Ⅰ. 서 론

국제방사선방호위원회(International Commission on Radiological Protection; ICRP)는 의료 방사선으로 인한 피폭에 한해서 이득을 수반하는 행위로 간주하여 선량한도 또는 규제가 없도록 하였다[1]. 하지만 최근에는 의료 방사 선에 대한 부분을 규제할 순 없어도 피폭을 최소화 할 수 있 도록 관리하자는 것이 추세이다. 이에 ICRP에서는 각 국가 마다 실정에 맞는 진단참고준위를 설정하여 환자 피폭을 관 리하도록 권고하고 있다[2].

의료 방사선 분야 중 핵의학검사는 방사성 의약품을 인체 에 주입한 후, 체내에서 체외로 방출되는 방사선을 영상으 로 만들어내는 검사를 말한다. 일반적인 방사선(X선)검사는 단순히 해부학적인 구조를 진단할 수 있는데 반해 핵의학검 사는 인체 해부학적 구조를 검사함과 동시에 생리학적 기능 까지 진단, 평가할 수 있기 때문에 의료 분야에서 중요한 역 할을 차지하고 있다[3]. 다만, 방사성동위원소를 인체 내에 주입하는 것이기 때문에 내부피폭이 문제가 될 수 있다. 내 부피폭은 외부피폭과는 달리 인체 생리학적 대사와 선원이 가지고 있는 반감기를 동시에 고려하여 선량을 평가하기 때 문에 정량적인 평가가 상당히 어렵다[4]. 이에 세계적으로 내부피폭을 평가하는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.[5,6,7]

즉, 핵의학검사는 내부피폭에 해당하기 때문에 정량적인 환자 피폭 평가가 필요하며, 더욱이 피폭을 평가한 자료는 진단참고준위를 설정하기 위한 기초자료로써 활용 가능하 기 때문에 필수적으로 진행되어야 할 부분이다[8].

이에 본 연구에서는 몬테칼로 시뮬레이션을 이용하여 핵 의학검사 시 인체가 받는 선량을 평가하고자 하였다. 특히, 방사선 감수성이 민감한 소아를 대상으로 인체 내부 장기가 받는 선량을 평가하여 데이터를 확보하고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

내부피폭은 인체에 섭취된 동위원소의 반감기, 인체 생리 학적인 대사를 종합적으로 고려해야하기 때문에 장기선량 을 평가하는 것은 현실적으로 한계가 있다. 또한, 내부피폭 의 경우 인체 모형의 팬텀을 제작하더라도 생리학적 대사를 실현할 수 없기 때문에 정량적인 선량을 평가할 수 없다. 이 에 본 연구에서는 몬테칼로 기반의 시뮬레이션 프로그램 (MCNP6.1.0, Los-Alamos National Laboratory, United America, 2013)[9]을 이용하여 인체를 전산모사한 후, 생리 적 대사에 따라 변하는 선원의 위치를 반영하여 내부피폭선 량을 평가하고자 하였다.

1. 내부피폭 선량평가

내부피폭을 평가하는데 가장 핵심은 생체역동학 모델이 다. 생체역동학 모델이란 방사성 물질 섭취 시 인체 내에서 거동과 배설을 설명하는 모델로써 각 주요 장기를 독립된 격실로 가정하여 섭취율, 배설율을 함수로 나타낸 것이다. ICRP에서는 생체역동학 모델을 간행물 26[10], 30[11], 66[12]으로 통해 발표하였으며, 이를 기반으로 각 핵종 별 장기가 받는 피폭선량을 계산하여 제시하였다. 특히, 의료 분야에 관한 내용을 간행물 80[13], 106[14]을 통해 방사성 의약품으로 사용하는 핵종을 정리, 각 핵종에 따른 특성과 환자가 받는 피폭선량을 발표하였다. 또한, 세부적으로 성 별, 연령, 정상과 비정상을 나누어 체계적이며 세세한 자료 를 제공하였다. 이에 반해 보완할 점은 해부학적으로 좌측 과 우측으로 나누어져 있는 장기들에 대하여 각각 선량을 평가한 것이 아니라 종합적으로 평가하였다는 점이다. 예를 들어 신장의 경우 좌측과 우측이 대칭적으로 위치한 것이 아니며, 둘러싸고 있는 장기 구조가 다르기 때문에 선량 차 이가 있을 것으로 판단됨에도 불구하고 일률적으로 제시한 것에 한계가 있다.

