Ⅰ.서 론

핵의학(Nuclear medicine)은 방사성 의약품의 특이한 성 질을 이용하여 신체의 해부학적, 생리학적, 생화학적 상태 를 진단 및 평가하고, 개봉된 방사선원으로 치료하는 의학 의 전문분야이다¹⁾. 이러한 핵의학 분야 내 업무를 수행하는 종사자는 방사성동위원소를 직접적으로 취급하는 업무환경 으로 인해 지속적인 방사선 피폭에 노출된다. 이러한 핵의 학종사자를 포함한 방사선작업종사자는 개인 피폭방사선량 평가 및 관리에 관한 규정에 따라 정해진 주기별로 개인피 폭 선량계를 이용하여 해당 기간의 누적 선량에 대해 판독 하여 관리가 이루어져야 한다²⁾. 현재 이러한 종사자의 개인 피폭선량은 일반적으로 가슴 위치의 선량계 착용을 통한 심 부선량 H_p(10)에 대해 보수적으로 평가되고 있다³⁾. 그 중 의 료기관 내 핵의학 종사자의 경우, 사용하는 방사성동위원 소의 종류, 방사능량, 차폐기구의 사용 여부에 따라 종사자 개인별로 광범위한 피폭선량을 나타내는 것으로 알려져 있 다⁴⁾.

기존 핵의학 종사자의 피폭 관련 연구에서는 각 의료기관 에 따라 차폐기구의 구비 유·무와 업무환경으로 인해 차폐 기구의 사용빈도는 낮다고 보고하며⁵⁾, 사용되는 차폐기구 에 대해 명확히 규정되어 있지 않다. 그 중 L-block 차폐기 구의 경우, 납(lead)과 납유리(lead glass)로 구성된 것으로 방사성 의약품 표지, 분배, 주사 시 종사자의 몸통과 눈을 차폐하기 위해 상용화되어 있다. 그러나 각 의료기관마다 이러한 L-block 차폐기구의 사용과 구비 형태가 다르며, 간혹 업무의 효율성이 저하된다는 이유로 차폐기구를 사용 하지 않은 채 선원을 취급하는 경우가 종종 있다⁶⁾. 이러한 경우, 방사선원에 의해 종사자의 몸통, 사지뿐만 아니라 눈 또한 방사선에 직접적으로 노출될 수 있으며, 심부선량 이 외 인체 내 장기(organ)에 대한 구분된 피폭선량 관리가 이 루어지지 않으므로 노출되는 피폭정도를 정확히 인지하지 않고 업무를 수행하고 있는 실정이다.

이에 본 연구에서는 몬테카를로 방법을 이용한 모의실험 을 통해 핵의학 분야 내 방사성동위원소 취급 시 종사자가 노출될 수 있는 각 장기별 피폭선량을 평가하고, 종사자의 방사선 방호를 위해 상용화된 L-block 차폐기구의 사용 두 께에 따른 인체 장기별 차폐효과를 산정하고자 한다. 이를 통해 핵의학 종사자의 차폐기구 사용 지침을 위한 기초자료 를 제공하고자 한다.

Ⅱ.실험재료 및 방법

1.실험재료

1)몬테카를로 기법(Monte carlo method)

본 연구에서는 몬테카를로 기법을 사용하는 대표적인 프 로그램인 MCNPX(Monte Carlo N-Particle extended, Ver 2.5.0, USA)를 사용하였다. 이는 전자, 광자, 중성자를 포함한 다양한 입자 수송이 가능하고, Tally 명령어를 사용 하여 플럭스, 입자 플루언스 등의 에너지 분포를 계산할 수 있다⁷⁾. 또한 선량 계산을 위한 기하학적 구조를 설정함에 있어서 사용자가 면(Surface)을 구성하고, 일정한 체적의 셀(Cell)을 정의할 수 있어서 3차원 모의실험이 가능하다. 또한 각각의 셀에 대해 구성원자의 성분과 밀도를 가진 물 질을 채우고, 이를 이용하여 모의피폭체 내 각 장가의 크기 와 형태 등의 특성을 나타낼 수 있다⁸⁾.

