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문제 정의
- 본 연구는 진단용 X선 발생장치를 이용하여 흉부와 복부 검사를 시행할 때 환자의 피폭선량을 감소시키는 역할을 하는 부가필터 재질 변화에 따른 피부표면과 검사실 내의 공간선량의 분포에 대하여 알아보았다.
- 이에 본 연구는 X선 검사 시 부가필터에 따른 검사실 내의 공간선량에 대한 평가와 부가필터의 재질을 다양화하여 식약청 권고사항과 비교 평가를 통해 환자 및 작업종사자 피폭을 감소할 수 있는 적절한 필터의 재질을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 표면선량 측정은 모의피폭체의 표면에서 면적(㎠)당 광자의 수(N)를 측정하였으며, 스펙트럼은 1 keV 단위로 측정하였다. 공간선량 측정은 반지름 5 ㎝인 가상의원형 검출기를 위치하여 면적(㎠)당 광자 수(N)를 측정하였다. 이 때 사용한 tally는 f5번으로 하였으며, 오차를 3% 이내로 하여 신뢰성을 확보하였다.
- 따라서 부득이하게 보호자 또는 작업종사자가 검사 중 검사실 내에 위치해 있어야 할 경우 양극방향으로 위치해 있는 것이 피폭선량을 줄일 수 있는 방법으로 판단된다. 끝으로 본 연구는 X선 검사 중 검사실 내의 공간선량분포에 대하여 평가하였다. 하지만 환자를 제외하고는 검사 중 검사실 내에 위치해 있을 경우는 드물다.
- 먼저 타깃의 경우 각도는 일반적으로 사용하는 12°,재질은 텅스텐(Tungsten, W74, 밀도 19.26 g/㎤)을 사용하였으며, 타깃을 차폐하는 X-선관은 납(Lead, Pb82, 밀도 11.34 g/㎤)을 사용하여 원통 모양으로 타깃을 둘러싼 형태로 모사하였다[10][Fig. 1].
- 모사한 X선관, 모의피폭체 및 필터를 바탕으로 모의실험을 진행하였다. 현재 일반검사에서 가장 횟수가 많은 검사로 전체 방사선 검사의 30 ～ 60%를 차지하고 있는 흉부검사와 인체 검사 부위 중 장기가 밀집되어있는 복부를 선택하여 모의실험하였다[14].
- 모사한 흉부와 복부 모의피폭체에 대하여 표면과 촬영실내의 공간에 대하여 전자 당 생성된 광자의 플루언스율을 측정하여 나타내었다.
- 모의피폭체가 위치한 SSD 100 ㎝ 지점에서 사 방향으로 50 ㎝, 100 ㎝ 지점 8곳을 선정하여 광자플루언스율을 측정한 후 표면에서의 광자플루언스율을 기준으로 백분율로 나타내었다. Al의 경우 모의피폭체에서 50㎝ 이격된 지점에서는 표면을 기준으로 평균 약 53.
- 모의피폭체가 위치한 SSD 180 ㎝ 지점에서 사 방향으로 50 ㎝, 100 ㎝ 지점 8곳을 선정하여 광자플루언스율을 측정한 후 표면에서의 광자플루언스율을 기준으로 백분율로 나타내었다. 먼저 Al의 경우 모의피폭체에서 50 ㎝ 이격된 지점에서는 표면을 기준으로 평균 약 61.
- 39×10-8 개/e의 값을 보였다. 생성된 광자에 대하여 에너지분포를 보기 위하여 스펙트럼을 측정하였으며, 각 재질별 스펙트럼을 [Fig. 5]로 나타내었다. 이를 세부적으로 살펴보면, 각 재질별 평균에너지는 CaWO4, Cu, Ni, Gd+Ba, Al 순으로 46.
- 74×10-8 개/e의 값을 보였다. 생성된 광자에 대하여 에너지분포를 보기 위하여 스펙트럼을 측정하였으며, 각 재질별 스펙트럼을[Fig. 3]으로 나타내었다. 이를 세부적으로 살펴보면, 각 재질별 평균에너지는 CaWO4, Cu, Ni, Gd+Ba, Al 순으로 55.
