Ⅰ. 서 론
방사선이 인체에 조사되면 방사선장해를 유발하게 되며, 세계보건기구(World Health Organization; WHO)에서는 방사선을 발암물질로 분류하고 있다[1]. 방사선을 이용할 때 에는 ALARA(As Low As Reasonably Achievable) 원칙에 따라 최소의 방사선량을 조사하여 최대의 이익을 얻도록 해 야 하며, 방사선 피폭으로 인한 위해를 방지하기 위해 철저 한 안전관리가 필요하다. 방사선 피폭을 방어하기 위한 방 법으로는 시간, 거리, 차폐의 세 가지 방법이 있으며, 방사선 차폐물질로는 납이 방사선차폐가 매우 우수하다. 의료환경 에서는 납이 함유된 방사선방어용앞치마를 주로 사용한다. 하지만, 0.511 MeV의 고에너지 감마선을 방출하는 PET/CT (Positron Emission Tomography/Computed Tomography) 환경에서는 일반적으로 방사선방어용앞치마를 사용하지 않 으며[2,3], 방사선방어용앞치마의 무게로 인한 불편함으로 방사선방어용앞치마 사용이 정당화될 수는 없다[4,5]. 뿐만 아니라 일부 연구에서는 PET/CT 환경에서 방사선방어용앞 치마에 따른 차폐효과가 없다는 주장도 있다[6]. 납은 고원 자번호의 물질로 높은 에너지의 감마선과의 상호작용을 통 해 산란선이 발생되며, 이러한 산란선으로 인해 제동복사선 을 발생시킨다. 방사선 피폭의 잠재적 요소 중 하나로 납으 로부터 발생된 제동복사선으로 알려져 있으며[7], 산란입자 의 비정이 짧아 피부의 높은 영향을 미치게 된다. 피부는 외 부와 접촉하는 표피층과 기저세포층인 진피층으로 구성되 어 있으며, 표피에 장해가 발생될 경우 진피층의 세포 분열 로 인해 표피층의 장해를 복구하지만, 진피층이 손상을 받 게 되면 새로운 세포를 공급받지 못해 장해 복구되지 못하 게 된다[8].
국내에서는 2014년 장시간 X선 노출로 인한 손의 피부에 대한 방사선장해가 보고되었고[9], 이에 본 연구에서는 X선 보다 높은 에너지의 방사선인 0.511 MeV의 감마선을 대상 으로 납으로부터 발생된 산란선이 표피와 진피에 미치는 영 향을 몬테카를로 모사를 이용하여 알아보고자 하였다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 실험재료
ICRU(International Commission on Radiation Units and Measurements)에서는 방사선 측정을 위해 다양한 팬 텀을 제공하고 있으며, 본 연구에서는 교정 및 인체의 흉부 선량을 대표하는 Slab 팬텀[10,11]을 사용하여 실험을 진행 하였다. ICRU Slab 팬텀은 Table 1과 같은 물성으로 구성 되어 있으며, 인체의 선량을 측정할 경우 2 mm의 피부층을 삽입하도록 권고하고 있다[12]. 본 연구에서는 Table 2와 같이 ICRP(International Commission on Radiological Protection)에서 제공하는 Publication 89[13]의 흉부의 피부두께 2.062 mm를 삽입하였으며, 물성은 Table 3과 같다.
2. 실험방법
실험은 몬테카를로 모의모사의 일종인 Monte Carlo N-P Transport Code(MCNPX, Los Alamos National Laboratory, ver.2.5.0, USA)를 사용하여, Fig. 1과 같이 0.511 MeV의 감마선 1개를 ICRU Slab 팬텀에 조사시켰다. MCNPX는 선 량측정을 위하여 다양한 Tally card를 제공하고 있으며, 본 연구에서는 단위 질량당 흡수된 에너지(MeV/g)를 측정하는 Tally 6을 이용하였으며, 흡수선량의 단위인 Gy로 환산하 여 비교 분석하였다. 측정 부위는 ICRU에서 제시된 개인선 량당량이 아닌 실제 표피와 진피, 그리고 팬텀의 전체선량 으로 구분하여 실험을 진행하였다. 이때 산란선의 평가를 위해 0.25 mm와 0.50 mm의 납을 부착하였으며, 공기층에 의한 산란선의 제거율을 알아보기 1 cm 단위로 팬텀과 납사 이의 공간을 확보하였다. 실험은 첫째, 납 두께에 따른 부위 별 흡수선량, 둘째, 납 두께에 따른 진피 두께별(0.50 mm) 흡수선량, 셋째, 공기층 두께에 따른 산란선 제거율로 구분 하였다.
