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휴대용 단말 기반 의료용 무선 방사선 모니터링 시스템 개발
Development of a Portable Device Based Wireless Medical Radiation Monitoring System 원문보기

방사선방어학회지 = Radiation protection : the journal of the Korean association for radiation protection, v.39 no.3, 2014년, pp.150 - 158  

박혜민 (명지대학교) ,  홍현승 (명지대학교) ,  김정호 (명지대학교) ,  주관식 (명지대학교(자연캠퍼스) 물리학과)

초록
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각 의료기관 내 방사선 관련 종사자나 방사선 치료환자들은 진단 및 치료 시 필연적으로 의료상 피폭을 수반하게 된다. 국제방사선방호위원회(ICRP) 권고나 국제원자력기구(IAEA)의 기준에 따라 기준선량 제약치를 적용 및 권고 받고 있지만 1차 피폭대상자인 종사자나 환자들의 피폭최적관리를 위해서는 잠재적인 피폭대상자들에게 기존의 피폭관리 시스템보다 직접적이고 가용성이 높은 측정 및 분석 방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기존에 구비된 휴대용 단말과 연동하여 원거리에서 실시간으로 방사선 모니터링이 가능한 시스템을 개발하였다. 모니터링 시스템은 검출부, 영상부, 통신부 세 부분으로 구성되었다. 검출부는 시스템의 소형화를 위해 실리콘 광증배소자(silicon photomultiplier) 기반 섬광검출기를 설계하였으며, 영상부는 무선 CCD (charge-coupled device)카메라 모듈을 사용하여 검출부와 함께 Bluetooth 통신모듈을 통해 휴대용 단말로 측정된 방사선 정보와 영상이 전송된다. 제작된 시스템은 성능 평가를 위해 진단용 X-ray 발생장치와 $^{137}Cs$, $^{22}Na$, $^{60}Co$, $^{204}Tl$, $^{90}Sr$ 선원을 사용하였다. 측정결과를 통해 개발된 시스템은 gamma, beta, X-ray에 대해서 검출 반응성을 확인하였고, 방사선 세기에 따른 응답 선형성과 MCNPX 전산코드를 이용한 측정 거리에 따른 시스템의 검출 정확도 평가 시 3% 내외의 오차범위를 확인하였다. 본 연구의 결과는 방사선 검출 시스템 구성의 비용절감 효과와 개인피폭정도관리에 기여할 것으로 기대한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Radiation-related practitioners and radiation-treated patients at medical institutions are inevitably exposed to radiation for diagnosis and treatment. Although standards for maximum doses are recommended by the International Commission on Radiological Protection (ICPR) and the International Atomic ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 의료기관 내 의료방사선 진단 및 치료 시 잠재적인 피폭대상자들의 안정성을 확보하기 위해 기존의 피폭관리 시스템보다 직접적이고 가용성이 높은 방사선 측정 및 감시 모니터링 시스템 연구개발의 필요성이 요구되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 Bluetooth 통신기반 방사선 검출기를 제작하여 기존에 구비되어진 휴대용 단말을 통해 원격으로 안전하게 개인 피폭관리가 가능한 시스템을 제작하고, 그 성능을 평가하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 Bluetooth통신기반 무선 방사선검출기를 제작하여 기존에 구비되어진 휴대용 단말을 통해 원격으로 안전하게 개인 피폭관리가 가능한 의료용 방사선 모니터링 시스템을 제작하고 그 성능을 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 개발한 모니터링 시스템은 무엇으로 구성되어 있는가? 따라서 본 연구에서는 기존에 구비된 휴대용 단말과 연동하여 원거리에서 실시간으로 방사선 모니터링이 가능한 시스템을 개발하였다. 모니터링 시스템은 검출부, 영상부, 통신부 세 부분으로 구성되었다. 검출부는 시스템의 소형화를 위해 실리콘 광증배소자(silicon photomultiplier) 기반 섬광검출기를 설계하였으며, 영상부는 무선 CCD (charge-coupled device)카메라 모듈을 사용하여 검출부와 함께 Bluetooth 통신모듈을 통해 휴대용 단말로 측정된 방사선 정보와 영상이 전송된다.
CsI:Tl의 특징은? 검출부로 사용될 섬광체로는 의료용 목적에 적합하도록 Gamma, beta, X-ray 검출에 반응성이 높은 CsI:Tl 무기 섬광체를 사용하였다. CsI:Tl은 550~570 nm의 최대방출파장을 가지며 1 μsec 감쇠시간, 1 MeV의 에너지를 갖는 하전입자에 대하여 약 5,2000개의 광자를 방출한다[2]. CsI:Tl의 크기는 검출소자로 사용되는 SiPM과의 결합 시광 검출율을 최대화 하기위해 MCNPX 전산코드를 통해 방사선흡수율 대비 크기를 최적화하였다(그림 1).
검출부의 신호처리장치의 구성이 필요함에 따라 무엇이 개발되었는가? 그림 3와 같이 제작된 검출부를 기반으로 무선 방사선 검출기를 구성하기 위해서는 검출기의 구동부, 전원부, 제어 연산부, 통신처리부 등의 신호처리장치의 구성이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 SiPM기반 무선 방사선 검출기 전용 DAQ (data acquisition)보드를 개발하였다. DAQ 보드는 구동부와 전원부로 구성되어지며 구동부는 구동회로, 성형증폭기, AD (Analog-digital) convertor 전원부는 주전원부와 승압부, 전원분배부로 설계하였다[6].
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참고문헌 (9)

  1. ICRP. Managing Patient Dose in Computed Tomo graphy. ICRP Publication 87. 2000:3-4. 

  2. Knoll GF. Radiation Detection and Measurement. 3rd ed. New York; John Wiley & Sons Inc. 2000:235. 

  3. Bloser PF, Legere JS, Jablonski LF et. al. Silicon Photo-Multiplier readouts for Scintillator based gamma-ray detectors in Space. IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC). 2010:357-360. 

  4. Osovizky A, Ginzburg D, Manor A et. al. SENTIRAD-An innovative personal radiation detector based on a scintillation detector and a silicon photomultiplier. Nucl. Instrum. Meth. A. 2011;652:41-44. 

  5. Chavanelle J, Parmentier M. CsI(Tl)-PIN photodiode gamma-ray probe. Nucl. Instrum. Meth. A. 2003;504:321-324. 

  6. Park HM, Jeon SH, Lee HK et al. Design of a Silicon Photomultiplier Based Compact Radiation Detector for Homeland Security Screening. IEEE Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications Conference Record (ANIMMA). 2013:1-5. 

  7. McGregor DS, Bellinger SL, Bruno D et. al. Wireless neutron and gamma ray detector modules for dosimetry and remote monitoring. IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC). 2007:808-812. 

  8. Smith DS, Stabin MG. Exposure rate constants and lead shielding values for over 1,100 Radionuclides. Health Phys. 2012;102(3):271-291. 

  9. Paixao L. Facure A, Santos AM et. al. Monte Carlo study of a new I-125 brachytherapy prototype seed with a ceramic radionuclide carrier and radiographic marker. J. Appl. Clin. Med. Phys. 2012;13(3):74-82. 

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