Ⅰ. 서 론

수술실 내 이동형 X선 투시장치의 사용은 절개부위의 최 소화, 수술시간 단축, 출혈 감소 등의 이점으로 널리 이용되 고 있다[1]. 이러한 이동형 X선 투시장치는 수술 중 실시간 으로 수술 부위 및 환자의 상태를 확인할 수 있는 진단 영상 을 제공한다. 과거 정복술, 수술기구의 삽입 등 정형외과적 수술에 한정적으로 사용되었으나, 현재에는 신경외과, 마취 통증의학과, 성형외과, 치과, 안과 등 많은 분야로 사용 비 중이 증가되고 있다[2]. 건강보험심사평가원에 따르면, 이 동형 X선 투시장치는 2018년도 대비 2020년 12월 기준 17% 증가되었으며, 6436대에 이른다고 보고되었다[3].

이동형 X선 투시장치의 사용빈도 증가에 따라 다양한 직 종이 협업을 이루는 수술실 내 의료종사자인 의사, 간호사, 방사선사, 임상병리사 등의 방사선 피폭 위험성이 제기되고 있다[4]. 과거 식품의약품안전처에서는 의료방사선 종사자 를 위한 안전 가이드라인을 통해, 수술실에서 사용하는 이 동형 X선 투시장치를 조작하는 자 외 수술에 참여하는 모든 인원이 방사선관계종사자의 범위에 포함된다고 언급하였다 [5]. 그러나 2018년 전공의들의 방사선 노출경험 설문조사 결과에 따르면, 응답자의 96.96%(640명)이 수술실, CT실 에서 방사선에 노출된 경험이 있으나, 그 중 방사선관계종 사자로 등록된 사람은 전체 응답자 중 6.06%(40명)에 불과 했다[6]. 또한 과거 김봉희 외 연구에 따르면, 수술실 근무 자들의 방사선 방어행위에 대한 인식도는 높은 반면, 수행 도가 낮은 것으로 분석되었다[7]. 이처럼 일반적인 의료 방 사선을 사용하는 분야 내 방사선관계종사자의 직무피폭에 대한 선행연구는 많이 보고되고 있음에도 불구하고 수술실 내 종사자의 방사선 안전교육 및 피폭 관리는 미비한 실정 이다.

이동형 X선 투시장치에서 발생된 X선은 조사야 범위 내 1차선과 환자, 수술실 내 구조물에 의한 2차 산란선으로 구 분된다. 수술실 내 의료종사자들의 직무피폭은 직접적인 1 차선보다 간접적인 2차 산란선에 의한 피폭이 많이 발생하 게 되며, 이동형 X선 투시장치 이용 시, 수술실 내 공간선량 분포를 정확히 파악하는 것은 종사자의 방사선안전관리 측 면에서 필수적이다[8].

이에 본 연구는 모의실험을 통해 수술실 내 이동형 X선 투시장치 이용 시, 2차 산란선에 의한 수술실 업무 위치에 따른 공간선량을 평가하고자 하며, 이를 통해 수술실 내 의 료종사자의 적극적인 방사선 안전관리를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 실험 재료

1) 몬테카를로 전산모사

몬테카를로 방법은 통계적인 난수를 무작위적 표본 추출 을 통해 문제를 해결하는 방법으로, 본 연구에서는 로스알 라무스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory)에 서 개발된 MCNPX(Monte Carlo–N-Particle Extended, Ver 2.5.0, USA) 프로그램을 사용하였다. 이는 수술실 및 이동형 X선 투시장치의 단순 모사가 가능하며, 관심지점 (tally)에 대한 에너지 분포의 계산이 가능하다.

2) X선 에너지 스펙트럼 생성 프로그램

X선 스펙트럼의 적정성 평가를 위해 두 가지의 X선 스 펙트럼 생성 프로그램을 이용하였다. 첫 번째, IPEM (Institute of Physics and Engineering in Medicine)에서 다양한 실측 데이터를 기초로 개발된 SRS-78 프로그램을 이용하였다[9]. 두 번째, 영국 런던 암 연구소의 Gavin Poludniowski, Phil Evans이 개발한 SpekCalc 프로그램 으로, 이는 이론과 실험 결과를 바탕으로 얻고자 하는 스펙 트럼을 보간법으로 추정할 수 있다[10].

