Ⅰ. 서 론

방사선을 이용하는 의료영상 분야는 환자의 정확하고 신 속한 진단과 효과적인 질병의 치료에 중요한 역할 차지하고 있고 이로 인해 방사선 노출이 증가되어 피폭 또한 증가하 고 있다[1-5].

환자에게 조사되는 방사선은 인체를 투과하여 X선 감약 차이에 의해 의료영상을 만드는 1차 방사선과 환자의 해부학 적 구조를 나타내는 것과 관계없이 영상 수신부에 영향을 미 쳐 영상의 질을 떨어뜨리거나 주변으로 산란되어 피폭선량으 로 작용하는 2차 방사선으로 구분된다[6,7]. 따라서 산란방사 선(scatter radiation), 초점 외 X선(off focus radiation), 누설방사선(leakage radiation)을 일컫는 2차 방사선은 의료 영상의 대조도를 떨어뜨리고 환자는 물론 주변인에게 피폭의 원인이 되므로 가능한 한 차폐되어야 한다. 이러한 의료행위 로 인한 방사선피폭 감소를 위해 ICRP에서는 시간, 거리, 차 폐를 방어원칙으로 제시하여 방사선에 노출되는 시간을 줄이 고 선원과의 거리를 멀리하고 선원과 인체 사이 적절한 차폐 체 사용을 권고하고 있다[8]. 의료기관에서 다양한 질병에 대 한 정확한 진단과 경과의 관찰, 회복 상태의 확인 등을 위해 X선을 이용한 촬영 시 방사선 피폭의 대상이 되는 환자 자신 을 제외하고는 방사선에 의한 피폭으로부터 안전 보장을 받아 야한다. 보건복지부의 “진단용 방사선 발생장치의 안전관리 에 관한 규칙”에 의해 방사선 관계 종사자는 방사선으로 인한 위해를 입는 것을 방지하기 위해 종사자 개인피폭선량을 관리 하고 있다[9]. 그러나 방사선 관계 종사자를 제외한 의료인이 나 병원 직원, 보호자, 주변 환자 등은 방사선 피폭 방지에 관한 별도의 규정이 없다. 따라서 의료기관에서 진단용 방사 선 발생장치를 사용할 경우 방사선에 의한 피폭을 줄이기 위 해 방사선 구역을 설정해야 하지만[10] 이동형 X선 발생장치 의 경우 방사선 구역이 아닌 중환자실, 수술실, 다인 병실, 회복실 등과 같이 개방된 곳에서 사용되거나 거동이 어려운 환자나 보호자 또는 병원 관계자는 본인의 의사와 관계없이 2차 방사선에 의한 피폭이 이루어진다[11,12]. 이동형 X선 발생장치 사용으로 인한 노출 시간은 Manual 화 된 촬영조건 으로 인해 시간의 단축의 효과가 크지 않고 수술실, 중환자실, 응급실 등의 별도의 차폐 규정이 없으며 그 외의 장소에서 촬영 할 경우에는 진료용 엑스선 방어칸막이를 설치 해야한다 [13]. 그러나 다양한 수술장비가 사용되는 수술실이나 환자와 연결되어 사용되는 생명유지 장치를 사용하는 중환자실 등에 서 여러 개의 크고 무거운 X선 방어용 칸막이를 운용하는 것 은 제약이 많고 주변인의 피폭을 방지하기 위해 병실 밖의 차폐공간으로 이동하여 촬영하는 것 또한 쉽지 않다. 따라서 복잡한 의료장비를 사용해야 하거나 개방된 장소에서 이동형 X선 발생자치를 사용할 경우 주변인에게 발생하는 피폭선량 을 줄이는 효과적인 방안이 필요하다.

