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문제 정의
- 또한 납 차폐복의 장시간 착용은 납 무게로 인한 근·골격계 이상 질환의 원인이 되어 다양한 통증을 유발시키고 있어 경량화가 요구되지만 물리적 한계가 있는 상황이다. 따라서 기존의 납과 유사한 차폐 효과를 보이며 납의 한계점을 극복할 수 있는 새로운 차폐체의 임상 적용이 필요하다고 사료되며, 본 연구를 통해 신소재 차페체인 텅스텐, 비스무스, BF의 납 대체 가능성을 비교평가 하였다.
- 이에 본 연구에서는 납과 같은 차폐 효과를 지니면서 경량화가 가능한, 새롭게 개발된 텅스텐, 비스무스를 납 대체 물질로 적용하였으며, 각 소재별로 흡수선량에 따른 차폐율을 납과 비교, 방사선 차폐복으로 제작되었을 때의 무게를 비교하여 실제 임상 적용 시 유용성을 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 측정기와 뒤쪽벽면 혹은 바닥면과의 거리는 90 cm 이상으로 하였고, 사용 X선 출력은 100 kVp로 설정하였다. 0.5 mmPb 두께의 납 차폐율, 신소재 차폐체가 몇 장에서 이와 유사한 차폐율을 측정하고, 해당 두께에서의 무게를 전자저울을 이용하여 확인하였다.
- 10 × 10 cm의 경우 차폐체가 66장이 요구되며, 측정한 각 소재별 무게와 차폐율 비교를 통해 얻은 결과값 즉, 납과 유사한 차폐율을 갖는 소재별로 산출하여 방사선차폐복 제작에 필요한 신소재 차폐체의 무게를 적용하여 비교하였다.
- X선 발생 장치는 General X-ray System CS-60(DK Medical, Seoul, Korea)을 사용하였고, 실험 전 장비의 성능 및 신뢰성 확인을 위해 재현성 평가를 실시하였다(Fig. 2). 재현성 평가를 통해 X선 발생장치의 조사선량 변동계수(CV) 결과 값이 0.
- 납 0.5 ㎜ 와 신소재 차폐체를 10 × 10 cm의 동일한 크기로 무게 비교를 하였다.
- 납 0.5 ㎜Pb의 평균 차폐율을 기준으로 신소재 차폐체가 몇 장에서 이와 유사한 차폐율을 보이는지 실험하였다. 기준이 되는 납 0.
- 납과 신소재 차폐체가 방사선 차폐복으로 임상 적용 시무게 비교를 위해 방사선차폐복의 면적을 실물로 적용하여 환산한 110 × 60 cm 면적을 기준으로 하였다.
- 납과 신소재 차폐체를 10 × 10 cm로 규격화하여 차폐율을 측정하였다.
- 납과 신소재 차폐체의 무게를 비교하기 위해 10 × 10 cm의 크기로 규격화하여 전자저울로 무게를 측정하였다.
- 납과 신소재 차폐체의 차폐율 비교를 위해 0.5 ㎜Pb의 납을 기준으로 하여 차폐율을 5회 측정하였다(Table 2).
- 납과 신소재 차폐체의 차폐율을 비교하기 위해 반도체 검출기로 0.5 ㎜ 두께의 납을 5회 측정하여 납의 평균 차폐율을 측정하였고(Table 1), 신소재 차폐체(T3, T2, B2, BF,BF)를 통해 납 차폐율과 비교하였다. 조건은 KS 규격을 기준으로 납과 신소재 차폐체에 대해 넓은 빔 조건으로 설정하였다.
- 방사선차폐복 크기로 환산한 경우 무게는 흡수선량을 기준으로 적용하였으며, 이는 차폐복 무게로 환산할 때에 97% 차폐율이 측정된 장수를 적용하지 않고, 납과 가장 유사한 흡수선량이 측정되는 장수를 적용하였다. T3와 T2가 4,752g, B2가 4,356g, BF는 739.