2. 실험방법

1) 수술실 내 기하학적 구성

(1) 수술실 단순모사

보건복지부 ‘의료기관 시설기준 개선방안 연구’에 따르 면, 수술실은 일반적으로 장방형을 이루며, 최소폭의 길이 가 5 m 이상, 바닥 넓이는 37 m²를 권고하고 있다[11]. 본 연구에서는 이를 토대로 6.3 m × 6.3 m × 3 m 의 수술실을 모사하였으며, 내부 조성은 공기(density=0.001293 g/cm³) 로 구성하였다.

수술 시 환자 테이블은 현재 상용화되어 있는 제품 (CXR-70F, Korea)을 참조하여, 2.13 m × 0.55 m × 0.5 m 직사각형 테이블 형태의 탄소섬유(C:67.91%, H:5.7%, N:26.4%, density=1.184 g/cm³) 재질로 구성하였으며, 수 술실 내부 중앙에 위치시켰다.

(2) 모의피폭체

수술 시 환자의 모의 피폭체로서 과거 ICRU 47에서 제 시한 30 cm × 30 cm × 15 cm 크기의 직육면체 slab phantom(O:76.2%, C:11.1%, H:10.1%, N:2.6%, density : 1 g/cm³)을 구성하였다. 일반적인 수술 환경 내 의료 종사자 들의 업무 위치를 고려하여 모의피폭체는 Fig. 1과 같이 수 술테이블 상단에 위치하였다.

(3) 이동형 X선 투시장치 단순모사

본 연구에서는 이동형 X선 투시장치를 모사하기 위하여 건강보험심사평가원 공공데이터를 근거로 국내에서 가장 많이 이용되고 있는 Zen-2090pro(Genoray, Korea)를 선 정하였다. Table 1과 같이 이동형 X선 투시장치의 세부정보 를 토대로, X선관, 검출기 등을 단순 모사하였다. 또한 모의 피폭체 중앙을 기준으로 X선관을 under tube 방식으로 위 치시켰다.

2) 이동형 X선 투시장치의 에너지 스펙트럼 분석

현재 상용화된 이동형 X선 투시장치는 자동노출제어 (AEC, Auto Exposure Control)의 사용을 통해 환자의 수 술부위, 자세, 체격 등에 따라 다양한 촬영조건이 결정된다. 이러한 점을 고려하여 본 연구에서는 관전압을 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 kVp로 변화 시키면서 관전압 조건에 따른 X선 에너지 스펙트럼을 획득하였다. 이를 SpekCalc, SRS-78의 에너지 스펙트럼 간 비교 분석을 위해 정규화 (Normalization) 작업을 진행하였고 평균에너지, 특성에너 지 등을 비교 분석하였다.

3) 수술실 내 이동형 X선 투시장치 사용 시 공간선량 평가

수술 시에는 일반적으로 환자를 중심으로 상, 하, 좌, 우로 집도의, 보조의, 마취과 의사, 간호사 등이 위치하여 업무를 수행한다. 이러한 점을 고려하여 2012 European ORAMED project에서는 의료기관 내 중재적 시술 시, 수술 테이블을 중심으로 의료진의 수정체 및 사지 말단선량을 측 정하였다[12]. 본 연구에서는 이를 참조하여 세로 2,130 mm, 가로 550 mm 크기의 수술 테이블을 Fig. 2와 같이 일 정 간격으로 나누어 A∼H 지점을 설정하였다. 설정된 지점 에서 공간선량 분포를 확인하기 위해 바닥으로부터 1 m 높 이에서 수술 테이블과의 거리를 표면방사선량률 측정 기준 인 10 cm를 포함하여 50, 100, 150, 200 cm까지 거리별로 공간선량을 평가하였다.

모의실험 내 관심지점(tally)은 F5 tally를 이용하여, 설 정된 각 지점 좌표에서 반경 1 cm 구에 입사되는 광자플루 언스율(particles/cm²·sec·electron)을 획득하였다. 모의실 험의 반복 횟수(nps)는 16×10⁸번 이상 수행하였으며, 결과 에 대한 불확도(uncertainty)를 3% 이내로 줄였다.