본 연구는 방사선 구역 외에서 사용되는 이동형 X선 발생 장치의 사용 시 주변으로 산란되어 피폭선량으로 작용하는 2차 방사선에 의한 공간선량을 측정하고 이를 효과적으로 차폐하기 위한 새로운 개념의 선속조절기를 개발하고 효과 를 평가해보고자 한다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 선속 조절기 제작

진단용 X선 발생장치의 사용 시 선속을 제한하고 환자선량을 감소시키는 기구로 격막형 선속조절기(Aperture diaphragm), 원통형 선속조절기(Cones), 가변형 선속조절기(Collimator) 가 있으며 collimator는 광원을 제공하여 X선과 중심선속을 일치시킬 수 있는 장점으로 가장 일반적으로 사용된다[8]. 실험 을 위해 선원과 영상 사이의 거리(Source to Image Distance, SID) 100 cm에서 조사야를 45×45 cm로 제한하는 구조의 격막 형태로 2 mm 두께의 철판(Fe)에 1 mm 두께의 납(Pb)를 접착하였고, 선원으로부터 방사형으로 확장되는 X선을 차폐 할 수 있도록 밑면이 좁고 윗면이 넓은 사각형의 차폐 확장판을 foamex panel 사이에 0.5 mmPb를 결합한 샌드위치 구조로 연결하여 이동형 X선 발생장치의 Collimator에 결합하는 구조로 제작하였다. X선관의 collimator와 결합되어 1차 방사 선이 들어가는 부분은 4×4 cm의 내경으로 뚫려 있고 팬텀 방향으로 나가는 부분은 14.5×14.5 cm이고 높이는 14 cm이다 (Fig. 1), (Fig. 2).

2. 연구 방법

실험 방법은 인체 조직 등가 팬텀(Multipurpose chest phantom Ph-1, 43⨉40⨉48H, 18 kg/ Angiographic head phantom Ph-3, 49⨉33⨉35H, S/N 13C-06, Kyoto Kagaku, 일본)을 바닥에서 1 m 높이의 환자용 침대에 Supine Position 상태로 설치하고 이동형 X선 촬영장치(PX-100CLK, S/N MPAA06F 22-1132, Medison X-ray, 대한민국)를 선원과 영상 사이의 거리(Source to Image Distance, SID)를 1 m로 하였다[Fig.3]. 이동형 X선 발생장치를 사용 시 산란체로 작용 하는 환자로 인해 주변으로 발생하는 산란방사선의 증가 정도를 평가하기 위해 팬텀이 없는 상태와 팬텀을 설치한 상태를 비교 하여 측정하였고 개발된 선속조절기를 설치하여 계측기 (Unfors Xi Survey detector, S/N 171378, Fluke, Sweden)로 2차 방사선에 의한 공간선량을 측정하였으며 계측기의 방향은 팬텀 중심을 향하도록 하였다. 측정에 사용된 계측기는 촬영조 건과 가까운 80 kVp에서 교정기의 허용오차는 10%이고 교정오 차는 0%이다(교정일: 2018.2, 측정 범위: 0-9999 μGy). X선 발생장치의 촬영조건은 Chest AP(86 kVp, 100mA, 0.032 Sec)로 하였고 촬영장치 본체에 의한 산란선을 배제하고 팬텀과 선속조절기 유무에 의한 공간선량을 비교하기 위해 촬영장치 측을 제외하여 팬텀의 -900(Head 방향)에서 +900(Body 방향) 으로 300 간격으로 측정하였고 X선 중심에서 50 cm부터 150 cm까지 10 cm 간격으로 각각 5회 촬영하여 평균값을 사용하였 다(Fig. 3).

Ⅲ. 결 과

이동형 X선 발생장치의 촬영 시 환자에 의해 산란되는 2차 방사선에 의한 공간선량을 알아보고자 인체등가 팬텀 유무 에 따라 측정하였다. 동일 조건에서 팬텀을 사용하였을 때 촬영중심으로부터 50-150 cm까지 팬텀의 머리방향에서 몸통방향으로 측정된 모든 수평방향에서 공간선량이 증가 하였다. 촬영중심에서 90 cm 거리에서 팬텀 사용 전 4.0±0.1 μGy에서 팬텀 사용 후 5.3±0.07 μGy로 공간선량이 32%로 가장 작게 증가하였고 촬영중심으로부터 150 cm 거리에서 0.3±0.04 μGy에서 0.5±0.04 μGy로 공간선량이 66%로 가 장 크게 증가하였다(Table 1, 2).