- 세부적으로 텅스텐이 함유된 소재를 T3와 T2로 나누었으며, 비스무스가 함유된 소재를 B2, BF, BF2로 구분하였다. T3는 두께 0.
- 실험은 X선관 초점과 납 및 신소재 차폐체까지의 거리를 150 cm으로 동일하게 설정하였고, 실험 차폐체와 측정기 사이의 거리는 넓은 빔 조건이므로 50 ㎜ 이상으로 설정하였다. 측정기와 뒤쪽벽면 혹은 바닥면과의 거리는 90 cm 이상으로 하였고, 사용 X선 출력은 100 kVp로 설정하였다.
- 5 ㎜ 두께의 납을 5회 측정하여 납의 평균 차폐율을 측정하였고(Table 1), 신소재 차폐체(T3, T2, B2, BF,BF)를 통해 납 차폐율과 비교하였다. 조건은 KS 규격을 기준으로 납과 신소재 차폐체에 대해 넓은 빔 조건으로 설정하였다. 납과 신소재 차폐체를 10 × 10 cm로 규격화하여 차폐율을 측정하였다.
- 차폐율 측정 장비로는 반도체 검출기 Piranha Dosimeter(RTI Electronics, Molndal, Sweden)를 사용하였으며(Fig.3), 무게 측정은 전자저울 RG202(A&D Company, Tokyo,Japan)을 사용하였다.
대상 데이터
- T3와 T2 는 모두 텅스텐이 50% 함유되었고, 균열 저항의 유연성이 낮으며, 저준위 저항 및 우수한 방사선 방호 성능을 지닌 특징이 있다. B2는 비스무스가 50% 함유되었고, 두께 0.23 mm, SQM당 590g 무게의 소재를 사용하였다. B2는 균열 저항의 유연성이 높고, 고준위 저항 및 높은 방사선 방호 성능을 지닌 특징이 있다.
- 03 mm, SQM당 68g의 무게의 소재를 사용하였다. BF2는 film type에 비스무스가50% 함유되었고, 두께 0.05 mm, SQM당 113g, 고주파 난방을 목적으로 접착 기능이 추가된 소재를 사용하였다(Fig. 1).
- B2는 균열 저항의 유연성이 높고, 고준위 저항 및 높은 방사선 방호 성능을 지닌 특징이 있다. BF는 film type에 비스무스가 30% 함유되었고, 두께 0.03 mm, SQM당 68g의 무게의 소재를 사용하였다. BF2는 film type에 비스무스가50% 함유되었고, 두께 0.
- 로 구분하였다. T3는 두께 0.26 mm, SQM당 725g 무게의 소재를 사용하였고, T2는 두께 0.21 mm, SQM당 604g 무게의 소재를 사용하였다. T3와 T2 는 모두 텅스텐이 50% 함유되었고, 균열 저항의 유연성이 낮으며, 저준위 저항 및 우수한 방사선 방호 성능을 지닌 특징이 있다.
- 신소재 차폐체는 텅스텐, 비스무스를 기반으로 개발된 차폐체를 사용하였다(Table 1). 신소재 차폐체는 Rad-Ban series(Drview, Korea)에 적용되는 텅스텐, 비스무스를 기반으로 개발된 차폐체를 사용하였다(Table 1).
- 신소재 차폐체는 텅스텐, 비스무스를 기반으로 개발된 차폐체를 사용하였다(Table 1). 신소재 차폐체는 Rad-Ban series(Drview, Korea)에 적용되는 텅스텐, 비스무스를 기반으로 개발된 차폐체를 사용하였다(Table 1).
