Ⅰ.서 론
유방암의 검사법으로는 유방촬영술, 유방초음파, 자기공 명영상(MRI), 핵의학 검사 등이 있으며, 그 중에서도 X선을 이용한 유방촬영술이 가장 기본이 되는 검사법으로 시행되 고 있다.1) 실제 대한민국에서는 국가 암검진에 유방암에 대 한 검진이 포함되어 있으며, 검진 방법으로는 유방촬영술을 택하고 있다.
유방촬영술은 일반촬영과는 달리 연부조직으로 이루어진 유방의 해부학적 구조 때문에 저관전압, 고관전류의 특징을 가진다. 이에 따라 유방촬영실의 구조 역시 일반촬영실과는 다른 차이점을 가지고 있다. 유방촬영실 구조에 대한 권고 사항을 보면, 면적은 3×3 ㎡이상, 촬영기와 제어기 사이에 위치하는 방어벽은 납 당량 0.1 ㎜ 이상을 사용하도록 권고 하고 있다.2)
이를 일반촬영실과 비교해 보면, 촬영실의 면적이 작고, 촬영거리가 가까우며, 방사선관계종사자가 촬영기를 제어 하는 공간이 함께 위치한다.3) 또한 촬영기와 제어기가 위치 하는 공간의 구분은 이동용 X선 방어칸막이를 사용하고 있 으며, 방어칸막이의 경우 완벽하게 격리한 것이 아닌 단순 히 가리는 수준 정도의 역할을 하고 있다. 이와 같은 촬영실 의 구조는 유방촬영실에서 근무하는 방사선관계종사자에게 방사선피폭을 일으킬 확률이 높을 것으로 생각된다.
실제 유방촬영실에 대한 기존의 연구들을 보면 유방촬영 시 환자가 받는 선량에 대한 연구는 상당히 많이 있다.4-6) 하지만 상대적으로 유방촬영실에 대한 공간선량을 평가하 여 방사선관계종사자가 받을 피폭선량에 대한 연구는 아직 부족한 것이 사실이다.
이에 본 연구에서는 모의실험을 통하여 유방촬영실 내 제 어기가 위치하는 공간에 대한 선량을 평가함으로서 방사선 관계종사자가 받는 선량을 평가하고자 하였으며, 연구를 통 해 얻은 결과를 바탕으로 방사선관계종사자가 받는 피폭을 저감화 할 수 있는 방안에 대하여 제안하고자 한다.
Ⅱ.대상 및 방법
1.유방촬영실 구조
본 연구는 몬테칼로법을 바탕으로 모의실험을 진행하였으 며, 입자 수송측면에서 정확한 계산을 할 수 있는 장점을 가 진 MCNPX (Ver.2.5.0)을 사용하였다.7) 먼저 가상의 공간 에서 모사한 촬영실의 구조는 3×3 ㎡의 크기에 촬영기와 제 어기 사이의 방어벽은 납 재질 1 ㎜ 두께를 모사하였다. 이 와 같이 모사한 근거는 질병관리본부(Centers for Disease Control; CDC)2)에서 유방촬영실의 크기를 최소 3×3 ㎡, 미국규격협회(American National Standards Institute; ANSI)에서 유방촬영실의 넓이를 최소 9.29 ㎡으로 권고하 고 있으며, 한국 식약처에서는 촬영기와 제어기 사이에 방 어벽을 납 당량 1 ㎜ 이상으로 권고하고 있기 때문에 이를 참고하였다.8) 권고된 유방촬영실의 모습을 Fig. 1로 나타내 었다. 또한 납 두께 1 ㎜를 선택한 것은 인체에 대한 방사선 방어를 목적으로 하기 때문에 보수적으로 평가하기 위해 최 소 두께를 선택하였다. 모사한 촬영실의 구조와 X선관의 모 습을 Fig. 2로 나타내었다.
2.광자스펙트럼 분석
타깃의 경우 최근 Digital mammography 장치에서 사용 빈도가 높은 몰리브덴(Molybdenum; Mo, 원자번호: 42, 밀 도: 10.28 g/㎤)과 텅스텐(Tungsten; W, 원자번호: 74, 밀 도: 19.25 g/㎤)을 사용하였다.9) 사용한 관전압과 관전류는 식약처의 권고사항을 기준으로 하였으며, 관전압 40 kVp, 관전류 100 mA로 설정하였다. 이 역시 방사선으로 인하여 인체가 받는 영향을 보수적으로 평가하기 위하여 최고 관전 압과 최대 관전류를 사용하였다.
위와 같이 모사한 X선관을 이용하여 먼저 광자스펙트럼 을 측정하였다. 이는 모사한 X선관에 대한 정확성과 신뢰성 확보를 위하여 분석하였으며, 측정에 사용된 tally는 F5번, 상대오차를 3% 이내로 하기 위하여 실험의 반복횟수를 뜻 하는 nps 값을 108 번으로 설정하였다. 측정 위치는 X선관 바로 아래 5 ㎝ 위치에 가상의 원형 디텍터를 설치하여 전자 1 개를 타깃에 충돌시켰을 때 초당 생성되는 광자플루언스 율(photon number/㎠․sec․e)과 1 eV 간격으로 에너지 스펙 트럼을 측정하여 분석하였다.