의료 영상을 형성하는 1차 방사선 외 주변으로 향하여 피 폭을 유발시키는 방사선을 차폐하기 위해 인체등가 팬텀을 사용하고 개발된 선속조절기 사용 유무에 따른 공간선량을 측정하였다. 인체등가 팬텀과 개발된 선속조절기를 사용하 였을 때 촬영중심에서 50-150 cm까지 팬텀의 머리방향에 서 몸통방향으로 측정된 모든 수평방향에서 선속조절기를 사용하지 않았을 때 보다 공간선량이 감소하였다. 팬텀과 선속조절기를 사용하였을 때 촬영중심으로부터 140 cm 이 상은 자연방사선 범위의 선량이 측정되어 비교에서 제외하 였고 90 cm 거리에서 선속조절기 사용 전 5.3±0.07 μGy에 서 선속조절기 사용 후 2.1±0.08 μGy로 공간선량이 60%로 가장 작게 감소하였고 130 cm 거리에서 1.3±0.04 μGy에서 0.4±0.05 μGy로 공간선량이 69%로 가장 크게 감소하였다 (Table 3).

팬텀과 선속조절기 유무에 따른 공간선량 변화의 비교를 위해 측정된 angle 마다 각 거리에 따른 평균 선량값을 비 교하였다. 팬텀 사용 유무에 따라 각 거리에서 측정된 공간 선량은 팬텀이 없을 때 보다 팬텀을 사용 했을 때 32-66% 증가하여 평균 46%의 선량이 증가하였고, 팬텀을 사용하고 선속조절기 사용 유무에 따른 각 거리에서 측정된 공간선량 은 선속조절기가 없을 때 보다 사용 했을 때 자연방사선 범 위를 제외한 50-130 cm까지 공간선량은 60-69% 증가하여 평균 64% 감소하였다(Fig. 4).

촬영중심에서 수평방향 100 cm 등거리의 동일 조건에서 인체등가 팬텀과 개발된 선속조절기를 사용하였을 때 공간선 량을 측정하였다. 인체등가 팬텀을 사용하지 않았을 때 공간 선량은 3.0±0.08 μGy에서 사용 후 4.2±0.08 μGy로 약 40% 의 공간선량이 증가하였고, 팬텀을 사용하고 개발된 선속조 절기를 사용했을 때 공간선량은 1.4±0.08 μGy로 선속조절기 를 사용하지 않았을 때 보다 66% 감소하였다(Table 4), (Fig. 5).

Ⅳ. 고 찰

진단용 방사선 발생장치는 촬영과 관계없는 주변인들의 방사선에 의한 피폭을 방지하기 위해 방사선 구역에서 사용 되지만 이동형 X선 발생장치는 개방된 장소에서 사용되므 로 주변인에게 원하지 않는 피폭을 유발한다[14]. 따라서 본 연구는 이동형 X선 발생장치의 사용 시 촬영 영역 외 주변 으로 발생하는 방사선의 효과적인 차폐를 위해 선속조절기 를 개발하였으며 공간선량을 감소시키는 효용성을 평가하 고자 하였다.

정 등의 연구[15]는 3개 업체의 디지털 유방촬영 시 공간 선량율을 측정하였고 촬영장치의 수평 방향의 선량이 높았 으며 선량이 높은 방향으로 납유리 차폐의 보완이 필요하다 고 보고했다. 유방촬영 장치는 방사선 구역 내에서 촬영자 가 함께 위치하여 주변인에 방사선 노출이 되지 않고 촬영 장치에 크고 무거운 납유리 등의 차폐체가 설치되어 있지만 개방된 공간에서 사용하는 이동형 X선 발생장치는 모든 방 향으로 피폭이 발생함으로 크고 무거운 여러 개의 차폐체를 사용하는 것이 쉽지 않기에 보다 사용하기 쉬운 차폐체의 개발이 필요하다.

조의 연구[16]는 투시 검사실 내 공간선량의 분포 측정에서 팬텀을 사용하고 50 cm 거리에서 150 cm 거리의 변화 시키면 90% 이상의 산란방사선이 감소한다고 보고했다. 본 연구에 서도 이와 같은 조건에서 약 97%의 공간선량이 감소하였지만 Chest AP 촬영 조건으로 촬영중심에서 150 cm의 거리에서 측정된 공간선량은 0.5±0.04 μGy로 우리나라의 자연 방사 선량율 0.05-0.3 μSv/h과 비교하여 높은 수치로 거리를 더 욱 떨어뜨리거나 추가적인 차폐를 하여야 한다[17].

