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제안 방법
- 본 연구에서는 방사성요오드 치료를 시행하고 있는 의료기관에서 널리 이용되고 있는 치료용 I-131 캡슐용기의 방사선 차폐능력과 안정성을 GEANT4 전사모사를 이용하여 평가하였다. 1.11 GBq 캡슐용기와 5.55 GBq 캡슐용기를 10 cm와 100 cm 거리에서 상부, 측면, 하부, 상부측면, 하부측면 다섯 방향에서 각각 1 kg에 물팬텀을 위치시켜 물 팬텀 내부에 용기의 누설선량을 측정하였다. 전산모사를 시행한 결과, 두 용기가 모든 방향에서 법적 기준치인 표면으로부터 거리 10 cm에서 2 mSv/h 이하 그리고 100 cm에서 0.
- 5) GEANT4는 C++ 프로그래밍 언어를 기반으로 하는 객체 지향형 범용 몬테카를로 전산모사 툴 키트로서 최초에는 고에너지 입자물리 실험에 활용하기 위해 개발되었으나, 코드의 뛰어난 유연성과 함께 물질 내 입자들의 거동에 대한 사실적 모사, 복잡한 구조에 대한 모델링 능력, 물체 및 입자궤도에 대한 뛰어난 가시화 능력, 모든 사용자에게 공개된 코드로서 웹상에서 접근이 편리하다는 점 등 많은 장점들을 바탕으로 입자물리 뿐만 아니라 우주 과학, 의학 물리학, 방사선 방어 등 광범위한 분야에서 활용이 확대되고 있다.6) 본 연구에서는 현재 핵의학 치료분야에서 널리 사용되고 있는 치료용 I-131 캡슐 용기를 몬테카를로 전사모사 툴키트인 GEANT4를 이용하여 캡슐의 내부 구조와 알약 형태의 방사성 요오드를 사실적으로 모델링하고 364 keV 이상의 비교적 높은 에너지와 방출률을 가진 감마 방사선에 대한 용기의 방사선 차폐 능력을 국내 법적 허용치를 기준으로 비교하였다.
- 누설설량의 측정은 치료용 I-131 캡슐용기의 방사선 차폐 능력을 평가하는 것이므로 “방사선기기”의 관점으로 분석을 수행하였다.
- 국내 갑상선암 환자의 발병률이 증가함에 따라 방사성요오드 치료가 필요한 환자가 증가하고 있다. 방사성요오드 치료에 이용되고 있는 캡슐용기들 중 1.1 GBq과 5.5 GBq의 국산제품에 설계도면을 바탕으로 차폐체를 구현한 후 366 keV 이상에 감마선들에 대하여 캡슐용기의 방사선 누설선량을 GEANT4 전사모사를 이용하여 평가하였다. 치료용 I-131 캡슐용기 누설선량을 측정하기 위해 각각의 용기에 대하여 용기 표면에서 10 cm 거리 및 100 cm 거리에서의 누설선량을 측정하였다.
- 차폐용기와 다르게 알약 형태의 방사성요오드는 둥근 형태의 양쪽 끝부분의 정밀한 구현이 어려워 모델링 과정에서는 원기둥 형태로 단순화하여 구현하였다. 방사성요오드와 캡슐용기의 절단면을 국산 치료용 캡슐용기의 설계도면을 바탕으로 시각화하였다(Fig. 1). 캡슐용기의 기하학적 구조(Geometry)를 구성하는 물질들의 조성 성분과 비율 그리고 밀도를 보여주고 있다(Table 1).
- 핵의학 치료 영역에서 널리 이용되고 있는 고용량 방사성요오드 치료를 위한 I-131의 이용은 암등록 통계자료와 동위원소 협회의 방사선 이용 통계자료 등에서와 같이 그 사용빈도가 급격히 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 방사성요오드 치료를 시행하고 있는 의료기관에서 널리 이용되고 있는 치료용 I-131 캡슐용기의 방사선 차폐능력과 안정성을 GEANT4 전사모사를 이용하여 평가하였다. 1.
- 572×107개의 감마선이 방출 확률에 따라 방출되는 것을 의미한다. 빔의 생성은 364.4 keV 이상에 에너지가 붕괴당 방출확률에 맞게 방출하도록 생성시켜 수행하였으며, 계산된 값을 법적 기준치와 비교할 수 있는 물리량으로 전환하기 위하여 초당 흡수선량(Gy/sec)으로 얻어진 데이터를 시간당 등가선량(mSv/hr)으로 변환하여 주었다. 계산이력은 결과의 정확성을 위해 4×109회로 하였다.
- 시뮬레이션 과정 동안 알약형태의 I-131 선원에서 364 keV 이상의 에너지를 가진 3000개의 감마선을 방출시켰을 때 캡슐용기와 상호작용하여 산란되는 과정을 시각화 하였다 (Fig. 3).
