Ⅰ. 서 론

PET/CT (Positron Emission Tomography/Computed Tomography)는 방사성동위원소를 이용하여 질병을 진단 하는 장비로 관련 종사자들은 동위원소를 취급하는 과정에 서 필연적으로 전리 방사선에 노출된다. 특히 방사성의약품 을 분배하여 환자에게 주입되기까지 방사선작업종사자의 손에 높은 방사선피폭을 발생시킨다[1].

국제방사선방어위원회(International Commission on Radiological Protection; ICRP)에서는 핵의학과에 근무하는 방사선작업종사자들의 전신등가선량한도를 50m㏜/year, 말단선량한도를 500m㏜/year로 권고하고 있다[2]. 하지만, 말단선량한도가 전신선량에 비해 10배 높음에도 불구하고 말단선량한도의 초과자가 전신선량을 초과한 작업 종사자 의 수에 비해 많을 뿐만 아니라, 말단선량의 잠재적 위험성 이 전신선량에 비해 더욱 크다고 보고되고 있다[3]. 방사선 피폭은 개인피폭선량계를 이용하여 몸통의 심부선량만을 평가하고 있으며, 말단선량에 대한 피폭은 관리되고 있지 않다.

방사선피폭을 효과적으로 방어할 수 있는 방법으로 적절 한 차폐체 사용이 제안되고 있으며, PET/CT 검사실에서는 차폐물질로 고원자번호인 납과 텅스텐이 주로 사용된다[4]. 하지만, 차폐를 위해 사용된 납과 텅스텐에서는 산란선이 발생하며, 방사선피폭의 잠재적 요소로 알려져 있다[5]. 이 에 본 연구에서는 PET/CT실에서 이용되는 방사성동위원소 의 에너지인 0.511 MeV의 감마선을 대상으로 차폐체와 밀 착되어 산란선의 영향을 매우 높게 받는 손의 피폭선량을 비교 분석하고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

실험은 몬테카를로 모의 모사의 일종인 Monte Carlo N-P Transport Code (MCNPX, Los Alamos NAtional Laboratory, ver.2.5.0, USA)와 방사선계측기 (Inspector radiation Alert meter, USA)를 이용한 실측실험을 진행하 였다. 실험을 통계적 오차를 줄이기 위해 모의 모사의 경우 10E6번 모의 추정하였으며, 실측의 경우 20회 반복 측정하 였다.

1. 몬테카를로 모의 모사

1) 산란선에 대한 비정

0.511 MeV 감마선이 물질과 상호작용을 통해 발생되는 산란선의 에너지는 산란각도에 의존하며, 본 연구에서는 식 (1) [6]과 같이 산란된 반도전자의 최대에너지를 갖는 180° 를 기준으로 최대에너지를 산출하였다.

E e − : 반도전자 에너지, hν : 감마선 에너지, α : h ν m e c 2

반도전자의 산출된 에너지를 선원으로 Fig. 1과 같이 구 형태의 플라스틱을 제작하여 0.05 mm 단위로 단위 면적당 입자 수(Particles/cm²)로 측정하였다. 플라스틱 물성은 Table 1과 같다[7]. 비정은 CSDA (Continuous Slowing Down Approximation range)[8] 방법을 이용하여 감소율이 지속 적으로 감소하는 구간을 평균 비정의 매우 근접한 근사치를 비정으로 정의하였으며, 본 연구에서는 Log 값으로 변환하 여 비정을 산출하였다.

2) 팬텀

ICRU에서 제공하는 팬텀 중 손가락을 대표하는 Rod phantom[9]을 사용하였으며, 직경 19mm, 길이 3,000mm로 물성은 Table 2와 같다. 측정은 ICRP 권고에 따라 Phantom에 2 mm의 피부를 추가 삽입하여[10] 진행하였으며, 피부의 물성 은 Table 3과 같다[11].

3) 실험 모델링

Fig. 2와 같이 차폐도구와 손을 밀착시키기 위해 Fig. 3 과 같이 Rod phantom에 피부를 부착하여 금속으로 구성된 차폐도구를 둘러쌓았으며, 차폐도구의 모양에 따라 손잡이 없이 차페체와 접촉하는 A 타입 차폐체, 손잡이 있는 B 타 입 차폐체로 구분하여 실험을 진행하였다. 보수적 관점으로 손의 장갑은 고려하지 않았다.

측정 위치는 ICRU에서 정의하는 피부선량의 대표 위치인 0.07 mm와 피부의 평균 선량을 표현하는 반경 9.4~9.45 mm 로 설정하였으며[10], 실험값은 단위 질량당 흡수된 에너지 (MeV/g)로 진행하였다. 금속물질은 대표적인 차폐물질인 납과 텅스텐 그리고 일반적인 금속물질인 철과 스테인리스 스틸[12]로 선정하였으며, 물성은 Table 4와 같다.

선원의 위치는 Fig. 2와 같은 조건으로 금속내부와 외부 로 설정하였으며, 금속물질 외부에 플라스틱 두께를 0.02 mm 단위로 증가시켰으며, 플라스틱의 최대두께는 산란선 의 비정으로 설정하였다. 실험결과는 플라스틱 유무에 따른 차폐율로 비교 분석하였다.