- 이를 바탕으로 부가필터 재질 변화에 따른 모의피폭체 표면과 검사실내 공간에 대한 광자플루언스율을 측정하여 평가하였다.
- 저에너지영역을 흡수하는 부가필터의 역할을 평가하기 위해 피폭체의 표면선량을 스펙트럼으로 측정하였다. 이후 공간선량을 평가하기 위해 피폭체를 중심으로사 방향으로 거리 50, 100 ㎝ 총 8 지점에 대하여 광자플루언스율(Photon fluence rate)을 측정하였다.
- 저에너지영역을 흡수하는 부가필터의 역할을 평가하기 위해 피폭체의 표면선량을 스펙트럼으로 측정하였다. 이후 공간선량을 평가하기 위해 피폭체를 중심으로사 방향으로 거리 50, 100 ㎝ 총 8 지점에 대하여 광자플루언스율(Photon fluence rate)을 측정하였다.
- 표면선량 측정은 모의피폭체의 표면에서 면적(㎠)당 광자의 수(N)를 측정하였으며, 스펙트럼은 1 keV 단위로 측정하였다. 공간선량 측정은 반지름 5 ㎝인 가상의원형 검출기를 위치하여 면적(㎠)당 광자 수(N)를 측정하였다.
대상 데이터
- [Table 3]은본 실험에서 시행한 검사조건으로 식품의약품안전처에서 권고하고 있는 흉부와 복부의 검사조건을 참고하였다[13]. 마지막으로 본 연구에서 선택한 부가필터의 재질은 상용화 되어있는 알루미늄을 기본으로 일반검사실에서 사용이 쉽고 쉽게 구할 수 있는 재질 구리(Cu), 니켈(Ni), 회중석(CaWO4), 브롬산가돌리늄(Gd+Ba) 4가지를 선택하였다. 각 재질별 원자번호와 밀도는 table 4로 나타내었으며, 본 실험에서 설정한 각 재질별 두께는 [Table 5]로 나타내었다.
- 31(American Association of Physicists in Medicine; AAPM)에서 제공한 복부와 흉부 피폭체를 모사하였다[11]. 복부의 경우 인체등가물질인 아크릴(Plexiglass, C5O2H8, 밀도 1.16 g/㎤) 재질을 사용하여 총 두께 17.78 ㎝으로 구성하였다. 흉부의 경우 아크릴 10.
- 필터의 역할은 환자에게 피폭의 주원인이 되는 저에너지대의 광자를 제거하여 피폭선량을 줄이는 것을 목적으로 하며, 고유필터와 부가필터로 구분 된다[10]. 본연구에서는 모의실험 프로그램 특성상 X선관 자체의 고유여과를 모사할 수 없기에 고유필터를 추가하였으며, 그 두께는 1 mm의 알루미늄 재질을 선택하였다[12]. 부가필터의 경우 식약청에서 제시한 알루미늄 재질을 사용하였으며, 각 에너지대별 권고하는 두께를 table 2로 나타내었다[13].
- 본연구에서는 모의실험 프로그램 특성상 X선관 자체의 고유여과를 모사할 수 없기에 고유필터를 추가하였으며, 그 두께는 1 mm의 알루미늄 재질을 선택하였다[12]. 부가필터의 경우 식약청에서 제시한 알루미늄 재질을 사용하였으며, 각 에너지대별 권고하는 두께를 table 2로 나타내었다[13].
- 모사한 X선관, 모의피폭체 및 필터를 바탕으로 모의실험을 진행하였다. 현재 일반검사에서 가장 횟수가 많은 검사로 전체 방사선 검사의 30 ～ 60%를 차지하고 있는 흉부검사와 인체 검사 부위 중 장기가 밀집되어있는 복부를 선택하여 모의실험하였다[14]. [Table 3]은본 실험에서 시행한 검사조건으로 식품의약품안전처에서 권고하고 있는 흉부와 복부의 검사조건을 참고하였다[13].