2)MIRD phantom

MIRD phantom는 수학적 팬텀의 한 형태로서, 2차원 수 학방정식을 통해 인체의 장기를 타원, 원뿔, 평면 및 원통 등으로 구성하여 3차원 공간내에 각 장기를 표현한 것이다. 본 연구에서는 ORNL(Oak Ridge National Laboratory)에 서 제작한 모의피폭체에 대해 ICRP 89, ICRU 46에서 제시 한 조직구성을 바탕으로 모델링된 “UF-Rivised” MIRD형 인체팬텀을 사용하였다.

3)방사성동위원소 및 차폐기구 (Radioisotope and shielding device)

방사성동위원소는 핵의학 진단 분야에서 사용되는 ^99mTc, ¹⁸F, ¹²³I, ²⁰¹Tl, ⁶⁷Ga, ¹¹¹In 선원으로 Table 1과 같이 각 선원에 서 방출되는 에너지(energy)와 수율(yield)을, MCNPX code 내 선원정보(source information, SI), 선원확률(source probability, SP)을 통해 선원항(source specification, SS) 을 정의했다10). 사용된 선원의 용기는 1 mL 주사기 크기와 동일한 원기둥 형태로 모델링하였고, 외벽은 폴리스틸렌 (Polysthylene) 재질로 구성했다. 선원 용기 내부에는 일정 한 체적의 선원을 중앙에 위치시켰다. 차폐기구는 현재 상 용화된 감마선 차폐용 L-block(25, 55 mmPb, Biodex Medical System, Inc.)차폐기구의 기하학적 구조와 구성성 분을 토대로 하여 각 두께별(0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 mm) 차폐기구를 Fig. 1과 같이 동등하 게 모사하였다.

2.실험방법

핵의학 분야 내 진단용 방사성동위원소 취급 시 인체 장 기에 대한 선량분포를 파악하기 위해 첫 번째로, 종사자가 선원을 취급하는 일정한 거리에 MIRD 팬텀과 선원을 위치 시킨 후 차폐기구 미사용 시 각 선원에 따라 노출될 수 있는 인체 장기별 선량분포를 측정했다.

두 번째로, 상용화된 L-block 차폐기구 사용 두께에 따 른 인체 장기별 차폐효과를 평가하고자, 선원과 수학적 팬 텀은 동일한 거리에 위치시킨 다음 선원과 인체팬텀 사이에 앞서 모사한 L-block 차폐기구를 위치시키고, 차폐기구의 두께 증가(5~60 mm)에 따른 인체 장기별 선량분포를 측정 하였고, 차폐기구 미사용 시를 기준으로 장기별 차폐효과 (%)를 산정하였다(Fig. 2).

모의실험 내 인체 장기에 대한 선량평가는 앞서 모사한 MIRD 팬텀 내 눈(Eye), 갑상선(Thyroid), 유방(Breast), 폐(Lung), 위(Stomach), 간(Liver), 생식선(Sexual gland; testis, ovary), 피부(Skin)에 대해 각각의 관심지점(Tally) 을 지정했다. 관심지점 지정카드(Tally specification card) 는 f4 tally를 이용하여 방출된 광자가 장기의 단위 면적 내 도달된 입자수 즉, 입자 플루언스를 획득하였고, 방사성동위 원소에 따른 동일한 선량평가를 위해 37 MBq (1 mCi)의 방 사능량을 고려하였으며, MCNPX 프로그램 내 선량 환산계 수(ICRP 74 ambient dose equivalent conversion factor) 를 통해 등가선량률(uSv/h)로 변환했다.

또한 변환된 선량률에 대해 장기별 위험도를 평가하고자 ICRP 60, 103 권고에서 제시하는 조직 하중계수(Tissue weighting factor)를 고려하여 유효선량률(uSv/h)로 환산 하였다(Table 2). 모의실험 내 신뢰도 확보를 위해 반복횟 수는 10E⁸번 이상 모의추정하여 통계적 불확도(uncertainty) 를 3% 이내로 유지했다.