- 물 팬텀은 내부에 입사된 방사선의 에너지를 측정하여 흡수선량을 구할 수 있는 흡수체이면서 동시에 검출기의 기능을 한다. 실제 하나의 실험을 시행할 때는 그림과 같이 모든 검출기를 동시에 구성하지 않고 흡수체에 의한 물리적 영향을 배제하기 위해 하나의 흡수체를 두고 시뮬레이션 하는 방식으로 다섯 방향에서 따로 따로 계산하였다.
- 용기표면에서 10 cm 거리와 100 cm 거리에서의 누설 선량 측정은 방사형으로 발생되는 방사선을 위치별로 측정하기 위해 10×10×10 cm3 부피의 정육면체 형태의 물 팬텀 (phantom)을 상부, 상부측면, 측면, 하부측면, 하부 다섯 방향에 설치하여 누설선량을 계산하였다.
- 8) 이에 대한 구조기준은 운반용기의 표면 방사선량은 시간당 2 mSv/h를 초과하지 아니하여야 하는데, 표면 방사선량이라 함은 특수공구를 사용하지 아니하고 제거될 수 있는 방사선기기의 외부 부착물이 완전히 제거된 상태에서 신체 접촉이 가능한 방사선기기의 표면으로부터 10 cm의 거리에서 측정한 방사선량을 말한다. 즉, 표면으로부터 10 cm 거리에서 2 mSv/h를 초과하지 아니하면서 100 cm 떨어진 위치에서 방사선량은 0.02 mSv/h를 초과하지 않게 설계하여야 한다고 명시되어 있기 때문에 이를 기준으로 하여 안전성의 유무를 평가하였다.
- 7%의 납으로 구성하였고 차폐체와 선원 용기 사이, 차폐체 외부는 공기로 구성하였다. 차폐용기와 다르게 알약 형태의 방사성요오드는 둥근 형태의 양쪽 끝부분의 정밀한 구현이 어려워 모델링 과정에서는 원기둥 형태로 단순화하여 구현하였다. 방사성요오드와 캡슐용기의 절단면을 국산 치료용 캡슐용기의 설계도면을 바탕으로 시각화하였다(Fig.
- 5 GBq의 국산제품에 설계도면을 바탕으로 차폐체를 구현한 후 366 keV 이상에 감마선들에 대하여 캡슐용기의 방사선 누설선량을 GEANT4 전사모사를 이용하여 평가하였다. 치료용 I-131 캡슐용기 누설선량을 측정하기 위해 각각의 용기에 대하여 용기 표면에서 10 cm 거리 및 100 cm 거리에서의 누설선량을 측정하였다. 용기표면에서 10 cm 거리와 100 cm 거리에서의 누설 선량 측정은 방사형으로 발생되는 방사선을 위치별로 측정하기 위해 10×10×10 cm3 부피의 정육면체 형태의 물 팬텀 (phantom)을 상부, 상부측면, 측면, 하부측면, 하부 다섯 방향에 설치하여 누설선량을 계산하였다.
- 치료용 I-131 캡슐용기 외부에서의 방사선을 측정하기 위해 용기 둘레에 가상의 검출기(detector)를 구성하였으며 방사형으로 발생되는 방사선을 위치별로 측정하기 위해 용기표면에서 10 cm와 100 cm 거리에 10×10×10 cm3 부피의 정육면체 상자 형태의 물 팬텀(phantom)을 상부, 측면, 하부, 상부측면, 하부측면 다섯 방향에 설치하였다(Fig. 2).
대상 데이터
- 19를 사용하였으며 전산모사에 사용된 컴퓨터는 Intel i5 계열의 CPU가 장착된 개인용 PC를 사용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 시각화에는 GEANT4에 기본적으로 설정되어 있는 OpenGL 그래픽 드라이버를 이용하였다.
- 1 버전을 이용하였다. 저에너지 물리과정에 필요한 데이터는 G4EMLOW.6.19를 사용하였으며 전산모사에 사용된 컴퓨터는 Intel i5 계열의 CPU가 장착된 개인용 PC를 사용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 시각화에는 GEANT4에 기본적으로 설정되어 있는 OpenGL 그래픽 드라이버를 이용하였다.
- 선원을 감싸는 플라스틱 용기는 선원에서 방출되는 베타선을 차폐하는 역할과 외부 납용기와 완충 작용을 하면서 선원을 고정하는 기능을 하고 있다. 차폐 용기와 차폐 뚜껑과 연결된 납은 순도 99.7%의 납으로 구성하였고 차폐체와 선원 용기 사이, 차폐체 외부는 공기로 구성하였다. 차폐용기와 다르게 알약 형태의 방사성요오드는 둥근 형태의 양쪽 끝부분의 정밀한 구현이 어려워 모델링 과정에서는 원기둥 형태로 단순화하여 구현하였다.
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