same diagnostic procedures. The effective doses as well as the organ doses due to chest, abdomen, head and spine examinations were calculated for x-rays incident from AP, PA, LLAT and RLAT directions. For instance, the effective doses from the most common procedures, chest PA and abdomen AP, were 0.029 mSv and 0.44 mSv, respectively. The fact that the effective dose from PA chest x-ray is far lower than the traditional value of 0.3 mSv(or 30 mrem), which results partly from the advances of technology in diagnostic radiology and partly from the differences in the dose concept employed, emphasizes necessities of intensive assessment of the patient doses in wide ranges of medical exposures. The methodology and tools established in this study can easily be applied to dose assessments for other radiology procedures; dose from CT examinations, dose to the fetus due to examinations of pregnant women, dose from pediatric radiology.
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제안 방법
MIRD형 인형팬텀과 몬테칼로 방사선 수송 기법을 이용하여 진단X선에 의한 환자의 장기선량과 유효선량 계산체계를 수립함으로써 다양한 의료방사선 절차로 인한 리스크 평가에 이용할 수 있게 되었다. 수립된 체계를 이용하여 대표적인 진단X선 절차에서 환자가 피폭하는 선량을 평가하였으며 적용된 선량의 개념이 다름으로 인해 전통적 명목선량 값이 유효선량과는 큰 차이가 있음이 확인되었다.
그러나 구체 적인 선량은 진단에 사용되는 X선 장치와 촬영절 차에 따라 달라질 수 있으므로 진단X선에 의한 장기 등가선량 계측체계를 수립하는 것이 필요하다. 여기서는 NRPB 연구를 참조하여 우리나라에서 진단X선 촬영 시 환자 선량 평가체계를 구축하였으며 이를 이용하여 빈도가 높은 진단X선 절차에서 환자의 장기 등가선량 및 유효선량을 평가하였다.
산출된 혼합 뼈(mixture bone) 선량 값은 경질 뼈와 적색골수에 흡수된 에너지의 합에 해당하므로 적색골수의 선량을 계산하기 위해서는 두 값의 분리가 필요하다. 인형 팬텀에서 모사하고 있는 8개 영역의 뼈에 대해 입사 광자가 에너지를 혼합 뼈에 전달할 확률과 적색골수에 전달할 확률의 비와 혼합 뼈와 적색 골수의 질량비를 보정하여 합한 값으로 적색골수의 선량을 평가하였다.
진단X선의 촬영에서 빔과 환자의 위치관계에 따라 AP(antero-posterior), PA(postero-anterior), LAT(lateral) 방향으로 나뉜다. 일반적인 피폭과 달리 LAT 방향에서의 X선 촬영은 방해가 되는 팔을 들도록 하고 있으므로 MIRD 팬텀에서 몸통 안에 고정되어 있는 팔을 분리하여 필요에 따라 위로 향하게 할 수 있도록 수정하였다. 그림2는 SABRINA[8]를 이용하여 얻은 수정된 인형팬텀 의 골격을 보여준다.
진단X선은 점선원으로서 콜리메타를 지나면서 촬영 부위에만 광자가 입사하는 사각뿔 형태의 빔으로 모사하였으며 통계적인 오차를 고려하여 5X107개 규모의 입자 히스토리를 사용하였다. 장기들의 선량계산은 흡수선량 평가자(tally)인 *F6 카드를 이용하였으며, 입사선량(surface entrance dose; SED) 계산은 팬텀 정면에 반지름 1cm 구를 두고 F4 카드와 DE/DF 카드를 사용하였다. 특정 부위에만 진단X 선이 들어가는 선원의 특수성 때문에 계산결과의 상대오차가 0.
성별 장기 차이로 인해 유방 및 자궁의 가중치를 일부 수정한 ICRP 74[11]에 따라 유효선량을 산출하였다. 한편, 인형 팬텀에서 모사되지 않아서 논란이 있는 장기인 근육, 뼈표면과 적색골수에 대한 선량은 다음과 같이 평가하였다. 근육의 선량은 몸통에서 장기들을 제외한 영역과 다리에서 뼈를 제외한 영역을 근육으로 정의하고 이 영역에 대하여 평가하였다.
대상 데이터
방사선 방호 목적을 위한 유효선량을 산출하기 위해서는 인체 내 12개의 중요 장기와 10개의 기타 장기에 대한 선량분포를 알아야 하며 이를 위해서 실제 인체에 준하는 인형 팬텀이 필요하다. 본 연구에서는 Cristy[6]의 MIRD 성인 남성 팬텀과 Cristy와 Eckerman[7]의 성인 여성 팬텀을 각각 남성과 여성 성인 환자 기본 팬텀으로 사용하였다. 이 팬텀의 외형과 골격, 체내 장기는 간단한 대수 방정식을 이용하여 표현되며, 물질조성은 뼈, 연조직, 폐조직으로 성분과 밀도가 다른 세 가지로 이루어진다.