최의 연구[18]는 거리 역자승의 법칙을 적용하여 촬영이 이루어지는 환자로부터 2 m 이상 거리를 멀리하여 주변으 로 피폭되는 선량에 의한 영향을 줄일 수 있다고 보고했다. 현재의 병원 내 환자 병상 간 거리는 대부분 100 cm 내외로 200 cm 이상 거리를 두는 것은 쉽지 않고 보건복지부의 병 상간 거리는 100-150 cm로 규정하여 공간선량을 줄이기 위 해 추가적인 차폐도구가 필요하다고 할 수 있다[19]. 개발된 선속조절기를 설치하였을 때 촬영 중심에서 140 cm 이상의 거리부터 0.3 μGy 이하의 자연방사선 강도에 속하는 공간 선량이 측정되었다. 이것은 촬영중심에서 환자 병상의 가장 자리까지 거리를 제외하여 환자 병상간의 거리를 기준으로 할 경우 Chest AP 촬영조건에서 병상간 거리 100 cm에서 자연방사선 이하의 선량을 가질 수 있다.

최 등의 연구[20]에서 이동형 X선 발생장치의 collimator 주변을 0.35 mmPb로 차폐하고 팬텀을 이용한 피폭선량 감 소에 연구에서 약 20%의 차폐효과가 있다고 보고했다. 본 연구에서 0.5 mmPb를 이용하여 개발된 선속조절기의 사용 시 약 64%의 공간선량이 감소한 것과 많은 차이가 있었다. 납의 두께를 감안하더라도 collimator 측에 설치한 차폐 기 구의 차폐 효과 차이가 큰 것은 기존 연구에서 사용된 장치 는 collimator의 외측면을 감싸는 형태이고 개발된 선속조 절기는 X선 선속을 제한하는 격막형 선속조절기(Aperture diaphragm)에 방사선 투사 면적을 제한하는 형태가 결합되 어 2차 방사선의 발생을 효과적으로 차단하기 때문으로 볼 수 있다.

이동형 X선 발생장치의 collimator의 방사선 출구의 일 반적인 면적은 약 10×10 cm 가량이고 연구를 위해 개발된 선속조절기를 사용할 경우 4×4 cm의 크기로 1차 방사선이 진행하는 면적을 줄여주어 collimator의 조사야 조절 외 추 가적인 조사야를 제한하는 효과와 선속조절기 하단을 의료 영상 수상면 크기로 제한하여 팬텀 방향으로 진행하는 산란 방사선을 차폐하여 불필요한 2차 방사선을 효과적으로 차폐 할 수 있었다. 촬영 시 환자의 신체에 접촉하거나 주위를 둘 러싸지 않고 collimator에 결합 가능한 구조로 개발된 이동 형 X선 발생장치의 선속조절기는 대한민국 특허청에 특허 출원 하였다[21].

본 연구는 방사선을 이용한 검사 시 방사선에 의한 노출을 최소화해야 한다는 ICRP의 권고[22]에 따라 최적화의 원칙 을 적용하여 원하지 않는 피폭을 줄이기 위해 이동형 X선 발 생장치의 collimator에 탈착과 부착이 가능한 선속조절기를 개발하여 모든 방향으로 산란되어 피폭을 유발하는 산란 방 사선을 효과적으로 차폐하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 공간선량의 측정 시 수평방향의 공간선량만을 측정하였기에 사방향, 수직방향에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생 각되며 산란되는 방사선은 다양한 원인에 의해 발생함으로 환자 position, 촬영 조건, 측정 방법 등 실제 임상에서 사용 되는 상황에 따른 연구가 필요할 것으로 사료된다.

Ⅴ. 결 론

방사선을 이용한 장치는 방사선 관리구역에서 사용되지 만 이동형 X선 발생장치는 개방된 곳에서 사용되므로 모든 방향으로 산란되는 방사선에 의해 주변인에게 피폭을 일으 키는 원인이 된다. 개방된 장소에서 이동형 X선 발생장치의 사용 시 개발된 선속조절기를 사용하면 크고 무거워서 이 동이 쉽지 않은 다수의 진료용 엑스선 방어칸막이를 사용하 지 않더라도 주위 모든 방향으로 발생하는 산란 방사선의 효과적인 차폐가 가능하여 방사선 피폭을 줄일 수 있다.