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문제 정의
- 본 연구는 수입에 전량 의존하고 있던 DAP meter를 순수 국내기술로 제작하여 생산하기 위해 만든 프로토타입의 성능평가이다. 실험을 통해 국내기술의 DAP meter가 현재까지 어느 수준에 와 있는지 확인하고 상용화까지 부족한 점을 고쳐나갈 수 있도록 하는 것이 주된 목표이다.
- 본 연구는 수입에 전량 의존하고 있던 DAP meter를 순수 국내기술로 제작하여 생산하기 위해 만든 프로토타입의 성능평가이다. 실험을 통해 국내기술의 DAP meter가 현재까지 어느 수준에 와 있는지 확인하고 상용화까지 부족한 점을 고쳐나갈 수 있도록 하는 것이 주된 목표이다.
제안 방법
- 50 kVp부터 120 kVp까지 선량 의존성을 평가하기 위해, 0.6 mAs에서 48 mAs까지 관전류량의 변화에 따른 SFT-1 와 I사 제품의 데이터를 비교분석을 하였다. 선량의존성은 SFT-1와 I사 제품 모두 선형성을 99% 이상 만족하고 있다.
- SFT-1과 I사 제품을 각각 10회씩 반복 측정해서 변동계수(표준편차/평균값)를 산출하였다. SFT-1은 변동계수가 평균 4%, I사 제품은 변동계수 평균 2.
- 자체흡수율과 유사한 실험 배치에서 선량계 측정 대신에 조도계를 이용해서 DXG-350 속의 조사야 확인용 광원으로부터 나오는 빛을 측정함으로써 실제 광투과율이 얼마나 되는지 검사하였다. SFT-1과 I사 제품을 각각 총 10회 측정하여 비교하였다.
- 41 mAs에서 100 mAs까지 2배씩 증가 시켜가며 Relative Counts를 측정하였다. 두 번째 실험은 관전압을 100 kVp와 60 kVp로 나누어 관전류 50 mA를 고정한 다음 관전류량을 위와 같이 증가시키며 Relative Counts를 측정하였다.
- 3 반복성 항목에 따르면 같은 조건을 반복 측정할 때, 측정의 변동계수를 측정하여서 일정 값 (DAP ˂ 10 μGym2일 때 5%, DAP≥10 μGym2일 때 2%)을 넘지 않는 것을 권고하고 있다. 본 실험에서는 관전압 60 kVp, 80 kVp로 나누어 관전류량 10 mAs를 유지한 조사조건 상태에서 10회 반복 측정을 통해 SFT-1과 I사 제품을 비교분석 하였다.
- 선량의존성 측정을 위하여 SFT-1과 I사 제품을 조사조건을 다음과 같이 나누어 실험하였다. 관전압 50-70 kVp에서 는 0.
- 선질 의존성을 평가하기 위해 선량을 관전류량으로 나누어 관전류량에 의한 변수를 제거하였고, 관전압 조건을 변화 시키며 실험하였다. 그 결과 낮은 관전압대에서는 SFT-1과 I사 제품이 매우 유사하게 나타났으나 높은 관전압으로 갈수록 선량(dose)/관전류량(mAs)의 차이가 커졌다.
- 선질의존성 실험은 관전류량에 대한 변수를 제거하고 관전압에의한 선량계 응답을 비교한 것이다. 선질의존성의 경우 SFT-1이 I사 제품에 비해 관전압에 따른 관전류량당 선량 값이 1.
- 선질의존성을 보기 위해서 위 실험 결과 중에서 선량 (dose)/관전류량(mAs)의 데이터를 따로 정리하여 관전압 50-120 kVp 범위에서 SFT-1과 I사 제품을 비교하였다.
- 현재는 완성품이 아니고 프로토타입인 관계로 개선의 여지는 많이 남아있다. 성능평가는 IEC 60580에6) 의하여 이루어져야 하나 우선 실용성 여부를 판단하기 위하여 전자포집효율, 선량의존성, 선질의존성, 재현성, 자체흡수율, 광투과율에 대하여 독일산 I사의 면적선량계와 비교평가를 실시하였다7-9).
