Ⅰ. 서 론

방사선은 세포가 살아가는데 필수적 유전 정보인 DNA를 변형시켜 암을 유발하는 등 세포에 다양한 영향을 준다[1]. 의료업종에 종사하는 방사선 종사자는 외부피폭의 위험에 노출되어 있으며 장시간 동안 지속적으로 저 선량 방사선에 노출된다면 방사선 장해가 문제가 될 수 있기 때문에 이를 줄이기 위한 노력이 끊임없이 이어져왔다[2].

임상에서는 방사선종사자가 외부피폭을 감소시키기 위해 원자번호가 큰 납(lead; Pb)을 차폐체의 주원료로 많이 사 용하고 있으며, 경제적인 측면을 고려하였을 때 특히 의료 방사선 분야에서는 차폐능과 가공성이 우수하기 때문에 가 장 많이 이용되고 있다[3]. 하지만 납은 중금속으로 분류되 어 관리되고 있으며, 작업성 노출, 체내 흡수 등 다양한 면 에서 그 유해성이 이미 널리 알려져 있다[4]. 또한 납을 소 재로 만든 방사선 차폐복은 보통 납뿐만 아니라 여러 금속 을 더해 합금형태로 만든 것이기 때문에 물리적으로 무게가 무겁고 착용이 불편하여 임상에서의 술자가 오랜 시간 착용 시 근·골격계 이상 질환을 발생시킬 우려가 있다[5]. 실제 방사선종사자의 통증 호소(어깨, 목, 허리, 무릎, 발목 등) 가 매우 빈번한 것으로 보고되었으며, 특히 중재적 방사선 시술이나 위장관조영촬영과 같은 투시검사는 장시간에 걸 쳐 연속적으로 검사가 이루어지기 때문에 방사선 차폐복은 종사자의 피폭저감 기능뿐만 아니라 작업의 편리성까지 고 려된 경량화가 요구되고 있다[6]. 그러나 기존의 납 차폐복 은 이미 물리적 경량화가 한계에 도달하였으며, 방사선종사 자의 근무환경과 의료기관의 검사실 환경을 고려한다면 더 욱 경량화되고, 인체에 무해한 방사선차폐 재료를 새롭게 고려해볼 필요가 있다[7]. 대표적으로 텅스텐(tungsten; W)의 경우, 중금속 중독의 우려가 없고, 밀도가 높은 장점 으로 인해 납을 대체할 수 있는 차폐 물질로 선호되고 있으 며[8], 비스무스(bismuth; Bi) 역시 선량감소 효과가 우수 하고, 가공성이 우수하고, 물리적으로 유연성이 있어 인체 의 장기 형태로 만든 후 일반 X선 및 CT검사 시 환자의 심 부장기 및 병변이 없는 장기의 불필요한 방사선 피폭에 대 한 차폐효과를 기대할 수 있는 물질로 보고되고 있다[9,10].

이에 본 연구에서는 납과 같은 차폐 효과를 지니면서 경 량화가 가능한, 새롭게 개발된 텅스텐, 비스무스를 납 대체 물질로 적용하였으며, 각 소재별로 흡수선량에 따른 차폐율 을 납과 비교, 방사선 차폐복으로 제작되었을 때의 무게를 비교하여 실제 임상 적용 시 유용성을 알아보고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 차폐체 제원

1) 납 제원

교정용 납을 사용하였으며, 0.5 ㎜Pb의 두께에 10 × 10 cm 규격이다.

2) 신소재 차폐체(텅스텐, 비스무스) 제원

신소재 차폐체는 텅스텐, 비스무스를 기반으로 개발된 차 폐체를 사용하였다(Table 1). 신소재 차폐체는 Rad-Ban series(Drview, Korea)에 적용되는 텅스텐, 비스무스를 기 반으로 개발된 차폐체를 사용하였다(Table 1).

세부적으로 텅스텐이 함유된 소재를 T3와 T2로 나누었으 며, 비스무스가 함유된 소재를 B2, BF, BF₂로 구분하였다. T3는 두께 0.26 mm, SQM당 725g 무게의 소재를 사용하였 고, T2는 두께 0.21 mm, SQM당 604g 무게의 소재를 사용 하였다. T3와 T2 는 모두 텅스텐이 50% 함유되었고, 균열 저항의 유연성이 낮으며, 저준위 저항 및 우수한 방사선 방 호 성능을 지닌 특징이 있다. B2는 비스무스가 50% 함유되 었고, 두께 0.23 mm, SQM당 590g 무게의 소재를 사용하였 다. B2는 균열 저항의 유연성이 높고, 고준위 저항 및 높은 방사선 방호 성능을 지닌 특징이 있다. BF는 film type에 비 스무스가 30% 함유되었고, 두께 0.03 mm, SQM당 68g의 무게의 소재를 사용하였다. BF₂는 film type에 비스무스가 50% 함유되었고, 두께 0.05 mm, SQM당 113g, 고주파 난방 을 목적으로 접착 기능이 추가된 소재를 사용하였다(Fig. 1).