수술실 내 의료종사자의 직무피폭을 추정하고자, 각 관전 압에 따른 촬영조건(5 mA, 1 sec)을 기준으로 획득한 입자 플루언스율을 식(1)에 대입하여, 흡수선량률(Gy/h·e)으로 산출하였다[13].

Ⅲ. 결 과

1. 이동형 X선 투시장치의 X선 스펙트럼 분포

첫 번째로, 관전압에 따른 평균 에너지의 경우 Table 2와 같이 SRS, SpekCalc 과 모의실험 내 산정한 스펙트럼과의 상대오차는 모든 조건에서 0.5% 이내로 나타냈다. 두 번째 로, 특성 X선의 경우, Fig. 3과 같이 관전압 80 kVp 이상부 터 58.1, 59.6, 67.6, 69.6 keV에서 측정되었으며, 1% 이내 의 상대오차를 나타냈다.

2. 수술실 내 이동형 X선 투시장치 사용 시 공간선량 분포

1) 거리에 따른 공간선량 분포

거리에 따른 공간선량 분포 결과, 표면방사선량률로 정의 된 수술 테이블과의 10 cm 거리에서 80 kVp 관전압 기 준, A point 2.74×10^-4 mGy, D point 2.72×10^-4 mGy, G point 1.18×10^-4 mGy으로 수술 집도의, 보조의, 마취의 가 위치하는 지점에서 가장 높은 공간선량 분포를 나타내었 다(Table 3). 앞선 결과를 통해 상대적으로 높은 선량분포를 나타낸 A, D, G 지점의 거리에 따른 공간선량은 100 cm 기 준 A point 5.15×10^-5 mGy으로 10 cm 대비 19%, D point 5.12×10^-5 mGy으로 10 cm 대비 19%, G point 1.73×10^-5 mGy으로 10 cm 대비 15% 감소되었다. 그 외 거리별 공간 선량 분포는 Fig. 4와 같이 거리역자승법칙에 따라 점차 감 소하였다.

2) 관전압 조건에 따른 공간선량 분포

수술 부위 및 자세에 따른 검사 조건변화를 고려하여 관전 압 조건에 따른 거리별 공간선량을 비교 분석하였다. 그 결 과, 앞서 평가한 결과와 유사하게 수술 집도의, 보조의, 마취 의가 위치하는 A, D, G 지점에서 높은 선량 분포를 나타내었 다. 관전압에 따른 선량 변화는 수술 테이블과의 10 cm 거리 에서 관전압 110 kVp 기준, A point에서 1.11×10^-3 mGy으 로 40 kVp의 선량 대비 약 219배 높은 선량을 보였으며, D point에서 1.22×10^-3 mGy으로 40 kV의 선량 대비 275배 높은 선량 분포를 나타내었다. 또한 G point에서는 관전압 조건 110 kVp 사용 시 5.08×10^-4 mGy으로 40 kVp의 선량 대비 245배 높은 선량을 보였다. 이러한 결과에 따라 이동형 X선 투시촬영장치의 관전압 증가에 따른 X선 강도의 증가로 인해 공간선량도 전체적으로 증가함을 알 수 있었다(Fig. 5). 관전압별 거리에 따른 공간선량 분포는 앞선 결과와 동일하 게 거리역자승법칙에 따라 점차 감소하였다.

Ⅳ. 고 찰

수술실 내 이동형 X선 투시장치는 수술 시 다양한 이점을 제공하지만, 무분별한 사용은 방사선 피폭으로 인한 방사선 장해의 우려가 있다. 그러나 현재 국내 의료기관별로 수술 실 의료종사자의 방사선관계종사자의 등록 절차가 이뤄지 지 않는 등 방사선 안전관리에 대한 관리가 미흡한 실정이 다. 이에 본 연구는 수술실 내 이동형 X선 투시장치 이용 시, 불규칙한 산란선에 대한 공간선량 분포를 평가하고자 모의실험을 진행하였다.