2. 계측기를 이용한 실측

0.511MeV의 감마선을 방출하는 ¹⁸F (37 MBq) 선원에 대 한 선량을 계측하였으며, 계측기는 GM 계수관의 일종인 Inspector를 사용하였다. 산란선을 최대로 반영하고자 Fig. 4와 같이 계측부위에 1 cm 두께의 납을 밀착시켰다. 산란선 의 감소를 위해 Fig. 5와 같은 임상에서 쉽게 사용가능한 PVC반창고를 납에 부착시켜 선량을 비교 측정하였다. 계측 값의 통계적 유의확률은 IBM사의 SPSS를 이용하였으며, 각 그룹간의 비교를 위해 일원배치분산분석을 사용하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 몬테카를로 모의 모사

1) 비정

0.511 MeV 감마선에서 발생되는 반도전자의 최대에너지는 수식에 따라 0.34 MeV로 산출되었으며, 산출된 에너지를 선원으로 설정하여 플라스틱의 비정을 측정한 결과 Fig. 6 과 같이 0.8 mm의 비정을 갖는 것으로 나타났다.

2) A 타입 차폐체

선원이 납 차폐체 내부에 있는 경우 Fig. 7과 같이 플라 스틱 두께가 증가할수록 피부가 받는 피폭선량은 0.8 mm 플라스틱 두께에서 최대 40%의 감소율을 나타냈으며, 손의 평균 피폭선량은 최대 10%의 감소율이 나타났다.

선원이 텅스텐 차폐체 내부에 있는 경우 Fig. 8과 같이 플라스틱 두께가 증가할수록 피부가 받는 피폭선량은 0.8 mm 플라스틱 두께에서 최대 40%의 감소율을 나타냈으며, 손의 평균 피폭선량은 최대 5%의 감소율이 나타났다.

선원이 철 차폐체 내부에 있는 경우 Fig. 9와 같이 플라 스틱 두께에 따라 최대 15%의 감소율이 나타났으며, 피부와 손의 평균 선량은 큰 차이가 나타나지 않았다.

선원이 스테인리스 스틸 차폐체 내부에 있는 경우 Fig. 10과 같이 플라스틱 두께가 증가할수록 피부가 받는 피폭선 량은 0.8 mm 플라스틱 두께에서 최대 20%의 감소율을 나 타냈으며, 손의 평균 피폭선량은 최대 10%의 감소율이 나타 났다.

3) B 타입 차폐체

선원이 외부에 있으며, 금속을 손에 쥐고 있는 B타입의 경우 Fig. 11, 12와 같이 납, 텅스텐 금속을 사용할 때, 손의 평균선량은 변화가 없었다. 피부의 선량의 경우 Fig. 11과 같이 납은 약 0.25 mm부터 40% 감소율을 갖는 것으로 나 타났으며, 텅스텐의 경우 Fig. 12와 같이 0.22 mm에서부터 30%의 감소율로 나타났다.

철과 스테인리스 스틸을 손에 쥐고 있는 경우 Fig. 13, 14 와 같이 피부의 선량과 손의 평균선량은 변화가 나타나지 않았다.

2. 계측기를 이용한 실측

납 차폐체만을 사용했을 때의 평균 선량은 9.35 μ㏜로 측 정되었고, 납 차폐체에 PVC 테이프를 2, 4, 6겹으로 감았을 때 각각의 평균 선량은 Fig. 15와 같이 7.93 μ㏜, 6.69 μ㏜, 5.67 μ㏜로 측정되어, 15%, 28%, 39%의 감소율을 갖는 것 으로 나타났다. 각 그룹 간 통계적 유의확률은 p<0.01 이하 로 만족하였다.

Ⅳ. 고 찰

0.511 MeV의 감마선은 PET/CT(Positron Emission Tomography/Computed Tomography)에서 사용되는 고에 너지의 방사선 영역으로 방사선 방어에 대한 특별한 관리가 필요하다[13]. 의료용 방사선의 에너지는 검사장비에 따라 차이를 가지게 되며, 진단용 x선 장치의 경우 약 50 keV 전 후, 핵의학 장치인 감마카메라에서 140 keV, PET/CT에서 는 511 keV를 사용하고 있다[14]. 이와 같이 PET/CT에서 사용되는 방사선의 에너지는 진단용 방사선 중 가장 높은 에너지를 사용하고 있으며, 컴프턴 산란이 주 상호작용으로 이때 발생된 산란전자는 인체에 흡수되는 광자의 비율을 높 아지게 한다[15].