- SFT에서 제작한 이온챔버의 DAP 전극 4각 프레임은 플라 스틱 재질로 설계/제작되었고, 전자빔(E-beam) 증착장치를 활용하여 알루미늄으로 코팅하였다. 엑스선에 의해 발생된 전하(양이온 및 전자)를 획득하는 전극판을 고정시키는 사각 프레임은 금속성 물질(Al, ZnS)로 코팅하였다. 전자빔 증착장치를 사용하여 ZnS(Zinc Slufide, 황화아연)을 증착하였고, 증착된 두께는 대략 800~1,000Å이다.
- 그러나 아직 국산 면적선량계를 생산하지 못하고 있으며 전량을 수입에 의존하고 있다. 우리는 산학연협의체를 구성하여 순수 국내기술로 면적선량계를 개발하기로 하고 서울시 산학연 협력사업(C1152055)의 지원을 받아 국산 면적선량계 프로토타입(SFT-1)을 제작하였다. 센서물질과 이온챔버(Ion Chamber)는 주로 전기연구원에서 제작하였으며 표시회로는 SFTechnology(SFT)에서 제작하였다.
- 자체흡수율과 유사한 실험 배치에서 선량계 측정 대신에 조도계를 이용해서 DXG-350 속의 조사야 확인용 광원으로부터 나오는 빛을 측정함으로써 실제 광투과율이 얼마나 되는지 검사하였다. SFT-1과 I사 제품을 각각 총 10회 측정하여 비교하였다.
- 자체흡수율을 알기 위해 관전압을 높여가며 SFT-1과 I사 제품이 있을 때와 없을 때의 에너지 투과율을 구하였다. 자체흡수율은 [100-에너지 투과율(%)]로 계산할 수 있고, 그 결과 SFT-1은 대략 8%의 자체흡수율을 가지고 있었고, I사 제품은 10%의 자체흡수율을 가지고 있었다.
- 자체흡수율의 측정은 DAP meter가 존재할 때와 존재하지 않을 때 DAP 뒷면 위치에서 Air Kerma를 측정하여서 [DAP가 있을 때 선량 / DAP가 없을 때 선량 × 100 (%)]로 표현하였다.
- 전자포집효율은 DAP meter가 선량계로써 역할을 할 수 있는가를 확인하는 실험이었다. 전자포집효율이 작다면 선량 값에 대한 신뢰도가 낮아지기 때문이다.
- 전자포집효율을 알아보기 위해 2가지 경우를 나누어 실험을 하였다. 첫 번째 실험은 관전압을 60 kVp로 고정하고 관전류량(mAs)을 0.
- DAP meter가 존재함으로써 진단용 X선 촬영에서 Collimator 조도가 낮아지는 손해가 있으면 안 되기 때문에 DAP meter의 투명도를 측정하도록 권고된다. 조도계를 통해서 광속을 측정하여 광투과율을 측정했다. SFT-1과 I사 제품을 각각 사용해서 반복 측정해본 결과 SFT-1은 평균 55%의 광투과율, I사 제품의 경우는 83%의 광투과율을 나타냈다.
- 자체흡수율의 측정은 DAP meter가 존재할 때와 존재하지 않을 때 DAP 뒷면 위치에서 Air Kerma를 측정하여서 [DAP가 있을 때 선량 / DAP가 없을 때 선량 × 100 (%)]로 표현하였다. 조사조건을 60-100 kVp 범위에서 관전류량 10 mAs를 고정하고 SFT-1과 I사의 제품을 비교 측정하였다.
- 전자포집효율을 알아보기 위해 2가지 경우를 나누어 실험을 하였다. 첫 번째 실험은 관전압을 60 kVp로 고정하고 관전류량(mAs)을 0.41 mAs에서 100 mAs까지 2배씩 증가 시켜가며 Relative Counts를 측정하였다. 두 번째 실험은 관전압을 100 kVp와 60 kVp로 나누어 관전류 50 mA를 고정한 다음 관전류량을 위와 같이 증가시키며 Relative Counts를 측정하였다.
