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문제 정의
- 본 실험에서는 촬영실에서 발생할 수 있는 산란선의 원인과 특성을 분석하기 위해 조사면, 관전압에 따른 산란선 변화를 분석하였으며 팬톰, 콜리메이터, 엑스선관, 벽 등에서 발생하는 산란선량을 측정하여 각 산란 발생 요소들의 영향을 평가하였다. 또한 촬영실 내의 공간산란선의 분포를 분석하고 산란선 경감조건을 평가하고자 한다.
제안 방법
- 3 mm두께의 납판을 팬톰 표면에 놓고 1차선을 차폐하고 팬톰 하단에서 산량선량(Fig. 2, left)을 측정한 후, 이 값을 납판을 제거한 후 측정한 총선량(Fig. 2, right)으로 나누어 전방산란율을 구하였다.
- 납 차폐체(전리함 입구 부분만 열려 있음) 속에 전리함을 넣고 촬영실 내의 팬톰, 콜리메이터, 엑스선관, 벽에서 발생하는 선량을 측정하여 각 요소의 영향을 평가하였다 (Fig. 3).
- 산란선량 측정에서 조사면은 35×35 cm2로 고정하였고 관전압을 80 kV에서 140 kV까지 변화시켰다. 또한 Fig. 3과 같이 전리함의 입구를 제외하고는 납으로 차폐하고 산란선 발생요소와 15cm 거리를 두었다. 총 산란선 중 95.
- 본 실험에서는 촬영실에서 발생할 수 있는 산란선의 원인과 특성을 분석하기 위해 조사면, 관전압에 따른 산란선 변화를 분석하였으며 팬톰, 콜리메이터, 엑스선관, 벽 등에서 발생하는 산란선량을 측정하여 각 산란 발생 요소들의 영향을 평가하였다. 또한 촬영실 내의 공간산란선의 분포를 분석하고 산란선 경감조건을 평가하고자 한다.
- 본 연구에서는 전리함(ion chamber)을 이용하여 엑스선이 피사체에 입사한 후 피사체의 주위에서 발생한 산란 선량과 촬영실 내의 팬톰, 콜리메이터, 엑스선관, 벽 등의 산란선 발생요소에서 발생한 선량 및 공간산란선량 분포를 측정하였다.
- 산란선량 측정에서 조사면은 35×35 cm2로 고정하였고 관전압을 80 kV에서 140 kV까지 변화시켰다.
- 엑스선 촬영실 내 공간산란선의 주요 발생요소들의 영향을 분석하기 위해 팬톰, 콜리메이터, 엑스선관, 벽 등의 측방에서 발생하는 산란선량과 그 산란선량의 발생비율(발생률)을 측정하였다(Table 1). 산란선량 측정에서 조사면은 35×35 cm2로 고정하였고 관전압을 80 kV에서 140 kV까지 변화시켰다.
- 엑스선 촬영실 내에서의 산란선량은 조사조건, 피사체, 주변 물체 등에 따라 영향을 많이 받을 수 있는데 본 연구에서는 관전압 100 kV, 관전류 200 mA, 조사시간 0.2 sec, 35×35 cm2 조사면 조건에서 팬톰 주변공간의 산란 선량을 1 m 간격으로 측정하였다(Fig. 8).
- 엑스선과 팬톰의 상호작용으로 발생한 산란선 중 팬톰의 측면 중심에서 발생한 측방산란선량을 측정하고(Fig. 1, left) 이 값을 팬톰 표면 위치에서 팬톰이 없는 상태로 측정한 공중선량(Fig. 1, right)의 값으로 나누어 측방산란율을 구하였다.
- 팬톰 측면의 중심에서 발생하는 산란선을 측정하기 위해서 조사면과 관전압을 변화시켜가며 측방산란율을 측정하였다. Fig.
- 팬톰의 표면에서 표면선량을 측정하고(Fig. 1, left) 이 값에서 공중선량을 뺀 후 공중선량으로 나누어 후방산란율6,7)을 구하였다.
성능/효과
- 팬톰 측면의 중심에서 발생하는 산란선을 측정하기 위해서 조사면과 관전압을 변화시켜가며 측방산란율을 측정하였다. Fig. 4에서 보는 바와 같이 각 조사면에 대해 관전압이 증가함에 따라 측방산란율은 증가하는 경향을 나타내었다. 조사면이 20×20 cm2인 경우 관전압이 40~140 kV로 증가할 때 측방산란율은 0.
- 이는 산란선의 유효체적이 팬 톰의 전 체적으로 확대된 상태에서, 관전압 증가에 따라 산란선 발생율이 감소하고 산란선의 에너지가 증가하는 것에 원인이 있다. 관전압 증가에 따라 전방산란율은 66~80%로 증가하였으나 높은 관전압에서 팬톰의 선감약계수 감소둔화 및 산란선 발생율 감소, 산란선 에너지 증가 등의 이유로 전방산란율이 점차 포화상태에 이르렀다.
