Ⅰ서 론

핵의학이란 개봉된 방사성 핵종을 추적자로 사용하여 인 체에 대한 형태학적인 정보와 생리학적인 정보를 얻어, 인 체장기의 조직의 기능 및 대사 변화를 동시에 분석하여 진 단 및 치료를 시행하는 분야이다^1,2). 핵의학에서 사용되는 방사성 핵종은 검사 장비에 따라 단일광자단층촬영(Single photon emission computed tomography, SPECT)에서 이 용되는 핵종과 양전자방출단층촬영(Positron emission tomography, PET)에서 이용되는 핵종으로 구별 할 수 있 으며, SPECT에 이용되는 핵종은 약 85%가 ^99mTc(E=140 keV)을 사용하며, PET에서 이용되는 핵종은 약 98%가 ¹⁸F(E=511 keV)를 이용하고 있다³⁾. 일부 방사성의약품은 방사성 핵종에 표지화합물이 표지된 채로 공급이 되기도 하 지만 대부분의 방사성의약품은 핵의학과 내에서 직접 생산, 분배, 조제, 환자에게 주입까지 방사선작업종사자의 손을 거치게 된다^4-7). 뿐만 아니라 환자 이송, 영상 촬영 등의 작 업 단계에 투입되어 각각의 업무를 수행하게 되며, 이러한 과정에서 방사선 피폭을 필연적으로 받게 된다^5-7).

방사선 작업 시 방사선에 의한 피폭정도는 일반적으로 개 인피폭선량계를 착용하여 개인의 피폭선량을 분기별로 평 가, 관리한다. 그러나 개인피폭선량계는 몸통에 국한되어 있어 손에 대한 피폭을 정량적으로 평가하는 데는 어려움이 있다⁷⁾. 또한 최근 최첨단 핵의학 진단기술의 발달로 임상적 이용이 증가되어 핵의학에 사용되는 방사성 핵종과 작업종사 자의 수적 증가와 근무시간이 점차 늘어남에 따라 개인별 방 사선 피폭에 따른 심각성이 대두되고 있다⁷⁾. 이에 국제방사 선방어위원회(International commission on radiological protection, ICRP)에서는 전신등가선량한도를 50 mSv/year, 손에 대한 선량한도는 500 mSv/year로 권고하고 있다⁸⁾. 일반적으로 말단선량 초과자의 작업종사자의 수가 전신선 량을 초과한 작업 종사자의 수에 비해 많을 뿐만 아니라, 말 단선량의 잠재적 위험성이 전신선량에 비해 더욱 크다고 보 고되고 있다⁹⁾. 그러나 방사선 방어를 위한 선량 평가는 전 신피폭에 대한 연구가 주로 이루어졌으며, 손가락 및 말단 에 대한 연구는 미비한 실정이다¹⁰⁾. 이에 본 연구는 손을 중 심으로 몬테카를로 모의 모사를 이용하여 핵의학과에서 주 로 이용되는 에너지 140 keV와 511 keV의 γ선을 납 차폐체 두께별로 분석하여 차폐효과에 대해 알아보고자 하였다.

Ⅱ대상 및 방법

1몬테카를로 모의 모사

본 연구의 차폐 모의 모사는 몬테카를로 방법을 이용하였다. 몬테카를로 모의 모사는 통계적인 문제를 수학적 난수를 이용한 표본 추출을 통해 해결하는 방법으로 도박의 대명사인 모나코의 도시 이름을 따서 명명되었다¹¹⁾. 방사선에 이용되고 있는 몬테 카를로 모사 코드들은 매우 다양하게 있으나, 본 연구에서는 Geant4 Toolkit를 기반으로 OpenGATE Collaboration에서 개발된 GATE code를 사용하였다¹²⁾.

1)기하학적 모델링

손의 흡수선량을 평가하기 위해 납 차폐체와 ICRP 35⁸⁾에 근거한 연부조직과 뼈를 구성하였다(Table 1). 기하학적 구 조는 손바닥(Soft tissue), 뼈(Bone), 손등(Soft tissue)으 로 모사하였으며, 손바닥 1 cm, 뼈 1.5 cm, 손등 0.5 cm 로 전제 손의 두께는 3 cm 로 설정 하였다¹³⁾. 실험은 납으로 차 폐된 방사성동위원소를 감싸고 있는 것으로 표현 하였으며, 피폭선량은 손 3 cm의 전체 선량으로 비교하였다(Figure 1). 차폐체의 두께는 방사선안전관리정보통합망¹⁴⁾에서 제공하 는 십가층의 두께까지 실험을 진행하였다.