2. 장비 및 측정

X선 발생 장치는 General X-ray System CS-60(DK Medical, Seoul, Korea)을 사용하였고, 실험 전 장비의 성 능 및 신뢰성 확인을 위해 재현성 평가를 실시하였다(Fig. 2). 재현성 평가를 통해 X선 발생장치의 조사선량 변동계수 (CV) 결과 값이 0.05 이하일 때, 신뢰성이 있다고 평가되는 데 연속 10회의 측정치에 대한 결과 값이 0.01616이었다. 그러므로 출력에 대한 안정성을 확보하고, 조건은 KS 규격 을 기준을 적용하여 100 kVp, 5 mAs로 설정하였다.

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.

3. 연구방법

실험은 X선관 초점과 납 및 신소재 차폐체까지의 거리를 150 cm으로 동일하게 설정하였고, 실험 차폐체와 측정기 사이의 거리는 넓은 빔 조건이므로 50 ㎜ 이상으로 설정하 였다. 측정기와 뒤쪽벽면 혹은 바닥면과의 거리는 90 cm 이 상으로 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.

1) 차폐율 비교

납과 신소재 차폐체의 차폐율을 비교하기 위해 반도체 검 출기로 0.5 ㎜ 두께의 납을 5회 측정하여 납의 평균 차폐율 을 측정하였고(Table 1), 신소재 차폐체(T3, T2, B2, BF, BF)를 통해 납 차폐율과 비교하였다. 조건은 KS 규격을 기 준으로 납과 신소재 차폐체에 대해 넓은 빔 조건으로 설정 하였다. 납과 신소재 차폐체를 10 × 10 cm로 규격화하여 차폐율을 측정하였다.

2) 무게 비교

Ⅲ. 결 과

1. 차폐율 비교

납과 신소재 차폐체의 차폐율 비교를 위해 0.5 ㎜Pb의 납 을 기준으로 하여 차폐율을 5회 측정하였다(Table 2).

납 0.5 ㎜Pb의 평균 차폐율을 기준으로 신소재 차폐체가 몇 장에서 이와 유사한 차폐율을 보이는지 실험하였다. 기 준이 되는 납 0.5 ㎜Pb의 차폐율을 5회 측정한 결과 평균 97.01%의 차폐율이 측정되었다. 신소재 차폐체 T3에서는 8 장에서 납과 유사한 차폐율을 보였고, T2에서는 11장에서 이와 같은 값이 측정되었다. 또한 B2에서는 12장에서 유사 한 차폐율이 측정되었고, BF에서는 8장에서, BF₂에서는 4 장에서 97%의 차폐율이 측정되었다(Table 3), (Fig. 4).

2. 납과 신소재 차폐체의 무게 비교

1) 10 × 10 cm 무게

납 0.5 ㎜ 와 신소재 차폐체를 10 × 10 cm의 동일한 크기 로 무게 비교를 하였다. 납은 52.3g이었고, 각각 T2는 9g, T3는 6g, B2는 5.5g, BF는 1.4g, BF₂는 2.2g으로 측정되었 다(Fig. 5).

2) 방사선 차폐복으로 환산 시 무게

방사선차폐복 크기로 환산한 경우 무게는 흡수선량을 기 준으로 적용하였으며, 이는 차폐복 무게로 환산할 때에 97% 차폐율이 측정된 장수를 적용하지 않고, 납과 가장 유사한 흡 수선량이 측정되는 장수를 적용하였다. T3와 T2가 4,752g, B2가 4,356g, BF는 739.2g, BF₂는 871.2g로 산출되었으 며, BF가 가장 가벼운 것으로 나타났다(Table 4).

Ⅳ. 고 찰

최근 일본의 후쿠시마 원자력 발전소 사고 이후로 국내에 있는 원자력 발전소에 대한 안전성 문제가 제기되고 있는 만큼 많은 사람들이 방사선에 대해 경각심을 갖고 피폭에 대해 주의를 기울이고 있는 실정이다. 병원에서 진단을 받 기 위해 필수적으로 사용되는 의료용 방사선 역시 저 선량 이지만 불필요한 방사선 노출로 인한 방사선 장해의 가능성 이 있기 때문에 피폭 감소를 위한 노력이 필수적이다.