- 그리고 엑스선관과 벽에서 각각 0~1%, 0~1% 정도 발생하였다. 관전압이 80 kV에서 140 kV로 증가할 때 팬톰의 산란선 발생률은 98.8%에서 95.4%로 감소하였으나 콜리 메이터, 엑스선관, 벽에서 발생한 산란선 비율은 증가하였다. 특히 위 관전압 증가에 대해 콜리메이터와 엑스선 관에서 발생하는 산란선량은 0.
- 관전압이 40~140 kV로 증가할 때 전방산란율은 66~80%로 측방산란율 및 후방산란율보다 높은 값을 나타내었다. 관전압이 증가함에 따라 전리함에 도달하는 산란선의 유효체적이 증가하여 전방산란율이 증가하였다. 하지만 관전압이 80 kV 이상이 되면 선 감약계수의 감소경향이 둔화되고 산란선 발생률이 감소함에 따라 전방산란율이 점차 포화상태에 이르렀다.
- 9%로 증가하였다. 따라서 콜리메이터와 엑스선관에서 발생하는 산란선은 관전압이 높아질수록 공간산란선량에서도 그 발생률이 증가할 것으로 예측된다. 한편 콜리메이터를 닫았을 때 콜리메이터에서 발생하는 산란선은 1/5 정도 감소하였으나 엑스선관에서 발생한 산란선량은 거의 변화가 없었다.
- 조사면의 크기가 팬톰의 크기(36×36 cm2)에 가까워질수록 팬톰에서 흡수되는 산란선의 비율이 급격히 감소하고 이로 인해 측방산란율이 크게 증가함을 알 수 있다.
- 촬영실 내 산란선 발생요소 중 팬톰이 차지하는 비율은 최대 98.8%이었으며 관전압이 80 kV에서 140 kV로 증가할 때 팬톰의 산란선 발생률은 3.4% 만큼 감소하였다. 반면에 관전압이 증가할 때 콜리메이터, 엑스선관에서의 산란선 발생률은 3% 만큼 증가하였다.
- 4%로 감소하였으나 콜리 메이터, 엑스선관, 벽에서 발생한 산란선 비율은 증가하였다. 특히 위 관전압 증가에 대해 콜리메이터와 엑스선 관에서 발생하는 산란선량은 0.05 mR에서 1.04 mR으로 20배 이상 증가하였고 산란선 비율도 0.9%에서 3.9%로 증가하였다. 따라서 콜리메이터와 엑스선관에서 발생하는 산란선은 관전압이 높아질수록 공간산란선량에서도 그 발생률이 증가할 것으로 예측된다.
- 엑스선 촬영실에서 산란선을 발생시킬 수 있는 주요소는 피사체 즉, 환자이며 그 외에 콜리메이터, 엑스선관 등에서 일부 누설된 산란선과 이 산란선들에 의해 벽에서 발생한 산란선이 촬영실 내 공간산란선에 기여하게 된다. 팬톰 피사체에서 발생한 산란선은 관전압 및 조사면의 크기와 함께 증가하였으며 특히 측방산란율은 조사면이 팬톰 크기에 가까워짐에 따라 크게 증가하는 경향을 나타내었다. 한편 팬텀의 두께가 12 cm인 경우 후방산란율은 관전압이 120kV일 때 거의 포화상태에 도달하였으며 140 kV 이상에서는 감소할 것으로 예측된다.
- 이 결과는 조직등가 물질에 대한 후방산란을 30~ 40%로 보고한 기존 연구결과8)와 유사한 경향을 나타내고 있었다. 팬톰의 두께가 두꺼울수록 산란선의 총 발생량 증가로 후방산란율이 증가함을 알 수 있다. 팬텀의 두께가 12cm인 경우 관전압이 증가함에 따라 후방산란율의 증가율이 점차 둔화되다가 120 kV에서 포화상태에 도달하고 이로는 감소하는 경향을 나타내었다.
- 팬톰의 좌측과 우측 산란선량은 비슷한 값을 나타내었으나 팬톰의 하부(음극측) 산란선량이 상부(양극측) 산란선량 값 보다 높게 측정되었는데 이는 heel effect의 영향으로 판단된다. 한편 촬영실의 문이 열린 상태에서 촬영실 밖에서 관측한 산란선량은 0.066 mR으로 측정값 중 가장 낮은 값을 나타내었고 팬톰 하부 1 m 지점에 비해 97% 산란선이 감소하였다.
후속연구
- 촬영실 내의 공간선량은 팬톰을 중심으로 다양한 분포를 나타내고 있으나 방사선작업종사자의 주당 허용선량인 100 mR을 고려한다면 팬톰으로부터 1 m 거리에서 1 mR 정도의 선량은 매우 높은 값으로 평가할 수 있다. 조사야, 관전압, 팬텀의 두께 등의 조건에 따라 공간선량값의 변화가 클 것으로 예측되므로 조사조건을 최적화하고 팬톰으로부터 충분한 거리를 확보하여야 방사선 피폭으로부터 안전을 보장받을 수 있을 것으로 사료된다.
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