- 5 ㎜)과 유사한 차폐율을 보이는 것으로 확인되었다. 이때 각 차폐율 평가의 기준이 되는 납 차폐체는 두께 0.5 ㎜의 납을 사용하였는데, 납 자체의 두께에 따른 차폐율은 본 연구에 크게 의미가 없는 것으로 사료되어 0.25 ㎜, 0.7 ㎜, 1.0 ㎜ 등 다양한 두께의 납을 모두 고려하지 않았다. 또한 텅스텐은 70~90 keV 의 일정범위의 에너지 영역에서는 오히려 납보다 우수한 차폐율을 보인다고 확인되었지만 본 연구는 모든 실험에서 다양한 에너지 영역이 아닌 100 kVp로 고정된 조건만 설정하였기 때문에 텅스텐이 납보다 낮은 차폐율을 보인 것으로 사료된다.
이론/모형
- 01616이었다. 그러므로 출력에 대한 안정성을 확보하고, 조건은 KS 규격을 기준을 적용하여 100 kVp, 5 mAs로 설정하였다.
성능/효과
- 0.5 ㎜의 납과 신소재 차폐체를 동일하게 10 × 10 cm의 크기로 제작하여 무게 비교를 진행한 결과, 납은 52.3g이었고, T2 9gT3 6g, B2 5.5g, BF 1.4g, BF₂2.2g으로 측정되었다.
- 21 mm, SQM당 604g 무게의 소재를 사용하였다. T3와 T2 는 모두 텅스텐이 50% 함유되었고, 균열 저항의 유연성이 낮으며, 저준위 저항 및 우수한 방사선 방호 성능을 지닌 특징이 있다. B2는 비스무스가 50% 함유되었고, 두께 0.
- 방사선차폐복 크기로 환산한 경우 무게는 흡수선량을 기준으로 적용하였으며, 이는 차폐복 무게로 환산할 때에 97% 차폐율이 측정된 장수를 적용하지 않고, 납과 가장 유사한 흡수선량이 측정되는 장수를 적용하였다. T3와 T2가 4,752g, B2가 4,356g, BF는 739.2g, BF₂는 871.2g로 산출되었으며, BF가 가장 가벼운 것으로 나타났다(Table 4).
- 5 ㎜Pb의 평균 차폐율을 기준으로 신소재 차폐체가 몇 장에서 이와 유사한 차폐율을 보이는지 실험하였다. 기준이 되는 납 0.5 ㎜Pb의 차폐율을 5회 측정한 결과 평균 97.01%의 차폐율이 측정되었다. 신소재 차폐체 T3에서는 8장에서 납과 유사한 차폐율을 보였고, T2에서는 11장에서 이와 같은 값이 측정되었다.
- 납과 유사한 차폐율을 비교하는 실험에서 납 0.5 ㎜의 차폐율은 평균 97.01 %로 텅스텐 T3와 T2는 각각 8장, 11장에서 비스무스 B2는 12장, BF와 BF2에서 각각 8장, 4장이 납(0.5 ㎜)과 유사한 차폐율을 보이는 것으로 확인되었다. 이때 각 차폐율 평가의 기준이 되는 납 차폐체는 두께 0.
- 2g으로 측정되었다. 납이 가장 무거웠고 그 다음으로 T2, T3, B2, BF₂, BF 순서로 확인되었다. 이 실험을 기반으로 신소재 차폐체를 임상에 맞게 방사선 차폐복 크기로 상품화했을 때의 무게는 T3와 T2가 4,752g으로 동일하였고, B2는 4,356g, BF는 739.