3.외부피폭 선량평가 방법
본 연구에서 방사선관계종사자의 피폭을 평가한 방법은 광자의 선속밀도와 에너지 그리고 물질의 질량에너지흡수 계수를 이용하는 방법이다. 먼저 광자의 플루언스율과 스펙 트럼을 측정하고, 이 때 특정 에너지에서 물질이 가지는 질 량에너지흡수계수를 식(1)에 대입하여, 방사선관계종사자가 받는 선량을 간접적으로 계산하였다.
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: 흡수선량율( Gy 또는 Sv )
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μm/ρm : 물질의 질량에너지흡수계수 (㎠/㎏)
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Φ : 선속밀도 (photon number/㎠ · sec)
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E : 에너지 (MeV/photon)
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1 MeV = 1.6 x 10-13 J
이 때 질량에너지흡수계수는 공기, 물, 뼈, 근육으로 평 가할 수 있으나 실제 유방촬영에 사용하는 에너지의 경우 심부선량보다는 대부분 인체 표면선량이 높을 것을 고려하 여 본 연구에서는 근육을 기준으로 평가하였다. 연산결과 나온 흡수선량을 연간흡수선량(Gy/year)으로 나타내었다.
4.선량평가
본 연구에서 파악하고자 하는 선량을 Fig. 3으로 나타내 었다.
첫째, Fig. 4와 같이 방사선관계종사자가 촬영기를 제어 하는 공간을 50 ㎝ 간격, 5 구간(A～E)으로 나누어 위치에 따른 광자플루언스율을 측정하였다. 둘째, X선관의 극 방향 을 양극이 제어기를 향할 때, 그리고 음극이 제어관을 향할 때로 나누어 A～E 지점의 광자플루언스율을 측정하였다. 마지막으로, 차폐문 유무에 따라 A～E 지점의 광자플루언 스율을 측정하였다.
측정된 광자플루언스율을 관전류 100 mAs로 환산하여 식(1)에 대입한 후, 종사자가 받는 선량을 연간흡수선량 (mGy/year)으로 산정하였다.
Ⅲ.실험결과
1.광자스펙트럼
Fig. 5는 40 keV의 전자를 타깃(Mo, W)에 충돌하여 발 생한 X선에 대한 스펙트럼 결과이며, 1 eV 간격으로 플럭스 (photon number/㎠·sec·e)를 측정하였다.
생성된 광자의 입자 수는 Mo-4.08 × 10-6 개/㎠·sec ·e, W-4.69 × 10-6 개/㎠·sec · e으로 측정되었다. 타깃별 생 성된 광자의 특성을 Table 1로 나타내었다.
2.차폐문이 없는 경우의 연간흡수선량
각 타깃 별 차폐문을 설치하지 않았을 경우 연간 흡수선 량(mGy/year)을 Fig. 6으로 나타내었다.
이를 평가하면, 첫째, 타깃의 종류에 관계없이 A~E 방향 으로 갈수록 선량이 높게 측정되었으며, 특히 E에서 상대적 으로 높은 선량이 측정되었다. 둘째, 제어기를 향하는 X선 관의 극이 양극방향일 때 선량이 낮게 분석되었다. 마지막 으로 텅스텐 타깃보다 몰리브덴 타깃에서 연간흡수선량이 높게 평가되었다.
이에 대하여 수치를 보면, A～D에서 측정된 흡수선량은 0.0002~0.0180 mGy/year의 값이 측정되었으며, 평균값 은 0.0039 mGy/year의 값이 나타났다. 선량이 가장 높게 측정된 E의 경우에는 몰리브덴에서 평균 5.54 mGy/year, 텅스텐에서 평균 6.78 mGy/year로 측정되었으며, 제어기 를 향하는 X선관의 방향을 양극과 음극으로 본 결과 음극 방향이 양극방향보다 약 3 mGy/year 정도 높게 평가되었 다. 마지막으로 타깃 별 선량차이는 텅스텐 타깃에서 0.23 mGy/year 만큼 높은 결과를 보였다.
3.차폐문을 설치하였을 경우 연간흡수선량
각 타깃 별 차폐문을 설치하였을 경우 연간 흡수선량 (mGy/year)을 Fig. 7로 나타내었다.
이를 분석해 보면, 첫째, 타깃의 종류에 관계없이 연간흡 수선량은 A에서 가장 높았으며, E방향으로 갈수록 선량이 낮게 측정되었다. 둘째, 차폐문을 설치하지 않았을 때와 같 이 제어기를 향하는 X선관의 극이 양극방향일 때 선량이 낮 게 측정되었다. 마지막으로 타깃별 연간흡수선량은 텅스텐 보다 몰리브덴일 때 높은 선량을 보였다.
