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창정 갈
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1 기술논문 몬테카를로방법을이용한중재방사선시술자에대한선량평가 임영기가천대학교방사선학과 2014 년 10 월 7 일접수 / 2014 년 11 월 28 일 1 차수정 / 2014 년 12 월 8 일 2 차수정 / 2014 년 12 월 10 일채택 중재방사선을이용한의료적시술이나진단은꾸준히증가하고있다. 특히환자에근접하여이루어지는중재방사선시술의특성상시술자에대한직무피폭의관리및감시가중요하다. 개인선량계를통해측정되는방사선방호실용량인심부선량은중재방사선시술의경우균질한방사선장에의해전신에고르게노출되는경우가아니므로유효선량을항상대표할수는없다. 따라서본연구에서는 C-arm 을이용한대표적인중재방사선시술에대해수학적모의피폭체와몬테카를로방법을이용한계산과개인선량계를이용한실측을통해개인선량당량과장기별선량을평가하고자하였다. 주요장기별선량평가결과는개인선량계로측정된선량값보다낮았으나, 갑상선과같은장기는전신연조직선량보다상당히높은것으로평가되었다. 중재방사선시술자에대한적절한방사선방호를위해납치마의착용과같은전신방호와더불어갑상선방호와같은추가적인방호조치가고려되어야할것이다. 중심어 : 중재방사선시술, 직무피폭, 전산모사, 방사선방호 1. 서론 1) 중재방사선 (interventional radiology) 은방사선의도움을받아의료절차를수행하여최소침습을달성하는기술로서진단방사선의일부로볼수있다. 중재방사선기술은 1960 년대후반부터적용되어왔는데최근에는높은해상도의영상안내를통한고난도중재방사선시술이빠르게증가하고있으며일부국가에서는중재방사선시술빈도의연간증가율이 10 20% 범위에있다. 방사선을이용하는의료분야중에서도특히중재방사선시술은시술자가방사선장에근접노출되기때문에높은선량을피폭받을수있으며, 이로인해백내장이나손의방사선상해사례도보고되고있다 [1]. 따라서시술자는방호를위해납치마, 갑상선보호대와같은물리적방호도구를착용해야하며개인선량계도필수적으로패용해야한다. 개인피폭관리와제한을위한개인감시는방사선작업종사자가패용하는개인선량계를사용하여수행되며, 그중심측정량은실용량인개인선량당량 Hp(10) 이다 [2]. 실용량은유효선량당량을부당하게과소평가하지않으면서용이하게측정가능한양으로서국제방사선단위측정위원회 (International Commission on Radiation Units and measurement, ICRU) 가정의한양이다. 일반적으로방사선작업종사자는몸통의대표적위치에하나 교신저자 : 임영기, yklim@gachon.ac.kr 인천연수구함박뫼로 191 의개인선량계를패용하고그판독치인 HP(10) 으로유효선량을갈음하나이는대체로균질한방사선장에서전신을고르게피폭한다는가정하에합당하다. 그러나중재방사선시술자의경우선원에근접하여노출되므로방사선장이대체로비균질할뿐만아니라환자로인한방사선의산란및개인선량계의착용위치등을고려할때단순히개인선량계의판독값으로유효선량을충분히반영한다고판단하기어려운부분이있다 [3]. 따라서본연구에서는널리이용되고있는대표적인중재방사선시술에대하여몬테카를로방법을적용한방사선수송코드를통해중재방사선시술자에대한개인선량당량과장기별선량을비교, 평가하고자하였다. 2. 재료및방법 2.1 대상작업및피폭환경중재방사선시술의범위는다양하나본연구에서는일반적으로가장널리사용되고있는 C-arm 을대상으로하였으며, C-arm 을이용한시술에는경막외차단술, 추간관절차단술, 천장관절차단술등이대표적이다. 실제선량과가장근접한평가를위해서는피폭을유발하는각각의작업별방사선발생장치및주변인자들과매작업시작업자세에대한세부정보가요구되지만일반적인상황을가정하여평가하였다. Table 1 과같이각각의 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.4 DECEMBER

Table 1. Radiation Exposure Time for Major Interventional Radiology Using C-arm. 검사명검사내용검사시간 Epidural block ( 경막외차단술 ) Facet jint block ( 추간관절차단술 ) S-I joint block ( 천장관절차단술 ) - 연하곤란 ( 삼킴장애 ) 검사 - 진단.