- 0 ㎜ 등 다양한 두께의 납을 모두 고려하지 않았다. 또한 텅스텐은 70~90 keV 의 일정범위의 에너지 영역에서는 오히려 납보다 우수한 차폐율을 보인다고 확인되었지만 본 연구는 모든 실험에서 다양한 에너지 영역이 아닌 100 kVp로 고정된 조건만 설정하였기 때문에 텅스텐이 납보다 낮은 차폐율을 보인 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 실험한 결과에 따르면 텅스텐, 비스무스, BF중 BF가 사용된 BF, BF2의 무게가 가장 가벼웠고 차폐율 또한 우수한 것으로 평가된다. 모든 실험은 100 kVp의 동일한 조건으로 진행되었는데, 이 영역에서 텅스텐과 비스무스는 납보다 낮은 차폐율을 보였고, 방사선 차폐복으로 상품화했을 때의 무게 또한 납보다 무거운 것으로 확인되었다. 따라서 인체 및 환경에 대한 유해성을 우선시한다면 텅스텐과 비스무스 역시 납 대체 물질로 사용될 수 있을 것이나 임상 적용 시 외부 피폭 감소와 경량화 측면까지 모두 고려할 때 BF와 BF2의 적용이 더 유용할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 실험한 결과에 따르면 텅스텐, 비스무스, BF중 BF가 사용된 BF, BF2의 무게가 가장 가벼웠고 차폐율 또한 우수한 것으로 평가된다. 모든 실험은 100 kVp의 동일한 조건으로 진행되었는데, 이 영역에서 텅스텐과 비스무스는 납보다 낮은 차폐율을 보였고, 방사선 차폐복으로 상품화했을 때의 무게 또한 납보다 무거운 것으로 확인되었다.
- 실험 결과 텅스텐과 비스무스는 설정 에너지 영역에서 납보다 무게 대비 차폐율이 낮았고, 동일한 차폐율 조건이라면 상품화 되었을 때 납 보다 무거워져 인체 및 환경 유해성 여부를 제외하고는 경량화 자체에 한계가 있을 것으로 분석되었다. 하지만 BF, BF₂를 이용하였을 때는 차폐율과 경량성이 모두 뛰어난 것으로 확인되어 납 앞치마의 한계점으로 여겨지던 무게의 경량화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- 납이 가장 무거웠고 그 다음으로 T2, T3, B2, BF₂, BF 순서로 확인되었다. 이 실험을 기반으로 신소재 차폐체를 임상에 맞게 방사선 차폐복 크기로 상품화했을 때의 무게는 T3와 T2가 4,752g으로 동일하였고, B2는 4,356g, BF는 739.2g, BF2는 871.2g으로 순서대로 나열하였을 때 BF가 가장 가벼운 것으로 확인되었다.
후속연구
- 모든 실험은 100 kVp의 동일한 조건으로 진행되었는데, 이 영역에서 텅스텐과 비스무스는 납보다 낮은 차폐율을 보였고, 방사선 차폐복으로 상품화했을 때의 무게 또한 납보다 무거운 것으로 확인되었다. 따라서 인체 및 환경에 대한 유해성을 우선시한다면 텅스텐과 비스무스 역시 납 대체 물질로 사용될 수 있을 것이나 임상 적용 시 외부 피폭 감소와 경량화 측면까지 모두 고려할 때 BF와 BF2의 적용이 더 유용할 것으로 사료된다.
- 하지만 BF, BF₂를 이용하였을 때는 차폐율과 경량성이 모두 뛰어난 것으로 확인되어 납 앞치마의 한계점으로 여겨지던 무게의 경량화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 질적 보완 및 사용 방법에 있어서의 개선이 될 만한 연구가 이루어진다면 임상 적용의 유용성과 신소재 차폐체 활용 범위의 폭이 확대 될 수 있을 것이라 사료된다.
- 실험 결과 텅스텐과 비스무스는 설정 에너지 영역에서 납보다 무게 대비 차폐율이 낮았고, 동일한 차폐율 조건이라면 상품화 되었을 때 납 보다 무거워져 인체 및 환경 유해성 여부를 제외하고는 경량화 자체에 한계가 있을 것으로 분석되었다. 하지만 BF, BF₂를 이용하였을 때는 차폐율과 경량성이 모두 뛰어난 것으로 확인되어 납 앞치마의 한계점으로 여겨지던 무게의 경량화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 질적 보완 및 사용 방법에 있어서의 개선이 될 만한 연구가 이루어진다면 임상 적용의 유용성과 신소재 차폐체 활용 범위의 폭이 확대 될 수 있을 것이라 사료된다.
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