Ⅲ.결 과

1.진단용 방사성동위원소 취급 시 인체 장기별 유효선량분포

핵의학 분야 내 진단용 방사성동위원소 취급 시 인체 장 기별로 노출되는 선량을 파악하고자, 차폐기구 미사용 시 각 선원에 따른 입자 플루언스 값을 측정한 후, 선량 환산 계수와 조직 하중계수에 따라 장기별로 노출되는 유효선량 분포를 Table 3과 같이 환산하였다.

그 결과, ICRP 60 권고 적용 시 인체 장기 중 위와 폐의 경우 ^99mTc 선원에서 각각 0.7222 uSv/h, 0.5549 uSv/h, ¹⁸F 선원은 2.4312 uSv/h, 2.0288 uSv/h 으로 가장 높은 유효선량 분포를 나타내었고, 그 외 장기별 선량 분포는 유 방, 생식선, 간, 눈, 갑상선, 피부의 순으로 낮아지는 양상 을 보였다.

이에 반해, ICRP 103 권고 적용 시 유방의 경우 ^99mTc 선 원에서 1.2712 uSv/h, ¹⁸F 선원은 4.5510 uSv/h로 가장 높 은 유효선량 분포를 보였고, 위의 경우 ^99mTc 선원은 0.7222 uSv/h, ¹⁸F 선원은 2.0288 uSv/h로 두 번째로 높은 선량 분포를 나타내었다. 그 외 장기별 선량분포는 폐, 눈, 간, 생 식선, 갑상선, 피부의 순으로 감소하는 경향을 띠었다.

ICRP 권고에 따른 유효선량 분포를 비교한 결과, 갑상선, 간, 생식선의 경우 ICRP 60 권고 적용 시 더 높은 유효선량 분포를 나타내었고, 폐와 위의 경우 동일한 선량 분포를 보 였으며, 이와 대조적으로 눈과 유방의 경우 ICRP 103 적용 시 더 높은 선량 분포를 나타내었다. 또한 취급하는 방사선 원에 따른 장기별 유효선량 분포는 ¹⁸F, ¹¹¹In, ⁶⁷Ga, ¹²³I, ²⁰¹Tl, ^99mTc의 순서로 선원의 방출하는 에너지에 비례하여 높은 양상을 보였으며, 동일한 장기 내에서도 취급하는 방 사성동위원소에 따라 각기 다른 선량 수치를 나타내었다.

2.L-block 차폐기구 사용에 따른 인체 장기별 차폐효과

핵의학 분야 내 진단용 선원 취급 시 L-block 차폐기구 의 사용에 따른 인체 장기별 피폭선량 차폐효과를 산정하기 위해, 각 선원별 차폐두께(5 ~ 60 mm)에 따른 인체 장기별 피폭선량 분포를 측정하고, 차폐기구 미사용 시 선량 분포 를 기준으로 하여 차폐두께에 따른 차폐효율을 평가하였다.

그 결과, 일반적으로 핵의학 분야 내 가장 많이 사용되는 ^99mTc 선원의 경우, 5 mm 차폐기구 사용 시 인체 장기에 따라 최소 97.15~최대 99.96%, 10 mm 사용 시 99.09~ 99.97%의 차폐효율을 보였다. ²⁰¹Tl 선원의 경우, 5 mm 차폐기구 사용 시 인체 장기에 따라 최소 97.13∼최대 99.95%, 10 mm 사용 시 98.76~99.97%, 15 mm 사용 시 99.53~99.97%의 차폐효율을 나타내었다(Fig. 3).