시범적 계산의 촬영조건은 한양대학병원[14]에서 사용하는 프로토콜을 기본으로 진단행위별로 전압, 전류, 피폭시간, 피사체와의 거리(FSD), 양극의 각도 및 필터의 두께 등을 입수하였고, 빔 크기와 빔 중앙의 좌표는 NRPB-R262[4] 자료를 이용하였다. 그림3은 진단 부위별 촬영조건 중 (a)는 y=0 평면, (b)는 x=0 평면에서의 촬영 빔의 크기와 빔 중앙의 좌표를 남성 팬텀에 겹쳐 보여주고 있다.
일반 목적 몬테칼로 입자수송 코드 MCNP4B[9]를 사용하였으며 광자 단면적 자료는 Hubble 등[10]의 데이터를 이용하였다. 진단X선은 점선원으로서 콜리메타를 지나면서 촬영 부위에만 광자가 입사하는 사각뿔 형태의 빔으로 모사하였으며 통계적인 오차를 고려하여 5X107개 규모의 입자 히스토리를 사용하였다.
일반 목적 몬테칼로 입자수송 코드 MCNP4B[9]를 사용하였으며 광자 단면적 자료는 Hubble 등[10]의 데이터를 이용하였다. 진단X선은 점선원으로서 콜리메타를 지나면서 촬영 부위에만 광자가 입사하는 사각뿔 형태의 빔으로 모사하였으며 통계적인 오차를 고려하여 5X107개 규모의 입자 히스토리를 사용하였다. 장기들의 선량계산은 흡수선량 평가자(tally)인 *F6 카드를 이용하였으며, 입사선량(surface entrance dose; SED) 계산은 팬텀 정면에 반지름 1cm 구를 두고 F4 카드와 DE/DF 카드를 사용하였다.
데이터처리
선량 계산체계의 검증을 위하여 흉곽 PA와 복부 AP의 두 경우를 선택하여 예비계산을 수행한 후 NRPB-SR262[15]의 결과와 비교하였다. 두 진단 절차의 조건은 표2와 같으며, MCNP에서 X선 촬영을 모사하는 상황과 일부 광자의 자취를 그림4에 보이고 있다.
이론/모형
방사선에 민감한 적색골수(RBM)는 불균일한 분포를 이루지만[13] 본 연구에서는 경질 뼈 (cortical bone)와 골수가 균일하게 혼합되어 있는 모델이 사용되었다. 산출된 혼합 뼈(mixture bone) 선량 값은 경질 뼈와 적색골수에 흡수된 에너지의 합에 해당하므로 적색골수의 선량을 계산하기 위해서는 두 값의 분리가 필요하다.
성별 장기 차이로 인해 유방 및 자궁의 가중치를 일부 수정한 ICRP 74[11]에 따라 유효선량을 산출하였다. 한편, 인형 팬텀에서 모사되지 않아서 논란이 있는 장기인 근육, 뼈표면과 적색골수에 대한 선량은 다음과 같이 평가하였다.
촬영에서 환자의 신체에 입사되는 X선 선원항은 IPEM(Institute of Physics and Engineering in Medicine)에서 개발한 SPEC78[5] 코드로 산출하였다. SPEC78 프로그램은 30-150 kVp 구간의 관전압과 6~22º를 가지는 텅스텐 표적의 스펙트럼을 0.
성능/효과
모든 방향에서의 촬영조건이 동일한 두부 촬영은 PA와 LAT 방향보다 AP 방향의 촬영에서 더 높은 유효선량을 보이지만 그 차이는 아주 작다. 중요 장기가 밀집한 부위의 촬영인 복부나 골반부 촬영에서는 AP 방향이 PA 방향보다 유효 선량이 각각 2.
MIRD형 인형팬텀과 몬테칼로 방사선 수송 기법을 이용하여 진단X선에 의한 환자의 장기선량과 유효선량 계산체계를 수립함으로써 다양한 의료방사선 절차로 인한 리스크 평가에 이용할 수 있게 되었다. 수립된 체계를 이용하여 대표적인 진단X선 절차에서 환자가 피폭하는 선량을 평가하였으며 적용된 선량의 개념이 다름으로 인해 전통적 명목선량 값이 유효선량과는 큰 차이가 있음이 확인되었다. 의료방사선이 평균적 개인이 피폭하는 최대의 인공 피폭원임을 고려하면[16] 의료 절차로 인한 국민의 방사선 리스크를 평가하기 위해서는 진단X선을 포함하여 핵의학 등 다양한 방사선 의료절차에서 환자가 받는 유효선량을 구체적으로 평기하는 것이 중요함이 분명해겼다.