2실험 방법

1)140 keV의 γ선에 대한 차폐효과 분석

SPECT에서 주로 사용되는 ^99mTc를 모사하기 위해 납 차 폐체 내부에 140 keV의 γ선원을 삽입하여 실험하였으며, 납 차폐체의 두께는 0.1 mm부터 십가층인 1.0 mm 까지 0.1 mm 단위로 설정하여 손에 대한 피폭선량을 측정하였 다. 실험에 사용된 방사능은 1 MBq로 1초간 백만개의 방사 선을 방출 시켰다.

2)511 keV의 γ선에 대한 차폐효과 분석

PET에서 사용되는 ¹⁸F를 모사하기 위해 납 차폐체 내부 에 511 keV의 γ선원을 삽입하여 1초간 실험하였으며, 납 차 폐체의 두께는 0.1 mm부터 십가층인 17.1 mm 까지 1.0 mm 단위로 설정하여 손에 대한 피폭선량을 측정하였다. 그 후 세밀한 분석을 위하여 0.1 mm 단위로 0.1 mm부터 1.1 mm 까지 추가적으로 손에 대한 피폭선량을 획득하였다. 실 험에 사용된 방사능은 1 MBq로 1초간 백만개의 방사선을 방출 시켰다.

3)에너지 스펙트럼 분석

방사선은 물질과의 상호작용을 통해 물질에 에너지를 부 여함과 동시에 감쇄 또는 산란을 하게 되며, 방사선이 물질 에 에너지를 부여하는 과정에서 물질의 특성과 에너지의 세 기에 따라 고유의 스펙트럼을 형성하게 된다. 이러한 에너 지 스펙트럼 분석을 통하여 조사된 방사선과 물질과의 상호 작용을 간접적으로 평가할 수 있다. 이에 본 연구에서는 차 폐체의 스펙트럼을 비교하여 피폭선량이 증가된 원인을 분 석하였다.

Ⅲ결 과

본 연구에서는 핵의학과에서 이용되는 140 keV와 511 keV로서 γ선을 몬테카를로 모의 모사를 통하여 납 차폐체 의 두께에 따른 방사선에 대한 차폐효과를 비교 분석 하고 자 하였다.

1140 keV의 γ선에 대한 차폐효과 분석

SPECT에서 주로 이용되는 방사성의약품의 에너지인 140 keV의 γ선 1 MBq을 선원으로 설정하여 실험을 진행한 결과 납 차폐체의 두께가 증가함에 따라 손에서 받는 피폭선량 또한 같이 감소하였다(Figure 2).

2511 keV의 γ선에 대한 차폐효과 분석

PET에서 이용되는 방사성의약품의 에너지인 511 keV의 γ선 1 MBq을 선원으로 설정하여 실험을 진행한 결과 납 차 폐체의 두께가 증가됨에 따라 피폭선량은 감소하지만, 0.1 mm에서 1.1 mm의 구간의 피폭선량 값이 납 차폐체를 하 지 않은 상태보다 피폭선량이 높게 나타났다(Figure 3). 좀 더 세부적인 피폭선량 분석을 위하여 피폭선량이 늘어난 1.1 mm 이하의 구간을 0.1 mm부터 0.1 mm 단위로 측정한 결 과 1.1 mm 이하에서 납 차폐체를 사용하였을 때 피폭선량 이 증가되는 것을 확인하였다(Figure 4).

3에너지 스펙트럼 분석

차폐체 내에서 일어난 상호작용을 간접적으로 추론하기 위하여 스펙트럼을 비교한 결과 선 스펙트럼(광전피크)과 연속 스펙트럼(2차 산란선)이 나타났으며, 140 keV의 에너 지에서는 두께에 상관없이 유사한 스펙트럼을 관찰할 수 있 었다(Figure 5). 그러나 511 keV의 에너지에서는 두께가 얇 아 오히려 피폭이 증가 되었던 구간과 차폐효과가 나타난 구간에서의 스펙트럼이 산란선의 증가로 인한 연속 스펙트 럼의 차이를 나타냈다(Figure 6).

Ⅲ고 찰

핵의학과에서 근무하는 방사선작업종사자들은 임상에서 직접 방사성동위원소의 생산, 분배, 조제, 환자에게 주입까 지의 과정을 통해 손에 대한 높은 방사선 피폭을 받는 것으 로 알려져 있다^4-7). 이에 본 연구에서는 핵종에 따른 차폐체 의 적절한 두께와 손에서 받는 피폭선량의 원인을 파악하고 자 모의실험을 진행하였다.