데이터처리
- 본 실험은 몬테칼로 기법을 바탕으로 하는 MCNPX프로그램(Ver.2.5.0)을 사용하여 모의실험을 진행하였다. 먼저 타깃의 경우 각도는 일반적으로 사용하는 12°,재질은 텅스텐(Tungsten, W74, 밀도 19.
이론/모형
- 1]. 모의피폭체는AAPM report No. 31(American Association of Physicists in Medicine; AAPM)에서 제공한 복부와 흉부 피폭체를 모사하였다[11]. 복부의 경우 인체등가물질인 아크릴(Plexiglass, C5O2H8, 밀도 1.
성능/효과
- 광자플루언스율(Photon fluence rate)을 보면, 식품의약품안전처에서 권고하는 알루미늄 재질의 부가필터 두께 1.5 mm에서는 3.38×10-8 개/e의 값이 측정되었다.
- 광자플루언스율을 보면, 식품의약품안전처에서 권고하고 있는 알루미늄 재질의 부가필터 두께 1.0 mm에서는 7.10×10-8 개/e의 값이 측정되었다.
- 그 결과, 모의피폭체 표면의 광자플루언스율은 Al, Ni, Cu, Gd+Ba, CaWO4 순으로 많은 양이 측정되었으며, 평균에너지는 반대로 CaWO4에서 가장 높은 값을 나타냈다. 이는 각 재질마다 원자번호와 밀도가 다르기 때문에 광자의 감약 정도가 다르게 나타난 것으로 사료되며, 이에 따라 저에너지 광자에서 감약율이 높아 광자플루언스율이 낮은 재질에서 평균에너지가 높게 측정된 것으로 판단된다.
- 다만, 원자번호와 밀도가 다르기 때문에 두께의 보정이 필요하다고 생각되며, 그 두께의 정도는 Cu, Ni 모두 Al의 약 1/10정도 인 것으로 판단된다. 둘째, 사 방향에서 Heel effect 효과로 인하여 양극 방향에서 산란선이 낮게 나오는 것을 알 수 있었다. 따라서 부득이하게 보호자 또는 작업종사자가 검사 중 검사실 내에 위치해 있어야 할 경우 양극방향으로 위치해 있는 것이 피폭선량을 줄일 수 있는 방법으로 판단된다.
- 모의실험을 통해 환자의 피폭선량을 감소시키고 검사실 내의 공간선량을 줄일 수 있는 재질을 찾고자 실험한 본 연구의 결론은 첫째, 흉부검사에서는 현재 권고하고 있는 Al의 재질을 Cu, Ni 재질이 충분히 대체 가능하다고 판단된다. 다만, 원자번호와 밀도가 다르기 때문에 두께의 보정이 필요하다고 생각되며, 그 두께의 정도는 Cu, Ni 모두 Al의 약 1/10정도 인 것으로 판단된다.
- 5]로 나타내었다. 이를 세부적으로 살펴보면, 각 재질별 평균에너지는 CaWO4, Cu, Ni, Gd+Ba, Al 순으로 46.61 keV, 46.28keV, 46.01 keV, 44.07 keV, 42.67 keV으로 나타났다.
- 흉부와 복부 중 흉부검사에서 공간선량이 낮게 측정되었으며, 동일 검사에서 50 ㎝ 보다 100 ㎝에서 선량이 낮게 측정되는 것을 알 수 있었다. 이는 기존의 이론인 거리역자승의 법칙에 따른 것으로 사료되며, 본 연구에서는 1차선이 아닌 2차선으로 역자승보다 더 높은 감약률을 보인 것으로 사료된다[15].
후속연구
- 하지만 환자를 제외하고는 검사 중 검사실 내에 위치해 있을 경우는 드물다. 추후 검사실 내부가 아닌 검사실 외부(콘솔룸, 복도 등)의 선량에 대한 실험을 추가한다면 방사선 관계종사자 및 X선 검사실의 방사선방어 측면에 있어서 좋은 자료를 제공할 수 있을 것으로 생각된다.
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