이에 대하여 수치를 보면, 각 지점별 선량은 1.64E-13~ 1.85E-11 mGy/year의 연간 흡수선량값이 나타났으며, 평 균 연간 흡수선량값은 4.71E-12 mGy/year의 값이 분석되 었다.
X선관의 방향에 대한 수치를 보면 음극에서 평균 9.09E-13 mGy/year만큼 높게 측정되었다. 타깃별 연간흡 수선량은 몰리브덴에서 평균 약 5.22E-12 mGy/year 만큼 높은 선량이 측정된 것으로 분석되었다.
4.차폐문 유무에 따른 차폐율
Table 2는 차폐문의 설치 유무에 따른 연간흡수선량과 차폐문 설치에 따른 차폐율을 산정한 값이다. 그 결과, A～ E 지점의 차폐율은 모두 99% 이상을 나타내었다. 세부적으 로 살펴보면, A 지점에서 E 지점으로 갈수록 차폐율을 높아 지는 경향성을 보였으며 그 차이는 매우 미미하였다.
Ⅳ.고 찰
본 연구는 유방촬영이 이루어지는 촬영실을 모사하여 방 사선관계종사자가 촬영을 시행하는 공간에 대하여 선량분 포를 알아보고자 모의실험을 진행하였다.
먼저, 유방촬영기에서 발생한 광자선에 대한 플루언스율 은 몰리브덴보다 텅스텐에서 약 15%정도 높게 측정되었다. 이는 제동복사 발생확률은 원자번호에 비례한다는 것에 기 인한 것으로 텅스텐의 원자번호가 높기 때문인 것으로 사료 된다.
스펙트럼의 경우 기존의 A.A. Mowlavi의 연구10)와 비교 하였을 때, 그래프의 형태와 특성에너지의 수치가 유사하게 측정된 것을 확인할 수 있었다. 다만 광자플루언스율과 스 펙트럼의 저에너지대에서 차이를 보였다. 이는 광자선을 측 정한 위치 그리고 X선관의 기하학적 구조의 차이 때문인 것 으로 분석되며, 본 연구에서는 부가필터 사용하지 않았기 때문에 상대적으로 저에너지대의 광자량이 높게 측정된 것 으로 분석된다.
제어기를 향하는 X선관의 극의 변화에 따른 선량을 보면, 양극이 제어기를 향할 때 연간흡수선량이 약 0.30 mGy/year 낮게 측정되었다. 이는 기존의 이론대로 양극경사각효과 (Heel Effect)으로 인한 영향인 것으로 사료된다.
측정위치에 따른 연간흡수선량을 보면 차폐문을 설치하 지 않았을 때, A에서 E지점으로 향할수록 선량이 높게 측정 되었으며, 특히 A～D지점의 선량보다 E지점의 선량이 약 1000배 이상 높게 측정되었다. 이는 차폐물질의 유무에 따 른 선량차이로 설명할 수 있을 것이며, 차폐벽을 미로형으 로 설계하였기 때문에 A지점에서의 선량이 가장 낮게 측정 된 것으로 생각할 수 있다.
반대로 차폐문을 설치하였을 경우 선량은 A에서 E지점으 로 이동할수록 선량이 낮아지는 것을 볼 수 있었다. 이는 차 폐벽의 두께가 동일한 경우 X선관으로부터 거리에 따른 차 이로 인한 영향으로 생각할 수 있을 것이며, 기존의 거리역 자승법칙과 같은 영향인 것으로 평가된다.11)
마지막으로 차폐문의 설치 유무에 따른 영향을 보면, 차 폐문을 설치하였을 때 연간흡수선량이 약 1012 배 줄어드는 것을 볼 수 있었으며, 차폐율은 약 100%라고 해도 무방할 정도로 높았다. 이는 저에너지 광자선에서는 거리에 따른 선량차이보다는 차폐물질의 유무에 따라 차이가 더 큰 것 으로 판단되며, 유방촬영에 사용하는 저에너지에서는 납 두께 1 ㎜ 정도면 충분히 차폐효과를 볼 수 있을 것으로 판 단된다.
Ⅴ.결 론
본 연구는 유방촬영실 내의 공간선량분포를 평가한 연구 로서 방사선관계종사자의 방어학적인 측면에서 피폭을 저 감화 할 수 있는 방안을 제시하고자 연구를 진행하였다.
연구결과, 첫째, 유방촬영기를 설치 시, 가능하면 양극이 촬영기를 제어하는 공간을 향하도록 설치하는 것이 피폭선 량을 낮출 수 있는 방법으로 파악되었다.
둘째, 촬영기와 제어기 사이에 차폐문을 설치함으로서 완 벽하게 촬영공간과 제어공간을 나누는 것이 피폭선량을 낮 출 수 있는 가장 좋은 방법으로 평가되었다.
마지막으로 현재 임상에서와 같이 차폐문을 설치하지 않 는다면, 적어도 출입구로부터 50 ㎝ 이상 이격시킨 곳에 제 어기를 설치하는 것이 방사선관계종사자의 방사선학적 안 전성을 확보하는 방법이라 분석되었다.