¹²³I 선원의 경우, 5 mm 차폐기구 사용 시 인체의 장기에 따 라 최소 95.05~최대 97.66%, 10 mm 사용 시 97.80~99.01%, 15 mm 사용 시 99.08~99.57%의 차폐효율을 나타냈다. PET/CT 검사 시 일반적으로 사용되는 ¹⁸F 선원의 경우, 5 mm 차폐기구 사용 시 인체의 장기에 따라 최소 51.41∼최대 62.69%, 10 mm 사용 시 77.63~86.71%, 15 mm 사용 시 89.93~95.24%, 20 mm 사용 시 94.63~98.25%, 25 mm 사용 시 96.18~99.35%, 30 mm 사용 시 97.18~99.75%, 35 mm 사용 시 97.86~99.89%, 40 mm 사용 시 98.44~ 99.94%, 45 mm 사용 시 98.85~99.98%, 50 mm 사용 시 99.18~99.98%의 차폐효율을 보였다(Fig. 4).

⁶⁷Ga 선원의 경우, 5 mm 차폐기구 사용 시 인체의 장 기에 따라 최소 91.56~최대 94.67%, 10 mm 사용 시 96.75~98.91%, 15 mm 사용 시 97.99~99.58%, 20 mm 사 용 시 98.70~99.77%, 25 mm 사용 시 99.13~99.84%의 차 폐효율을 보였다. ¹¹¹In 선원의 경우, 5 mm 차폐기구 사용 시 인체의 장기에 따라 최소 96.30~최대 99.12%, 10 mm 사용 시 99.79~99.92%, 15 mm 사용 시 98.68~99.98%, 20 mm 사용 시 99.27~99.98%의 차폐효율을 나타냈다 (Fig. 5).

위의 결과에 따라 방사성동위원소 취급 시 L-block 차 폐두께에 따른 인체 장기별 차폐효율은 선원에서 방출하 는 감마선 에너지에 반비례한 경향을 나타내었고, 선원별 L-block 차폐기구의 적정두께는 ^99mTc 선원의 경우 약 10 mm, ²⁰¹Tl은 15 mm, ¹²³I은 15 mm, ¹⁸F는 50 mm, ⁶⁷Ga은 25 mm, ¹¹¹In 20 mm로 분석되었다.

Ⅳ.고 찰

현재 핵의학종사자의 개인피폭선량 관리는 과거 ICRU에 서 제시한 심부선량 H_p(10) 이외 종사자의 사지, 눈, 그 외 다른 조직이나 장기에 대해서는 구분된 관리가 이뤄지지 않 으며, 이로 인해 종사자로 하여금 노출되는 장기 피폭에 대 해서 정확히 인지하지 못하고 업무를 수행하고 있는 실정이 다. 이에 본 연구는 핵의학 분야 내 선원 취급 상황 내 인체 장기별 선량분포 경향성을 평가하고자 하였으며, 이러한 방 사선 피폭을 저감하기 위해 상용화된 L-block 차폐기구의 두께에 따른 선량감소효과를 산정하고자 하였다. 본 연구의 결과에 따르면, 핵의학 종사자의 인체 장기 중 위, 폐, 유방 의 경우, 모의실험 내 모델링된 선원과의 거리가 그 외 장기 보다 인접하여 상대적으로 높은 선량분포를 나타난 것으로 생각되며, ICRP 60, 103 권고 내 조직가중치를 통해 변환된 유효선량 분포는 각 권고에서 제시하는 장기에 따른 위험계 수(risk factor)의 변화로 인해 장기별로 다른 양상을 나타 낸 것으로 고려된다. 이는 ICRP 60 권고 이후 ICRP에서 새 로운 조직가중치 개발을 위해 코호트 연구를 통한 역학적 자료, 여러 인구에 적용된 명목위험계수 외 몇 가지 단계를 거쳐 ICRP 103 권고 내 확률론적 영향의 위해에 대한 조정 된 명목위험계수에 근거하여 제시되었으므로⁹⁾, 조직에 대 한 위해를 평가하기에 합리적인 방법일 것으로 사료된다. 또한 피폭선량 저감화를 위한 L-block 차폐기구의 두께에 따른 선량분포는 차폐두께 증가에 따라 지수함수 분포로 감 소되는 경향을 나타내었으며, 방사선원별 선량감소효과는 방출하는 감마선 에너지에 비례하여 투과된 광자 및 산란선 의 비율 증가로 인해 차폐효과는 상대적으로 낮은 결과를 나타낸 것으로 분석된다.