대상 데이터
- 전자빔 증착장치를 사용하여 ZnS(Zinc Slufide, 황화아연)을 증착하였고, 증착된 두께는 대략 800~1,000Å이다. I사 제품의 유연투명전극판 표면물질 구성원소는 인듐(In)과 실리콘 (Si) 및 산소(O)이며 유연투명전극판의 기판은 폴리카보네이트(Polycarbonate)와 같은 유연절연기판으로 구성되어있다. SFT-1의 기판은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 기본재질로 하였으며 코팅재질로 인듐주석산화물(ITO)을 사용하였다.
- I사 제품의 유연투명전극판 표면물질 구성원소는 인듐(In)과 실리콘 (Si) 및 산소(O)이며 유연투명전극판의 기판은 폴리카보네이트(Polycarbonate)와 같은 유연절연기판으로 구성되어있다. SFT-1의 기판은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 기본재질로 하였으며 코팅재질로 인듐주석산화물(ITO)을 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 X-선 장치는 단상전파정류 진단용엑스선발생장치(DXG-325R, DongA, Korea)를 이용하였다. SFT에서 제작한 이온챔버의 DAP 전극 4각 프레임은 플라 스틱 재질로 설계/제작되었고, 전자빔(E-beam) 증착장치를 활용하여 알루미늄으로 코팅하였다. 엑스선에 의해 발생된 전하(양이온 및 전자)를 획득하는 전극판을 고정시키는 사각 프레임은 금속성 물질(Al, ZnS)로 코팅하였다.
- 본 실험에 사용된 X-선 장치는 단상전파정류 진단용엑스선발생장치(DXG-325R, DongA, Korea)를 이용하였다. SFT에서 제작한 이온챔버의 DAP 전극 4각 프레임은 플라 스틱 재질로 설계/제작되었고, 전자빔(E-beam) 증착장치를 활용하여 알루미늄으로 코팅하였다.
- 본 연구에서는 임상환경에서 사용되는 진단용엑스선발생 장치를 사용하여 실험을 하였다. 그러나 실험을 진행하며 진단용엑스선발생장치의 출력이 불안정한 부분이 발견되어서 일정한 출력을 내는 방사성 동위원소 또는 표준 X-ray 장치를 이용한 추가 실험을 통해 본 실험 결과와의 비교가 필요하다.
- 1은 도포장치를 활용하여 제작된 ITO 투명유연전극판을 공기전리함용 사각 프레임에 장착한 모습이다. 실험 시에는 공기전리함과 전하량 카운트 전자회로가 결합되어 사용되었다.
- 전자빔 증착장치를 사용하여 ZnS(Zinc Slufide, 황화아연)을 증착하였고, 증착된 두께는 대략 800~1,000Å이다.
데이터처리
- 측정된 데이터는 평균값, 선량(dose)/관전류량(mAs) 비율, 오차율([SFT1 – I사 DAP 값의 차] / [I사 DAP 값]× 100 (%)), 그래프의 추세선 기울기 등으로 분석하였다.
성능/효과
- 60 kVp와 100 kVp에서 전자포집효율을 비교한 결과, 관전류량이 일정하더라도 진단용엑스선발생장치의 관전압이 크면 상대적으로 큰 선량이 발생하는데 SFT-1은 그 변화를 잘 반영하고 있음을 알 수 있다.
- 조도계를 통해서 광속을 측정하여 광투과율을 측정했다. SFT-1과 I사 제품을 각각 사용해서 반복 측정해본 결과 SFT-1은 평균 55%의 광투과율, I사 제품의 경우는 83%의 광투과율을 나타냈다.
- SFT-1과 I사 제품을 각각 10회씩 반복 측정해서 변동계수(표준편차/평균값)를 산출하였다. SFT-1은 변동계수가 평균 4%, I사 제품은 변동계수 평균 2.5%로 나타났다.
- IEC 60580 에서는 선형성이 92% 이상을 유지해야 한다고 권고하고 있다. SFT-1은 선형성이 99.5%로 상당히 높은 신뢰성을 유지하고 있고, I사 제품 대비 오히려 0.4%가 더 높았다. 또한 관전류량이 증가할수록 그에 비례하는 선량의 기울기가 SFT-1이 크기 때문에 보정계수를 적용해 줄 필요가 있다.