Ⅲ. 결 과
1. 납 두께에 따른 부위별 흡수선량
0.511 MeV 감마선 1개를 Slab 팬텀에 조사하여 납 차폐 체 사용 유무에 따른 실험을 진행한 결과 Table 4와 같이 측 정되었으며, 백분율로 환산한 결과 Table 5와 같이 나타났 다. 0.25 mm 납 차폐체를 사용하였을 때, 표피의 흡수선량 은 약 180% 증가되었으며, 진피 및 Slab 팬텀의 경우 각각 4%, 6% 선량이 감소되는 것으로 측정되었다. 0.50 mm 납 차폐체에서는 표피의 흡수선량이 약 158%배 증가되었고, 진피와 Slab 팬텀은 각각 8%, 3% 감소되는 것으로 측정되 었다.
2. 납 두께에 따른 진피 두께별(0.50 mm) 흡수선량
진피의 두께를 0.50 mm간격으로 세분화하여 흡수선량 을 측정한 결과는 Table 6과 같이 측정되었으며, 백분율로 환산한 결과 Table 7과 같이 측정되었다. 0.25 mm 납 차폐 체 사용 시 진피의 표면 0.50 mm에서 약 1.2배로 선량이 증가되었으며, 그 이후의 깊이에서는 선량이 감소되는 것으 로 측정되었다. 0.50 mm 납 차폐체 사용 시 표면 0.50 mm 에서 약 1.01배로 선량이 증가되었으며, 그 이후의 깊이에 서는 선량이 감소되는 것으로 측정되었다.
3. 공기층 두께에 따른 산란선 제거율
납 차폐체와 팬텀과의 사이 공기층을 이용하여 산란선의 제거율을 실험한 결과 Table 8과 같이 측정되었고 0.25 mm 납 차폐체를 사용한 경우 공기층의 두께 2 cm 이상의 진피에 도달하는 산란선은 제거되는 것으로 측정되었으며, 표피의 경우 4 cm 이상의 공기층이 필요한 것으로 측정되었 다. 0.50 mm 납 차폐체를 사용한 경우 공기층의 두께 1 cm 이상의 진피에 도달하는 산란선은 제거되는 것으로 측정되 었으며, 표피의 경우 3 cm 이상의 공기층이 필요한 것으로 측정되었다.
Ⅳ. 고 찰
0.511 MeV의 감마선은 PET/CT에서 사용되는 고에너지 영역으로 방사선 위험에 대한 특별한 관리가 필요하다. Deb P.[2]의 연구에서는 0.511 MeV의 감마선을 방출하는 18F의 차폐실험을 하였을 때, 0.25 mm의 방사선방어용앞치마 사 용 시 1.7% 선량감소가 나타났으며, 0.50 mm의 방사선방어 용앞치마 사용 시 22% 선량감소가 보고되었으며, He X.[3] 의 연구에 따르면 0.50 mmPb 방사선방어용앞치마의 18F에 대한 차폐율은 약 10%로 보고되었다. Leide-Svegborn S[6] 의 연구에 따르면 18F에 대한 0.50 mm의 방사선방어용앞치 마는 차폐효과를 실측하였을 때 0.2 m에서는 25~26 μSv/h 정도의 매우 낮은 차폐효과가 나타났으나 통계적으로 유의 하지 않았으며, 2 m 거리에 측정한 결과 납 치마 유무에 따 른 선량변화는 없는 것으로 나타났다. 이처럼 18F을 이용한 0.511 MeV의 방사선방어용앞치마에 대한 유사실험에서 연구자에 따라 다소 차이가 나는 결과가 나타났으며, 이는 방사선에 대한 요동과 실측에 따른 측정거리에 대한 오차 로 사료된다. 방사선은 거리역자승법칙에 따라 100 cm를 기준으로 측정 위치가 2 cm만 벗어나도 통계적 오차인 5%(-2.5~+2.5%)를 벗어나게 된다.
