[논문]국산 근접치료용 Ir-192 선원의 개발 및 실용화 동향

손광재; 정동혁

국산 근접치료용 Ir-192 선원의 개발 및 실용화 동향
Development and Application of Ir-192 Brachytherapy Source in Korea 원문보기

Progress in Medical Physics = 의학물리, v.23 no.4, 2012년, pp.326 - 332

손광재 (한국원자력연구원 동위원소기술개발부) , 정동혁 (동남권원자력의학원 연구센터)

초록
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최근 전 세계적인 원자로 시설의 감축으로 인한 수입 치료용 동위원소의 가격 상승으로 인하여 의료기관에서 근접치료기 운영에 문제가 되고 있다. 본 보고서에서는 국내에서 생산한 두 종류 Ir-192 선원(직경 4.5 mm와 1.1 mm)의 개발 과정과 기술 동향 대하여 제시하였다. 이 보고서의 내용이 근접치료기를 운영하는 의료기관에서 정책 수립에 도움이 되기를 바란다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, there are difficulties in operating brachtherapy machine in the radiotherapy department because of increasing the source price with decreasing nuclear reactor in the world. The development and technical features of the Ir-192 HDR sources (4.5 mm, 1.1 mm in diameter) in Korea were described in this report. We expect that this report will be helpful for hospitals to make the long-term plan for operating and managing HDR brachytherapy machine.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

1 mm 밀봉선원은 약 37 GBq의 방사능을 가지며, 1997년에 개발에 착수하여 2006년 특수형방사성물질설계승인 획득으로 개발이 완료되었고, 2010년 국내 기업에 제조 기술을 이전하여 국내 및 해외에 상용공급을 시작하고 있다. 본 보고서에서는 향후 국산 선원의 활발한 사용을 기대하면서 현재까지 한국원자력연구원에서 추진한 선원의 개발과 상용화 과정에 대하여 기술하였다.
따라서 개발된 선원의 국내 외 보급 확대와 시장 개척을 위해서는 국내 고유 모델의 근접치료기 개발이 필요하다. 본 연구원에서는 현재 국내 고유모델의 근접치료기, 치료계획 소프트웨어 및 전용 HDR 선원의 개발 계획을 수립하고 있다.
이 선원은 Buchler 근접치료기에 적용하기 위해 개발되었다. 이 장비는 원래 Co-60 선원을 사용하는 장비이지만, 당시 Co-60 선원의 공급이 원활하지 못하였기 때문에 Ir-192를 대체용 선원으로 개발한 것이다.

가설 설정

8%까지 오차를 보인바 있다.¹³⁾ 현재의 방사능 측정 방법은 국내의 의료기관에서 수행하는 측정 결과와 유사한 오차 범위를 가진다고 할 수 있다. 그렇지만 의료기관에서 국산 선원을 사용하는 경우에 선원을 측정하고 차이를 확인 후 사용해야 함은 정도관리의 측면에서 필수적이다.