이에 본 연구에서는 ICRP 자료를 보완할 수 있도록 신장 을 좌, 우측 각각에 대하여 평가하여 의료피폭 관리에 적용 할 수 있는 데이터를 구축하고자 하였다.

2. 소아 신장 기능 동적검사

본 연구는 핵의학검사 중 소아에서 자주 시행되는 신장 기능검사를 대상으로 평가하였다. 신장 기능검사는 소아 핵의학검사에서 약 60%를 차지할 만큼 다수 시행되고 있 다[15]. 이론적으로 해부학적 형태를 검사하는 정적 검사 와 생리학적 기능을 평가하는 동적감사로 나뉘어 있으며, 소아에서는 대부분 동적검사를 시행한다. 사용하는 의약 품은 방사성동위원소 ^99mTc를 이용하며 표지자로는 DTPA (Diethylenetriamine penta-acetic acid)를 사용한다. 방 사성동위원소 ^99mTc에 대한 기본적인 특성을 Table 1로 나 타내었다[16].

일반적으로 동적검사는 방사성동위원소를 주입 후 즉시 스캔을 진행하며, 1분 간격으로 영상을 획득하여 신장 기능 을 평가한다. 신장 기능은 Table 2와 같이 사구체 여과율을 기준으로 정상과 비정상으로 나뉜다[17]. 환자에 따라 편차 가 있으나 정상의 경우 20분이면 방사성동위원소가 신장에 서 방광으로 배출되는 것으로 알려져 있다[18]. 이에 검사 시간은 정상의 경우 대략 20분부터 비정상의 경우 최대 60 분까지 검사를 실시한다. 이에 본 연구에서는 핵의학 신장 기능검사에 적용할 수 있는 피폭 데이터를 구축할 수 있도 록 검사 시간을 최대 60분으로 가정하여 체내 장기선량을 평가하였다.

또한, 본 연구에서 계산한 결과에 대한 신뢰도를 확보하 기 위해 신장이 받는 선량을 계산하여 ICRP 자료와 비교하 였다. 이때, ICRP에서는 정상인 경우 100분, 비정상인 경우 1000분으로 가정하고 선량을 계산하였기 때문에 신장 선량 에 한해서 ICRP 계산한 방법으로 선량을 계산하였다.

3. 소아 모의피폭체

본 연구에서 사용한 인체 모의피폭체는 미국의 플로리다 대학에서 제작한 UF-revised 피폭체[19]를 기반으로 사용 하였다. 기존의 내부선량을 평가하기 위해 제작한 MIRD 모 의피폭체의 경우 장기를 연부조직, 폐, 뼈 3가지로 표현하여 실제 인체를 표현하는데 한계가 있었다. 하지만, UF-revised 피폭체의 경우 태아부터 성인까지 연령별로 제작하였으며, 남성과 여성을 구분하여 표현하였다. 또한, 장기를 95개로 세분화하여 표현하고 침샘, 점막층, 소화관, 호흡기 기도까 지 표현하여 실제와 유사하게 제작하였다. 표현한 인체 장 기의 해부학적 구조와 구성 성분은 ICRP 89[20]와 ICRU 46[21]을 바탕으로 모사하였다.

본 연구는 소아 신장 기능검사 시 체내 장기가 받는 선량 을 평가하고자 하였기 때문에 UF-revised 피폭체에서 소아 (5세)에 해당하는 팬텀을 사용하였다. Fig. 1은 본 연구에서 사용한 소아 모의피폭체의 모습이며, Table 3은 주요 장기 에 대한 구성 성분과 밀도 및 부피를 나타낸 것이다.