김영선 등⁶⁾, 조용인 등⁹⁾의 연구에 따르면, 의료기관에 따 라 사용되고 있는 차폐기구의 종류 및 형태가 다양하며, 종 사자간에도 차폐기구 사용에 대한 인식이 낮은 것으로 보고 하고 있다. 또한 핵의학 종사자의 피폭선량 연구에서는 능 동형 선량계 혹은 보조 선량계 등의 실측 장비를 통해 선량 평가 및 차폐 연구에 이용되어 왔으나¹⁰⁾, 이러한 방법의 경 우 측정당시의 환경, 방향 및 에너지 의존성 등 결과에 영향 을 미치는 외부적인 변수가 많다고 알려져 있다¹¹⁾. 이러한 이유로 몬테카를로 기법을 이용한 방법은 여러 가지 입자 수송, 차폐설계 등 유용한 도구로서 평가되고 있으며(12), 실 측하기 어려운 부분에 대한 가상공간 내 모델링이 가능하다 는 장점이 있다. 그러나, 모의실험에 앞서 실험 모델링에 대 한 정확한 기하학적 모사는 결과에 대한 신뢰성 확보를 위 해 중요한 부분이며, 이러한 차이로 인하여 실제 선량값에 대한 오차가 발생될 수 있다.

본 연구에서는 모의실험을 통해 핵의학 업무환경 내 진단 용 선원 취급 시 노출되는 인체 장기에 대한 선량분포와 L-block 차폐두께에 따른 선량감소효과를 산정함으로써, 실측을 통해 획득하기 어려운 정보를 알 수 있다는 것에 의 미가 있다. 본 연구의 결과에 따라 취급하는 선원에 맞는 적 정두께 이상의 L-block 차폐기구를 사용한다면 핵의학 종 사자의 피폭선량 저감화에 도움 될 것이라 판단된다.

최근 국제적으로 눈의 수정체에 대한 다양한 역학조사 결 과들이 보고됨에 따라 ICRP에서는 수정체에 대한 등가선량 한도를 ICRP pub. 103 권고에 비해 약 7.5배 정도 하향 조 정할 것을 제안하고 있으며, 수정체에 대한 관리와 필요성 이 강조되고 있는 추세이다¹³⁾. 이처럼 세부적인 장기 이외 눈의 피폭에 대해서도 정확하게 파악하지 못하고 업무를 수 행하고 있는 실정이며, 추후 종사자의 눈에 대한 피폭선량 측정연구와 이를 방호할 수 있는 안구 차폐기구(eyewear protector)에 사용 시 선량감소에 대한 연구 또한 필요할 것 으로 사료된다.

Ⅴ.결 론

핵의학 분야 내 진단용 방사성동위원소 취급 시 종사자의 장기 선량은 선원의 위치에 근접할수록, 취급하는 방사선원 의 에너지에 비례하여 높은 선량분포를 나타내었다. 이에 따라 핵의학 종사자로 하여금 방사선원 취급 시 노출되는 인체 장기에 대한 피폭정도에 대해 정확히 인지하여야 할 것이며, ^99mTc 선원의 경우 약 10 mm, ²⁰¹Tl은 15 mm, ¹²³I 은 15 mm, ¹⁸F는 50 mm, ⁶⁷Ga은 25 mm, ¹¹¹In 20 mm 두께 이상의 적절한 L-block 두께의 차폐기구 사용을 통해 종사 자의 피폭선량 최적화를 위해 노력해야 한다. 그러나, 현실 적으로 각 방사선원별 각기 다른 차폐기구를 사용하기에는 업무상 번거로움과 차폐기구 구비를 위한 경제적인 측면에 서의 어려움이 발생될 수 있다. 이에 따라 각 의료기관 환경 에 맞는 적정 두께의 차폐기구 사용을 통해 종사자의 피폭 을 합리적으로 달성할 수 있는 한 낮게 유지해야 할 것으로 판단된다.