제안 방법

개발된 Ir-192 선원에 대한 방사능 평가는 실제 코어의 방사능이 아닌 캡슐을 포함한 겉보기 방사능(Apparent activity)에 대하여 평가된다. 본 연구소에서는 Ir-192 전용 홀더를 장착한 우물형전리함(HDR-1000 plus, Standard Imaging Inc, USA)와 동일 제작사의 MAX-400 전기계 전기계를 사용하여 측정을 수행하고 있다.
개발된 Ir-192 선원의 실용화를 위해서 ISO 기준 및 원자력안전법에 따라 다양한 시험이 수행되었다. ISO-2919(C53211)⁶⁾ 기준에 따라 온도, 외부압력, 충격시험, 누설 등에 대한 검사가 수행되었으며, ISO-9978⁷⁾ 기준에 따라 누설율 측정이 수행되었다.
개발된 선원에 대한 전임상 시험은 주요 치료 장비인 뉴클레트론(Nucletron)과 감마메드(GammamMed)를 이용하여 수행되었다.^4,5) 전임상 시험은 선원과 장비의 하드웨어적 호환성 검사, 선량분포 검사 그리고 세포 실험 검사로 구성되었다.
Ir-192 선원은 그 크기가 작고 방사능이 높기 때문에 선원의 조립 및 취급이 어렵기 때문에 이러한 용접 공정은 동화 되어야 한다. 따라서 본 연구소에서는 레이저 용접기, 선원 케이블의 절단 및 용접장치, 선원캡슐 용접장치, 제어장치 등으로 구성된 Fig. 4와 같은 반자동 조립 시스템을 개발하였다.
용접은 Nd-YAG 펄스 레이저로 수행 되며 다양한 시도로부터 결정된 조건은 Table 1과 같다. 또한 용접 후 Fig. 3과 같이 단면검사를 통하여 접합부의 건전성을 확인하도록 하였다.
선원캡슐 및 커넥터는 STS-316L 재질이고 연결 스프링은 STS-304 재질로 제작하였다. 방사능 코어는 연구용 하나로에서 중성자 조사를 통하여 제작한 이리듐 디스크(직경 2.5 mm, 두께 0.25 mm)를 10장 적층하여 제작하였다. 이 선원의 기기 적용성 시험은 1998년 국내병원(계명대 동산의료원)에서 실시되었으며, 1999년부터 국내기업(호진산업)에 제조기술을 이전하여 상용화한 후 현재 국내 병원 2곳에 공급하고 있다.
본 연구소에서 실제 측정은 핫셀(Hot-cell)에서 로봇 조작기(Manipulator)로 선원을 우물형전리함에 삽입하는 방법으로 측정한다. 우물형 전리함의 내부는 주변공기와 열평형에 도달하는데 5시간 이상이 소요되는 것으로 알려져 있으므로 전리함과 관련 기기들을 측정 하루 전에 설치한다.
개발된 Ir-192 선원에 대한 방사능 평가는 실제 코어의 방사능이 아닌 캡슐을 포함한 겉보기 방사능(Apparent activity)에 대하여 평가된다. 본 연구소에서는 Ir-192 전용 홀더를 장착한 우물형전리함(HDR-1000 plus, Standard Imaging Inc, USA)와 동일 제작사의 MAX-400 전기계 전기계를 사용하여 측정을 수행하고 있다. Fig.
선원의 개발 후에도 선원의 안전한 수송을 위해서 전용 운반용기의 제작이 필요하다. 본 연구소에서는 해외 수출을 고려한 운반용기를 설계하였고, 우라늄(DU)을 차폐체로 활용하여 용기 무게를 줄임으로써 운반 효율을 높였다. Fig.
이때 우물형 전리함은 바닥에서 최소 50 cm 이상 떨어진 곳에 설치하며, 연결선을 이용하여 전기계와 연결한 후 약 1시간 동안 워밍업(Warming up)을 실시한 후 측정을 수행한다. 본 측정 방법은 한 대학병원에서 평가한바 있는데, 개발한 선원을 감마메드 장비(GammaMed 12i, Germany)에 장착하고 본 연구소의 전리함(HDR-1000 plus)과 병원의 전리함(PTW-우물형전리함)으로 각각 측정하여 결과를 비교하였다. 그 결과 본 연구소에서 측정한 겉보기 방사능 값이약 1.
제작된 캡슐에 대해 ISO (국제표준화기구) 및 원자력안전 위원회기술부 고시에 따른 안전성 시험을 통과하였고, 2006년 밀봉선원 안전성에 대한 KOLAS (한국인정기구) 인증서와 특수형방사성물질 설계승인을 획득하였다. 제작 완료된 선원 시제품에 대해 국내 병원(아주대학교병원, 원광 대학교병원)에서 기존 치료 장비와의 호환성과 선량특성 및 구동 안전성 시험 등 전임상 시험을 실시하였다.^4,5) 또한 한국원자력연구소에서는 선원의 운송을 위한 운반용기를 개발하여 법적기준을 만족하는 운송수단을 확보하였다.

대상 데이터

본 기술보고서에서는 개발과 기술이전이 완료된 근접치료용 Ir-192 선원에 대하여 기술하였는데, 이외에도 안구질환 치료용 P-32 베타선원의 생산 기술을 완료하였고, 전립선암 치료용 I-125 소형 밀봉선원의 경우에는 현재 대량생산 체제를 구축하여 상용 공급을 준비하고 있다. 이러한 선원들에 대한 연구 결과는 추후 보고하고자 한다.
1과 같이 Ir-192 디스크와 이를 밀봉하고 있는 선원캡슐, 연결스프링 그리고 장치와의 연결부인 커넥터로 구성되어 있다. 선원캡슐 및 커넥터는 STS-316L 재질이고 연결 스프링은 STS-304 재질로 제작하였다. 방사능 코어는 연구용 하나로에서 중성자 조사를 통하여 제작한 이리듐 디스크(직경 2.
이 장비는 원래 Co-60 선원을 사용하는 장비이지만, 당시 Co-60 선원의 공급이 원활하지 못하였기 때문에 Ir-192를 대체용 선원으로 개발한 것이다. 이 선원은 Fig. 1과 같이 Ir-192 디스크와 이를 밀봉하고 있는 선원캡슐, 연결스프링 그리고 장치와의 연결부인 커넥터로 구성되어 있다. 선원캡슐 및 커넥터는 STS-316L 재질이고 연결 스프링은 STS-304 재질로 제작하였다.
이러한 배경과 함께 1997년에 한국원자력연구원에서는 고선량률 강내 치료용 장비에 장착될 수 있는 Ir-192 밀봉 소선원의 개발을 시작하였으며, 먼저 기존 장비에 호환이 가능하도록 선원과 와이어를 설계하였고 레이저를 활용한 밀봉 용접과 생산 장치를 개발하였다. 제작된 캡슐에 대해 ISO (국제표준화기구) 및 원자력안전 위원회기술부 고시에 따른 안전성 시험을 통과하였고, 2006년 밀봉선원 안전성에 대한 KOLAS (한국인정기구) 인증서와 특수형방사성물질 설계승인을 획득하였다. 제작 완료된 선원 시제품에 대해 국내 병원(아주대학교병원, 원광 대학교병원)에서 기존 치료 장비와의 호환성과 선량특성 및 구동 안전성 시험 등 전임상 시험을 실시하였다.