척추 촬영은 AP에서 LLAT나 RLAT보다 더 높은 선량을 받는 것으로 평가되었는데, LLAT와 RLAT 촬영조건 이 AP 촬영조건보다 관전압과 mAs 값은 크지만 입사빔과 중요 장기의 위치, 즉, 깊이의 영향이 더 크기 때문이다. 척추 촬영에서 가장 높은 유효 선량은 0.24mSv로 요추-AP 촬영이며, 가장 낮은 선량은 0.025 mSv로 경추-LAT 촬영으로 나타났다.
후속연구
의료방사선이 평균적 개인이 피폭하는 최대의 인공 피폭원임을 고려하면[16] 의료 절차로 인한 국민의 방사선 리스크를 평가하기 위해서는 진단X선을 포함하여 핵의학 등 다양한 방사선 의료절차에서 환자가 받는 유효선량을 구체적으로 평기하는 것이 중요함이 분명해겼다. 또한 이러한 평가 수단이 마련됨으로써 본래의 진료 목적을 침해하지 않으면서 환자의 유효 선량을 감축하도록 절차의 최적화를 도모함에 이용할 수 있다. 특히 단위 절차 당 환자의 선량이 큰 CT나 플루로스코피, 중재 방사선 분야에 대한 이러한 평가체계의 활용이 기대된다.
또한 이러한 평가 수단이 마련됨으로써 본래의 진료 목적을 침해하지 않으면서 환자의 유효 선량을 감축하도록 절차의 최적화를 도모함에 이용할 수 있다. 특히 단위 절차 당 환자의 선량이 큰 CT나 플루로스코피, 중재 방사선 분야에 대한 이러한 평가체계의 활용이 기대된다.
참고문헌 (15)
International Commission on Radiological Protection, 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, lCEP Publication 60, Pergamon Press(1991)
P. Gron, 'Methods used to Estimate the Collective Dose in Denmark from Diagnostic Radiology', Proc. Symp., IRPA, P-7-24 (2000)
W.S. Snyder, M.R. Ford and G.G. Warner, Estimates of Specific Absorbed Fraction for Photon Sources Uniformly Distributed in Various Organs of a Heterogeneous Phantom, Society of Nuclear Medicine, New York, MIRD Pamphlet No.5. Revised(1978)
D. Hart, D.G. Jones and B.F. Wail, Estimation of Effective Dose in Diagnostic Radiology from Entrance Surface Dose and Dose-Area Product Measurements, Report NRPB-R262, National Radiological Protection Board, Chilton, Didcot, UK(1994)
K. Cranley, B.J. Gilmore, G.W.A. Fogarty, and L. Desponds, Catalogue of Diagnostic, X-ray Spectra and Other Data, Report No. 78, The Institute of Physics and Engineering in Medicine(1997)
M. Cristy, Mathematical Phantoms for Use in Reassessment of Radiation Dose to Japanese Atomic-Bomb Survivors, Oak Ridge National Laboratory Report ORNL/TM-9487(1985)
M. Cristy and K.F. Eckerman, Specific Absorbed Fraction of Energy at Various Ages from Internal Photon Sources, Part V: Fifteen-Year-Old Male and Adult Female, Report ORNL/TM-8351/V5, Oak Ridge National Lab., Oak Ridge, Tennessee (1987)
K.A. Van Riper, SABRINA User's Guide, LA-UR-93-3696, LANL(1993)
LANL Group X-6, MCNP-A General Monte Carlo Code N-Particle Transport Code Version 4B, LA-12625-M(1997)
J.H. Hubbell, W.J. Veigele, E.A. Briggs, R.T.Brown, D.T. Cromer and R.J. Howerton, 'Atomic Form Factors, Incoherent Scattering Functions and Photon .Scattering Cross Sections', J. Phys. Chem., Ref. Data 4,471(1975)
International Commission on Radiological Protection, Conversion Coefficients for Use in Radiological Protection against External Radiation, ICRP Publication 74, Pergamon Press(1996)
G. Drexler, 'Verlauf der Ionendosis an Grenzschichten, In Microdosimetry', Proc. Symp. Microdosimetry, Ispra, 13-15. EUR 3747 d-f-e, European Communities, Brussels (1968)
M. Cristy, 'Active bone marrow distribution as a function of age in humans', Phys. Med. Biol., Vol. 26, No.3 389-400 (1981)
D. Hart, D.G. Jones and B.F. Wall, Normalised Organ Doses for Medical X-ray Examinations Calculated Using Monte Carlo Techniques, Report NRPB-SR262, National Radiological Protection Board, Chilton, Didcot, UK(1994)
United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, Sources and Effects of Ionizing Radiation, UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly with Scientific Annexes, Volume 1 .Sources, United Nations, New York(2000)
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