4. 실험 방법

인체에 흡수된 동위원소로 인해 받는 내부선량을 평가하 기 위해서는 인체의 생리학적 대사와 동위원소가 가지고 있 는 반감기에 따른 방사능 변화 2가지를 동시에 고려하여야 한다. 하지만 일반적으로 시뮬레이션 프로그램은 시간 변화 에 따라 달라지는 선원 위치와 방사능을 모사할 수 없다. 이 를 해결하기 위해 본 연구에서는 첫째, 생리적 대사로 인한 선원 이동을 시간 변화에 1분 간격으로 각각 모사하고 선량 을 계산하였다. 신장 기능이 정상인 경우에 동위원소가 신 장에서 방광으로 배설되는 총 시간은 20분으로 설정하여 0～20분까지 총 21개의 코드를 모사하였고, 비정상의 경우 에는 50% 기능이 저하된 것으로 설정하여 0～40분까지 총 41개의 코드를 제작하였다. 시간에 따라 선원이 이동한 모 습을 Fig. 2로 표현하였다.

둘째, 생리학적 대사가 일어나는 동시에 선원은 반감기에 따라 방사능이 변화한다. 이를 적용하기 위해 시간에 따라 모사한 코드에서 얻은 각 장기에 대한 결과값을 아래 식 (1) 에 적용하여 최종적으로 장기가 받는 선량을 계산하였다. 이때, A는 1분 간격으로 설정한 각각 코드에서 계산한 선량 값, B₀는 최초 방사능 1 mCi(최초 방사능 기준은 각 환자에 따라 사용하는 방사능이 다르기 때문에 사용하는 방사능에 따른 피폭을 환산하기 용이하도록 1 mCi를 기준으로 설정 함), λ는 ^99mTc의 붕괴상수, T는 핵종이 인체에 머무는 총 시간(신장 선량은 ICRP 평가 방법에 해당하는 정상 100분, 비정상 1,000분, 체내 장기선량은 정상 20분, 비정상 40 분), t는 경과시간을 의미한다.

Ⅲ. 결 과

1. 신장 흡수선량 평가

먼저, 본 연구 결과에서 계산한 결과값에 대하여 신뢰도 를 확보하기 위해 신장이 받는 흡수선량을 평가하고 이를 ICRP에서 제시한 값과 비교 분석하였다. Table 4는 본 연 구에서 계산한 값과 ICRP에서 제시한 값을 나타낸 것이다.

분석 결과, 신장 기능이 정상인 경우에 시뮬레이션 결과값 은 좌측 신장 0.433 mGy/mCi, 우측 신장 0.428 mGy/mCi 로 계산되었으며, ICRP 값보다 대략 5%정도 높게 나타났 다. 비정상인 경우에는 기능 이상이 있는 측 신장 흡수선량 이 높게 계산되었으며, 좌측과 우측 값을 평균하면 0.726 mGy/mCi로 ICRP에서 제시한 값과 유사하게 나타났다.

2. 장기 흡수선량 평가

흡수선량을 평가한 장기는 신장에 근접하여 방사선 영향 을 가장 많이 받을 것으로 예측되는 장기를 선택하여 평가 하였으며, 각 장기별 흡수선량을 시뮬레이션으로 계산한 값 과 ICRP에서 제시한 값을 비교할 수 있도록 Fig. 3으로 나 타내었다.

결과값을 분석해보면, 신장 기능이 정상과 비정상 모두 대장, 소장, 위, 간 순으로 하복부에 위치한 장기에서 선량 이 높게 나타났다. 또한, 본 실험값과 ICRP 값을 비교하면, 신장 기능이 정상인 경우는 간 0.015 mGy/mCi, 위 0.014 mGy/mCi, 소장 0.060 mGy/mCi, 대장 0.069 mGy/mCi 만큼 실험값이 낮게 계산되었으며, 신장 기능이 비정상 인 경우는 좌, 우 평균값이 간 0.167 mGy/mCi, 위 0.107 mGy/mCi, 소장 0.107 mGy/mCi, 대장 0.083 mGy/mCi 만큼 적게 산정되었다.