임상에서 방사선종사자의 피폭 감소를 위한 노력으로 가 장 대표적인 예시가 차폐복 사용이며, 대부분의 종사자는 납 앞치마를 가장 많이 사용하고 있다. 이때 사용된 납은 방 사선종사자뿐만 아니라 환자, 보호자, 방사선사, 의료인을 방사선의 위험으로부터 보호해주는 가장 보편화된 차폐체 이다6). 하지만 납은 사용횟수 누적에 따라 균열이 잘 발생 하기 때문에 외부유출로 인한 중금속 중독 및 환경오염을 발생 시킬 수 있는 우려가 있다. 또한 납 차폐복의 장시간 착용은 납 무게로 인한 근·골격계 이상 질환의 원인이 되어 다양한 통증을 유발시키고 있어 경량화가 요구되지만 물리 적 한계가 있는 상황이다. 따라서 기존의 납과 유사한 차폐 효과를 보이며 납의 한계점을 극복할 수 있는 새로운 차폐 체의 임상 적용이 필요하다고 사료되며, 본 연구를 통해 신 소재 차페체인 텅스텐, 비스무스, BF의 납 대체 가능성을 비교평가 하였다.

납과 유사한 차폐율을 비교하는 실험에서 납 0.5 ㎜의 차 폐율은 평균 97.01 %로 텅스텐 T3와 T2는 각각 8장, 11장에 서 비스무스 B2는 12장, BF와 BF₂에서 각각 8장, 4장이 납 (0.5 ㎜)과 유사한 차폐율을 보이는 것으로 확인되었다. 이 때 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 오 히려 납보다 우수한 차폐율을 보인다고 확인되었지만 본 연 구는 모든 실험에서 다양한 에너지 영역이 아닌 100 kVp로 고정된 조건만 설정하였기 때문에 텅스텐이 납보다 낮은 차 폐율을 보인 것으로 사료된다.

0.5 ㎜의 납과 신소재 차폐체를 동일하게 10 × 10 cm의 크기로 제작하여 무게 비교를 진행한 결과, 납은 52.3g이었 고, T2 9gT3 6g, B2 5.5g, BF 1.4g, BF₂2.2g으로 측정되 었다. 납이 가장 무거웠고 그 다음으로 T2, T3, B2, BF₂, BF 순서로 확인되었다. 이 실험을 기반으로 신소재 차폐체 를 임상에 맞게 방사선 차폐복 크기로 상품화했을 때의 무 게는 T3와 T2가 4,752g으로 동일하였고, B2는 4,356g, BF 는 739.2g, BF₂는 871.2g으로 순서대로 나열하였을 때 BF 가 가장 가벼운 것으로 확인되었다.

실험 결과 텅스텐과 비스무스는 설정 에너지 영역에서 납 보다 무게 대비 차폐율이 낮았고, 동일한 차폐율 조건이라 면 상품화 되었을 때 납 보다 무거워져 인체 및 환경 유해성 여부를 제외하고는 경량화 자체에 한계가 있을 것으로 분석 되었다. 하지만 BF, BF₂를 이용하였을 때는 차폐율과 경량 성이 모두 뛰어난 것으로 확인되어 납 앞치마의 한계점으로 여겨지던 무게의 경량화에 기여할 수 있을 것으로 판단된 다. 또한 질적 보완 및 사용 방법에 있어서의 개선이 될 만 한 연구가 이루어진다면 임상 적용의 유용성과 신소재 차폐 체 활용 범위의 폭이 확대 될 수 있을 것이라 사료된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서 실험한 결과에 따르면 텅스텐, 비스무스, BF 중 BF가 사용된 BF, BF₂의 무게가 가장 가벼웠고 차폐율 또한 우수한 것으로 평가된다. 모든 실험은 100 kVp의 동일 한 조건으로 진행되었는데, 이 영역에서 텅스텐과 비스무스 는 납보다 낮은 차폐율을 보였고, 방사선 차폐복으로 상품 화했을 때의 무게 또한 납보다 무거운 것으로 확인되었다. 따라서 인체 및 환경에 대한 유해성을 우선시한다면 텅스텐 과 비스무스 역시 납 대체 물질로 사용될 수 있을 것이나 임 상 적용 시 외부 피폭 감소와 경량화 측면까지 모두 고려할 때 BF와 BF₂의 적용이 더 유용할 것으로 사료된다.