이론/모형

이와 같이 제작된 운반용기는 원자력안전위원회고시 2012-49호및 IAEA Safety Series No. TS-R-1：2000, US 10 CFR Part 71：1994에 따른 안전성 시험을 실시하여 KOLAS 인증서를 획득하였다.^8,9)

성능/효과

12) 국내의 한 연구에서 의료기관들의 수입 선원 방사능을 측정한 결과 최대 −2.8%까지 오차를 보인바 있다.
그 결과 본 연구소에서 측정한 겉보기 방사능 값이약 1.7∼2.5% 낮은 것으로 나타났다(Table 2).

후속연구

이와 같이 원자력연구원에서는 다양한 선원의 개발과 응용 및 시험과 장비 개발을 추진하고 있으며 향후에도 계속될 것이다. 앞으로 의학물리학 분야의 많은 관심을 바라며, 특히 환자 치료에 있어 장비의 성능과 품질 관리에 역할을 다하는 의학물리학자들의 예리한 자문을 기대한다.
이는 현재 수입 선원의 경우에도 선원을 교체하는 경우에 의학물리학자에 의하여 측정후 오차를 평가하고 사용하고 있는 것과 동일하다. 추후 Ir-192에 대한 표준이 확립될 때까지 본 연구소에서도 측정의 정확성을 높이기 위한 노력을 해야 할 것으로 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	종양의 치료에 주로 사용되는 방법은?	각종 종양의 치료에는 외과적 수술, 약물을 이용한 화학 요법 그리고 방사선치료가 주로 사용되며 경우에 따라서는 이들 기술을 병용하여 사용한다. 이중 방사선치료는 외부 방사선을 이용한 원격치료와 방사선원을 병소에 직접 근접시키는 근접치료로 분류될 수 있다.
	방사선치료는 어떻게 분류되는가?	각종 종양의 치료에는 외과적 수술, 약물을 이용한 화학 요법 그리고 방사선치료가 주로 사용되며 경우에 따라서는 이들 기술을 병용하여 사용한다. 이중 방사선치료는 외부 방사선을 이용한 원격치료와 방사선원을 병소에 직접 근접시키는 근접치료로 분류될 수 있다. 근접치료는 정상조직에는 방사선의 영향을 최소화하면서 병소에 다량의 방사선을 조사할 수 있어 몇몇 종양의 치료에 탁월한 효과를 보이는 것으로 알려져 있다.
	Ir-192 선원의 구성은?	이 선원은 Fig. 1과 같이 Ir-192 디스크와 이를 밀봉하고 있는 선원캡슐, 연결스프링 그리고 장치와의 연결부인 커넥터로 구성되어 있다. 선원캡슐 및 커넥터는 STS-316L 재질이고 연결 스프링은 STS-304 재질로 제작하였다.

참고문헌 (13)

한현수: 방사성동위원소 및 방사선원 개발에 관한 연구. 한국 원자력연구소 (2003)
www.kaeri.re.kr 보도자료(2007.2.30)
www.ytn.co.kr 사회면(2007.3.21)
정동혁, 이강규, 김수곤, 문성록: 한국원자력연구소에서 개발한 Ir-192 선원의 감마메드 치료기 호환성 연구. 의학물리, 21(1): 78-85 (2010)

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전미선, 오영덕, 강승희, 김미화, 길훈종: Ir-192를 이용한 근접 치료용 원격조정 방사선원의 개발. 과학기술부보고서(2000)
Radiation Protection - Sealed radioactive source - General requirement and classification, ISO-2919:1999(E)
Radiation Protection - Sealed radioactive source - Leakage test method, ISO-9978:1992(E)
교육과학기술부: 방사성물질등의 포장 및 운반에 관한 규정, 원자력안전위원회 고시 제2012-49호(2012)
IAEA: IAEA Safety Standard Series No. TS-R-1 Para 708
한현수: 방사성동위원소 및 방사선원 개발, KAERI RR-2349 (2002)
IAEA TECDOC 1274: Calibration of photon and beta raysources used in brachytherapy. International atomic energy agency, Vienna (2002)
AAPM Report No. 43: Dosimetery of interstitial Brachytherapy Source. American Association of Physicists in Medicine, New York (1995)
허현도, 최진호, 최상현 등: 측정용 전리함에 따른 고선량율 근접치료용 방사성 선원의 겉보기 활성도의 정확도 비교 분석, 의학물리 19: 305-312 (2008)

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