Ⅳ. 고 찰

본 연구는 가상의 3차원 공간에서 소아 인체 모의피폭체 를 이용하여 ^99mTc-DTPA 핵종으로 신장 기능검사 시 체내 장기가 받는 선량을 평가하고자 하였다.

먼저, 시뮬레이션을 통한 연구에서는 모사한 모의피폭체 와 선원 설정에 대한 신뢰도가 확보되어야 한다. 이에 본 연 구에서는 MCNP 인풋 코드를 비쥬얼로 확인할 수 있는 프로 그램(VisedX_24J[22], SABRINA[23], SimpleGeo 4.3[24]) 을 이용하여 Fig. 1과 같이 모의피폭체에 대한 기하학적 구 조와 구성 물질들을 확인하였으며, Fig. 2를 통해 인체 내에 서 선원이 이동하는 경로를 확인하였다. 따라서 시뮬레이션 에서 모사한 모의피폭체와 선원에 대한 신뢰도는 확보한 것 으로 판단된다.

또한, 시뮬레이션을 계산한 결과값에 대한 신뢰도를 확보 하기 위해 ICRP에서 제시하고 있는 신장 흡수선량 값과 본 연구 결과값을 비교하였다. 그 결과, 신장 기능이 정상에서 는 본 연구 결과값이 약 6% 높게 계산되었으며, 신장 기능 이 비정상인 경우에는 약 2% 낮게 평가되었다. 결과값에서 차이를 보인 것은 근본적으로 ICRP에서는 생체역동학 모델 을 기반으로 평가를 진행한 반면에 본 연구에서는 모의피폭 체를 대상으로 선원 흐름을 표현하여 평가하였기 때문에 평 가방안에서 차이가 난 것으로 생각된다. 하지만, 결과값에 서 근소한 차이를 보이기 때문에 본 연구 결과값에 대한 신 뢰도는 확보한 것으로 생각된다.

다음으로 체내 장기선량 결과는 전체적으로 상복부에 위 치한 장기에서 선량이 낮게 계산되었으며, 하복부에 위치한 장기에서 선량이 높게 계산되었다. 이는 선원 위치에 따른 결과로 신장에서 방광으로 선원이 시간에 따라 이동하기 때 문이며, 선원에서 이격된 정도에 따른 결과를 보인 것으로 사료된다.

마지막으로 장기선량을 ICRP 값과 비교하면, 정상인 경 우는 평균 15%정도 차이를 보였으며, 비정상인 경우는 최대 17～40%정도 차이가 났다. 이는 선원이 체내에 머무는 시 간 차이에서 발생하는 것으로 본 연구에서는 핵의학검사 일 정에 해당하는 검사가 끝난 직후 소변을 통해 핵종을 배설 하는 과정을 기준으로 정상 20분, 비정상(정상 기능의 50%) 40분으로 설정하여 계산하였으나, ICRP에서는 정상은 100 분, 비정상인 경우에 평가시간을 1,000분으로 설정하여 계 산하였기 때문에 차이가 난 것으로 사료된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 소아 핵의학검사 시 환자가 받는 체내 피폭선 량을 평가한 연구로써 크게 2가지 측면에서 의미를 가지고 있다.

첫째는 내부피폭 선량을 평가함에 있어서 생체 역동학 모 델을 이용한 일반적인 평가가 아닌 몬테칼로 시뮬레이션을 이용하여 시간에 따른 선원 이동을 표현하고 동시에 방사능 변화를 보정하여 평가하였기 때문에 내부피폭 평가 방안에 대한 방향을 제시하였다는 점에서 의미가 있다.

둘째로 ICRP에서는 각 국가별 실정에 맞는 진단참고준위 를 설정하도록 권고하고 있다. 이에 본 연구 결과는 국내 진 단참고준위 설정에 있어서 기초적인 자료로 활용할 수 있다 는 점에서 그 의미가 있다.