그 결과 첫째, SPECT에서 주로 이용되는 140 keV의 에 너지의 γ선에서는 납 0.1 mm부터 1 mm 까지 모두 차폐효 과가 있는 것으로 나타났으며, 납의 두께가 증가함에 따라 차폐효과 또한 비례적으로 증가하는 결과를 나타냈다. Abdulaziz¹⁵⁾에 연구에 따르면 방사성동위원소 ^99mTc에 0.25 mm의 납을 사용하였을 때 52%, 0.5 mm 의 납을 사 용하였을 때 77%의 차폐율을 얻을 수 있다고 보고하고 있으 며, 본 실험과 유사한 결과를 나타냈다.

둘째, PET에서 사용되는 511 keV의 에너지에서는 납 1.1 mm 이하에서 납 차폐체를 사용하였을 때 오히려 차폐체를 하지 않았을 때 보다 피폭선량이 증가되었다.

Soo-Kyung Na¹⁶⁾에 연구에 따르면 ¹⁸F 취급 시 0.5 m 이 내에서 작업이 이루어지는 약품분배나 주사 시는 오히려 납 치마의 착용이 피폭을 초래한다고 보고하고 있으며, 본 실험 과 유사한 결과를 나타냈다. Dong-Gun Jang¹⁷⁾에 따르면 감마선의 에너지가 180 keV이상에서는 산란선의 영향으로 피폭이 증가 될 수 있다고 보고하고 있으며, 본 실험에서도 에너지가 낮은 140 keV에서는 차폐효과가 있었으며, 에너지 가 높은 511 keV 에서는 차폐효가 없는 경우가 나타났다.

셋째, 납 차폐체의 에너지 스펙트럼을 비교해본 결과 차 폐효과에 따라 연속 스펙트럼의 분포가 다른 경향을 나타냈 으며, 차폐효과가 발생된 납 두께에서는 두께와 무관하게 연속 스펙트럼의 분포가 유사하게 나타났다. 이는 납 차폐 체에서 연속스펙트럼을 갖는 산란선이 모두 흡수되었음을 의미하며, 차폐효과가 발생되지 않은 그래프에서는 연속스 펙트럼이 차폐효과가 나타났을 때보다 낮음을 관찰할 수 있 다. 이는 연속스펙트럼을 갖는 산란선이 납 차폐체에 흡수 되지 않고 투과해서 통과 한 것으로 추론 할 수 있다. 연속 스펙트럼은 γ선이 차폐체와 상호작용하여 2차적으로 발생 된 산란선을 의미하며, Dae Moo Shim¹⁸⁾와 Mehlman¹⁹⁾의 주장에 따르면 산란선이 피폭의 주원인이라고 주장하고 있 으며, Arnstein²⁰⁾은 손이 X선 튜브 안으로 들어가면 튜브 15 cm 밖에서 받는 피폭선량의 100배에 해당되는 양을 산 란선에 의해 피폭된다고 산란선의 위험성을 주장하고 있다. 이러한 산란선은 비정이 짧고 에너지가 낮아 대부분 산란선 이 발생된 근처에서 전부 흡수되는 성질을 가지고 있어 피 폭을 증가시키는 원인으로 작용하게 되며, 차폐효과가 발생 된 두께의 스펙트럼에서는 2차적으로 발생된 산란선이 차폐 체를 투과하지 못하고 모두 흡수되어 유사한 연속 스펙트럼 을 갖게 된 것으로 사료된다. 하지만, 차폐효과 없이 피폭이 증가된 두께에서는 차폐체에서 발생된 산란선이 낮은 차폐 체의 두께를 투과하여 손에 도달하게 되어 피폭을 증가시키 는 요인으로 작용하게 된 것으로 사료된다.

Ⅲ결 론

핵의학과에서 방사선작업종사자의 손에 대한 방사선 피 폭은 업무상 필연적으로 높을 수밖에 없다. 현재 핵의학과 에서는 손에 대한 피폭을 감소시키기 위해 납을 이용한 차 폐기구들을 사용하지만, 본 연구결과를 토대로 할 때, 방사 선의 에너지에 따라 납 차폐체가 손에 대한 피폭을 오히려 증가시킬 수 있는 요인으로 작용함을 알 수 있었다. 이에 보 다 효율적인 방사선방어를 위해서는 핵종별 에너지에 따른 납 차폐체의 두께와 차폐체와의 상호작용를 통해 발생되는 산란선에 대한 인체 부위별 영향에 대해서도 지속적인 연구 가 필요할 것으로 판단된다.