방사선 차폐물질로 주로 사용되는 납과 같은 고원자번호 의 물질은 컴프턴 산란의 발생확률을 높이게 되며, 이로 인 해 전자의 발생효율 또한 높아지게 된다[6]. 전자는 다시 제 동복사선으로 변화되어 방사선의 스펙트럼을 변화시키며 피폭을 증가시키게 된다[16]. 하지만 기존의 연구에 따르면 차폐체로부터 발생된 2차 전자는 방사선피폭을 증가시키는 요인이지만, 비정이 매우 짧아 공기층으로도 차폐가 가능한 것으로 알려져 있으며[17], 방사선량을 평가할 때 변화된 스 펙트럼(산란선)은 평가하지 않고 있다. 하지만 손으로 방사 성동위원소를 다루는 핵의학과의 경우 인체(손)와 차폐체가 밀착되어 2차 전자가 직접적인 영향을 받게 되며, 납으로부 터 발생된 2차선(산란선)의 영향을 무시할 수 없다[18]. 이 에 본 연구에서는 손을 기준으로 산란선에 대한 피폭평가와 감소방안을 제시하고자 한다.

본 실험은 몬테카를로 모의 모사를 이용한 실험과 산란선 의 발생여부를 가늠하기 위한 실측평가로 구성하였으며, 첫 째, 몬테카를로 모의 모사의 실험결과 511 keV의 감마선에 서 발생할 수 있는 반도전자의 최대에너지는 340 keV로 플 라스틱에서 약 0.8mm의 비정을 갖는 것으로 나타났다. 본 실험에서는 손잡이가 없는 형태의 A 타입 차폐체와 손잡이 가 있는 B 타입 차폐체로 구분하여 실험을 진행하였으며, 납, 텅스텐, 철, 스테인리스 스틸로 구분하여 실험을 진행하 였다. 실험 결과, A 타입의 경우 철과 스테인리스 스틸에서 손의 평균 선량과 피부의 선량은 피폭 감소 효과가 5~10% 내외로 큰 차이가 나타나지 않았다. 하지만 납과 텅스텐의 경우 플라스틱 사용에 따라 피부선량에서 최대 40%의 차폐 효과가 나타났다. B타입의 경우 또한 4 종류의 물성 모두의 손의 평균 선량과 철, 스테인리스 스틸의 피부선량 감소효 과는 매우 미미하였다. 하지만, 납의 경우 피부선량에서 플 라스틱 두께 약 0.25 mm부터 차폐효과 40%로 평행을 나타 냈고, 텅스텐의 경우 약 0.22 mm 에서부터 30%의 차폐효 과로 평행을 나타냈다. 손과 밀착하는 차폐도구 사용에 있 어 원자번호가 높은 금속은 산란선 발생으로 인해 피부에 대한 피폭이 증가되므로 반드시 손과 밀착되는 부위는 원자 번호가 낮은 물질로 덧씌워져 있어야 할 것이다. 임상에서 실제 사용되는 차폐도구의 두께는 매우 다양하지만, 본 연 구에서는 임의의 두께 1 cm를 적용하였으며, 추후 다양한 두께에 대한 실험이 진행되어야 할 것으로 생각된다.

위 실험결과를 토대로 의료용 PVC 반창고를 사용한 결과 두께가 증가됨에 따라 최대 40%의 차폐율이 나타나는 것을 알 수 있었다. 계측기를 이용한 실측의 경우 18F의 반감기 및 거리에 대한 오차 등 다양한 변수가 존재하며, 본 연구에 서는 실제 매뉴얼에 따른 방사선계측 방법이 아닌 산란선 여부를 가늠하고자 임의의 방법으로 실험을 진행하였다.

핵의학과는 방사성의약품을 직접 생산, 분배, 조제, 환자 에게 주입까지 방사선작업종사자의 손을 거치게 되며, 각각 의 업무를 수행함에 따라 손에 대한 방사선피폭을 필연적으 로 받게 된다[2, 19]. 산란된 반도전자는 비정이 매우 불규 칙하고 지그재그 운동을 하여[20], 매우 짧은 비정을 갖는 다. 이에 플라스틱 반창고와 같은 간단한 방법으로도 손의 방사선피폭을 충분히 감소시킬 수 있다. 단, 방사성동위원 소의 오염을 방지하기 위해 착용하는 비닐장갑은 플라스틱 재질이 포함되어 있으나 두께가 약 0.02mm로 매우 얇아 차폐의 효과는 없을 것으로 사료되었다.

2014년 우리나라에서는 실제 방사선에 의한 손의 장해가 보고되었으며[21], 앞으로 전신선량 뿐만 아니라 손과 같은 말단선량에 대한 관심이 증가될 필요가 있을 것으로 사료되 었다.

Ⅴ. 결 론

PET/CT에서 사용되는 0.511 MeV의 감마선은 차폐도구 와 상호작용하여 산란선을 발생시킨다. 이러한 산란선은 비 정이 매우 짧지만 차폐도구와 피부가 밀착되는 경우 인체에 영향을 미치게 된다. 본 연구 에서 손을 대상으로 원자번호 낮은 플라스틱으로 덧씌운 결과 손의 평균 선량은 변화가 없었지만, 피부의 경우 최대 약 40%의 선량 감소효과를 나 타냈다. 앞으로 고에너지의 방사선물질을 사용할 경우 차폐 도구가 피부와 직접 접촉하는 부위는 원자번호가 낮은 물질 로 덧씌워져 있어야 할 것이며, 더 나아가 말단선량 감소방 안에 대해서도 지속적으로 연구되어야 한다.