본 연구의 결과에 따르면, 첫 번째, 모의실험에서 평가한 광자 스펙트럼의 경우 기존 SRS, SpekCalc 프로그램과 비 교 시 모든 조건에서 0.5% 이내의 상대오차를 나타내었으 며, 이는 모의실험 내 모사한 이동형 X선 투시촬영장치의 선원항에 대한 신뢰성을 확보한 것으로 판단된다.

두 번째, 거리에 따른 공간선량평가 결과, 모든 관전압 조 건에서 거리가 멀어짐에 따라 감소하는 양상을 나타내었으 며, 이는 거리역자승법칙에 따른 것으로 분석된다. 과거 도상 록 외 연구에서는 수술실 이동형 X선 투시장치 사용 시 50 cm 이내 범위에 선량이 집중되어 분포한다고 보고하였으며, 본 연구에서도 이와 상응한 결과로 100 cm 지점에서 80% 이상의 선량 감소효과가 나타났다[14]. 또한 김민정 외 연구 에서는 이동형 X선 투시촬영 시, 환자 및 X선관과 가장 근접 거리에 있는 집도의, 보조의 등에 대해 방사선 피폭을 줄이기 위해 거리를 둘 것을 제안하고 있다[15]. 그러나 수술 중 감염 의 위험과 수술 진행 과정의 효율성 문제로 현실적 어려움이 있으며, 실시간 투시 촬영을 통해 시행하는 수술 이외에는 가급적 일정 거리를 유지하여야 할 것으로 사료된다[16].

세 번째, 관전압에 따른 공간선량평가 결과, 관전압이 증 가함에 따라 공간선량 분포가 증가되는 양상을 보였으며, 특히 A point, D point, G point이 상대적으로 높은 선량을 보였다. 이러한 결과는 관전압 증가에 따른 X선 평균 에너 지 증가에 기인한 것이며, X선관 및 모의피폭체와 가장 근 접하게 위치하므로 2차 산란선의 영향이 가장 높은 것으로 판단된다. 또한 일반적으로 수술 집도의, 보조의, 마취의가 항상 위치하는 지점으로 피부표면, 수정체, 표재성 장기 등 에 2차 산란선이 흡수될 수 있다. 이에 따라 수술실 내 의료 종사자들은 이동형 X선 투시장치에 의한 방사선 피폭에 대 해 간과해서는 안될 것이며, 적극적인 방사선 방호를 위한 노력이 필요하다. 하지만, 김봉희 외 연구에 따르면, 수술실 내 종사자의 방호기구 중 납 안경 착용에 대한 인식 수준이 낮다고 보고되고 있으며, 수술실 의료종사자에 대한 방사선 방호 교육이 필요하다고 생각된다[7]. 추후 수술실 내 의료 종사자들이 노출되는 실제 장기선량에 대한 평가와 방사선 방호에 대한 추가적인 연구를 통해 선량 저감화를 위한 지 속적인 노력이 필요할 것으로 사료된다.

본 연구는 보수적인 선량평가를 위하여 마취의를 포함한 수술실 내 의료종사자들과 가장 근접한 위치에 X선원 및 모 의피폭체를 두었다. X선원 위치에 따라 공간선량분포 결과 가 상이할 수 있으나 전체적인 경향성은 판단할 수 있었다. 이를 바탕으로 추후 연구에서는 수술부위에 따라 모의피폭 체 및 X선원의 위치를 설정한다면 수술실 환경에 적합한 방 사선 방호대책 수립 시 중요한 기초자료가 될 것이다.

Ⅴ. 결 론

모의실험을 통해 이동형 X선 투시장치 사용 시 수술실 내 의료종사자의 위치별 거리에 따른 공간선량을 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 일반적으로 집도의, 보조의, 마취의 가 위치하는 지점의 경우, 상대적으로 높은 선량 분포를 보 인다는 것을 확인하였다. 이에 따라 이동형 X선 투시장치 사용 시 최대한의 원거리 유지와 방사선 차폐 방안이 마련 되어야 할 것이다. 또한 의료기관별로 수술실 내 의료종사 자들의 방사선 안전관리를 위한 의무적인 방사선관계종사 자 등록 절차를 통해 지속적인 선량 모니터링이 필요할 것 으로 판단된다.