- 선질 의존성을 평가하기 위해 선량을 관전류량으로 나누어 관전류량에 의한 변수를 제거하였고, 관전압 조건을 변화 시키며 실험하였다. 그 결과 낮은 관전압대에서는 SFT-1과 I사 제품이 매우 유사하게 나타났으나 높은 관전압으로 갈수록 선량(dose)/관전류량(mAs)의 차이가 커졌다. 선질의 존성에서도 선형성은 모두 98% 이상을 나타내었다.
- 3%로 70 kVp일 때 SFT-1은 9%, I사 제품은 10%의 자체흡수율을 가지고 있었으므로 기준치를 만족하고 있다. 또한 SFT-1은 대조군인 I사 제품보다도 자체흡수율이 낮아 임상환경에서 얻을 수 있는 이득이 높다고 판단된다.
- 5%). 또한, 엑스선 선량에 대한 Relative Counts는 선형관계를 잘 유지하고 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구를 통해 보완할 부분을 찾아내었고 보완 중에 있으며 6가지 항목에서 4가지가 평가 기준을 통과하였기 때문에 DAP meter의 국산화 과정이 80% 이상 진행되었다고 판단이 된다.
- 전자포집효율이 작다면 선량 값에 대한 신뢰도가 낮아지기 때문이다. 실험 결과 대조군으로 사용한 I사 제품에 비해서 Relative counts는 높은 선량으로 갈수록 SFT-1이 I사 제품에 비해 90%의 효율까지 떨어졌다.
- 실험결과 전자포집효율, 선량의존성, 재현성은 국제규격을 만족하였으나, 이미 시장에 많이 보급되어 있는 제품과 비교하였을 때 부족한 면이 발견되었고, 선질의존성과 광투과율은 국제규격에 미달하였다. 이는 투명유연전극판 코팅의 기술적인 부분으로 보고 개선작업 중에 있다.
- 선량의존성은 SFT-1와 I사 제품 모두 선형성을 99% 이상 만족하고 있다. 엑스선량이 증가할수록 SFT-1이 더욱 민감하게 반응을 하였음을 확인할 수 있었다. Fig.
- 둘 모두 기준치에 미달하였다. 이 결과는 진단용엑스선발생장치의 자체조사선량 변동계수 2%가 실험 결과에 포함된 것으로, 실질적인 DAP meter만의 변동계수는 SFT-1이 2%, I사 제품이 0.5%로 볼 수 있다.
- 자체흡수율을 알기 위해 관전압을 높여가며 SFT-1과 I사 제품이 있을 때와 없을 때의 에너지 투과율을 구하였다. 자체흡수율은 [100-에너지 투과율(%)]로 계산할 수 있고, 그 결과 SFT-1은 대략 8%의 자체흡수율을 가지고 있었고, I사 제품은 10%의 자체흡수율을 가지고 있었다. Fig.
- 전체적인 평가 결과 프로토타입 SFT-1은 아직 상용화까지 부족한 부분이 있으나, 개선의 가능성이 충분하고 재료부터 회로까지 순수 국내기술로만 연구되고 있기 때문에 완성이 됐을 때 내수시장에 좋은 반응이 있을 것으로 예측이 된다.
- 측정 결과 선량 조건이 DAP≥10 μGym2이었을 때 SFT-1이 4%, I사가 2.5%가 나왔다.
- ’고 규정하고 있다. 측정결과 SFT-1은 55%의 광투과율을 보여주었는데, I사 제품의 83% 보다 낮을 뿐만 아니라 IEC 규격을 통과하지 못하는 수치이다.
후속연구
- 본 연구에서는 임상환경에서 사용되는 진단용엑스선발생 장치를 사용하여 실험을 하였다. 그러나 실험을 진행하며 진단용엑스선발생장치의 출력이 불안정한 부분이 발견되어서 일정한 출력을 내는 방사성 동위원소 또는 표준 X-ray 장치를 이용한 추가 실험을 통해 본 실험 결과와의 비교가 필요하다.
- 그리고 본 연구의 평가항목 6가지 외에도 누설전류평가와 같은 전기, 전자기 안전과 습도안정성평가 같은 장치 하드웨어에 관련된 평가항목이 IEC 60580에 있기 때문에 추후 진행될 연구에서 다뤄질 예정이다.
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