높은 에너지의 광자는 인체와 상호 작용하지 않고 대부분 통과하며 컴프턴 산란이 주요 상호 작용이다[14]. 이때 발생 된 산란전자는 인체에 흡수되는 광자의 비율을 높아지게 하 며[14], 납과 같은 높은 원자번호일수록 전자의 발생효율이 높아지게 된다[2,3]. 이처럼 납 차폐 후의 감마선의 에너지 스펙트럼은 전자에 의해 발생된 제동복사선으로 인해 변화 된다[15,16]. 하지만 방사선량을 평가할 때 변화된 스펙트럼 (산란선)은 평가되지 않으며, 많은 종류의 방사선동위원소 를 다루는 핵의학과 경우에 방사선방어용앞치마 착용 시 발 생되는 2차 선(산란선)의 영향을 무시할 수 없다[3]. 0.25 mm 납의 경우 감마선의 에너지가 180 keV 이상일 경우 산 란선에 의해 차폐효과가 떨어지는 것으로 나타나 있다[17]. 이에 본 연구 결과 0.511 MeV 감마선에 대해 납 차폐체를 사용하였을 때, 차폐체의 두께와는 상관없이 표피의 피폭선 량은 증가되었고, 진피 및 전체 팬텀의 피폭선량은 감소하 였다. 위 결과를 토대로 납으로부터 발생된 산란선은 비정 이 짧아 표피에는 영향을 미치지만 진피에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며, 표피의 선량이 증가함에 불구하고 표피를 포함한 slab 팬텀 전체의 피폭선량은 감소되어 표피 에 미치는 피폭선량이 팬텀 전체선량에 비해 미미한 것을 알 수 있었다.
방사선장해의 주요 원인인 진피층을 세분화하여 측정한 결과 차폐체의 두께와 상관없이 진피 0.50 mm까지는 산란 선의 영향으로 피폭이 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 그 이후의 깊이에서는 선량이 감소되는 것으로 측정되었다. 피 부에 도달하는 산란선을 제거하고자 피부와 납 차폐체 사이 에 공기층을 삽입하여 산란선 제거 효과를 알아본 결과 0.25 mmPb에서 진피는 약 2 cm이상, 표피는 약 4 cm이상 에서 산란선 제거 효과가 나타났으며 0.50 mmPb에서 진피 는 약 1 cm이상, 표피는 약 3 cm이상에서 산란선 제거 효과 가 나타났다. 실제 방사선방어용앞치마를 사용할 경우 옷이 나 공기 등에 의해 발생하는 공간으로 인하여 산란선은 충 분히 제거될 것으로 사료되었으며, 산란선을 충분히 반영하 였을 때, 차폐율은 납 두께에 따라 6%(0.25 mmPb), 13% (0.50 mmPb)로 나타났다.
방사선방어용앞치마는 0.50 mm를 기준으로 약 9 kg 무 게를 가지며[18], 방사선방어용앞치마 착용으로 인해 발생 되는 back pain의 관계는 오랜 시간 증명되어왔다[18,19]. 업무 시 고에너지 방사선에 대한 노출빈도가 매우 높은 PET/CT 종사자들은 방사선방어용앞치마의 불편감에도 불 구하고 ALARA원칙에 따라 방사선차폐에 대한 선택이 반드 시 필요하다.
앞으로 심부선량 뿐만 아니라 피부의 선량 또한 관리가 필요하며, 방사선장해가 발생되는 위치인 표피(0.07) 뿐만 아니라 추가로 진피에 대한 방사선량을 고려한다면 피부의 방사선장해에 대한 예후평가에 도움이 될 것으로 사료된다.
Ⅴ. 결 론
방사선을 이용한 진단, 치료와 같은 의료 행위들에서 의 료 시술자에 대한 장기적인 피폭은 장해로 발현된다. 본 연 구에서 0.511 MeV 감마선 이용 시 납 차폐체 사용에 따른 피부선량을 분석한 결과, 납으로부터 발생되는 산란선은 무 시할 수준이었으며, 납 두께에 따라 6~13%의 차페율을 나 타냈다. 이를 토대로 0.511 MeV 에너지의 방사성동위원소 를 이용하는 PET/CT 종사자들은 방사선방어용앞치마의 무 거운 무게에 불편함에도 반드시 방사선방어용앞치마의 사 용으로 방사선 차폐를 하여야 할 것이다.