2 Table 1. Radiation Exposure Time for Major Interventional Radiology Using C-arm. 검사명검사내용검사시간 Epidural block ( 경막외차단술 ) Facet jint block ( 추간관절차단술 ) S-I joint block ( 천장관절차단술 ) - 연하곤란 ( 삼킴장애 ) 검사 - 진단. 조영제로밥, 죽, 물등음식물형태의점성도를만들어구강에서위로전달되는경로의이상을투시영상을통해평가 - 척추신경근의염증부종예방, 통증완화를목적으로경막외강에주사 - 주사바늘의침투경로및약물주입전정확한위치에도달했는지 X-ray 영상을통해조영제주입으로확인 - 척추관절부위에 nerve(branch) 에주사 - 주사바늘의침투경로및약물주입전정확한위치에도달했는지 X-ray 영상을통해조영제주입으로확인 5~10 분 10~20 분 5~10 분 체와개인선량계를이용한실측을수행하였다. 조사환경은앞서기술한일반적인촬영조건에대하여수행하였으며환자의대용체로 30 cm 30 cm 15 cm 의 PMMA water slab phantom[5] 에물을채워사용하였다. 작업자의대한모의피폭체로는표준한국인실물모의피폭체 [6] 를사용하였다. 개인선량계는 X- 선표준선장으로교정된열형광선량계 (thermo-luminescence dosimeter, TLD), Harshaw-8814 를모의피폭체의가슴에부착하여시술시간인 5 분동안노출시켰다 (Fig. 1). 모의피폭체는상반신형태가일반적이며이는주요장기가상반신에위치하기때문이다. 사용된피폭체역시다리부분이없기때문에높이조절을위해의자를이용하였다. Fig. 1. Dose measurement using real human phantom with TLDs in a typical working condition of interventional radiology using C-arm. 시술에소요되는시간은최대 20 분정도지만실제로방사선에노출되는시간을고려하여조사시간은 5 분으로설정하였다. 본연구에서대상으로한 C-arm 장비는 Siemens 사의 SIREMOBIL 2000 으로서주당최대동작부하는 50 ma min week -1, 조사조건은관전압및전류가최대 80kVp, 4.2mA 이나실제시술에서는고정된값이아닌환자의상태나임상프로토콜에따라달라지므로관상동맥의혈관조영영화식시술에서사용되는 X 선스펙트럼정보 [4] 및시술자의면담을통해대표적으로사용되는 65 kvp, 2.0 ma 를조사조건으로가정하였다. 또한저에너지제동복사선을제거하기위한필터로는 2.5 mm 의알루미늄을사용하였다. 방사선량평가에있어선량은선원과피폭체와의거리의제곱에반비례하는관계가있으므로작업자의예상위치및자세는중요한요소가된다. 중재적방사선시술은시술자가촬영영상을보면서직접약물을주사하는등실제로방사선조사의대상이되는환자에근접하여이루어지므로보수적인평가를위해시술자가시술테이블에최대한접근하는경우에대한평가를추가하였다. 2.2 선량실측실제시술환경과같은상황을구성하여모의피폭 2.3 선량계산선량계산을위해서는일반적인방사선수송코드를이용한피폭환경의구성과 Monte Carlo 방법으로하나하나의방사선에대한무작위사상을통해이에대한평균값으로부터대상의흡수선량을산출하게된다. 방사선량실측은방사선실용량만을측정할수있는데, 이는실제피폭체가받는값보다넓고평행한방사선장에서는보수적으로약간높은값을갖는다. 즉, 인체를대표하는인체등가피폭체를이용하여조직등가선량계를이용하여측정되며인체를구성하는각각의장기의선량이아닌전신선량을대체하는값으로사용된다. 그러나특정장기의선량이나이로인한확률론적영향을평가하기위한유효선량의산정목적으로는주어진방사선장에대하여몸을구성하는하나하나의장기가받는선량을계측해야하며이를위해서는인체등가의선량계를신체내주요장기에위치시키고측정해야하는데현재의측정시스템으로이를측정하기란사실상불가능하다. 따라서이에대한대안으로주요장기를포함하는인체등가의피폭체를수학적으로구성하여방사선에의한각각의장기가받는선량을몬테카를로모사방법을통해산출하는방법이사용된다. 최근에는 voxel 형태의피폭체가도입되어정밀한선량계산이가능해졌으나계산속도와피폭체의변형이어려운단점이있다. 편의상일반적으로널리사용되는모델은 MIRD (medical internal radiation dose, MIRD) 에서 1969 년에 Snyder 에의해개발된 MIRD-V 피폭체를근간으로하는 stylized 피폭체 [7] 214 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.4 DECEMBER 2014

Fig. 2. Front and right lateral view of modified MIRD-V mathematical phantom. 과 6~22 를가지는텅스텐표적의스펙트럼을 0.5 kev 간격의에너지별로 75 cm 거리에서단위 mas 당단위면적당광자수를제공한다. 또한공기및인체조직등과같은 32 개의물질에대해감쇠계수역시 0.

3 에서는생성된스펙트럼을도시하였는데알루미늄필터에의해저에너지영역은대부분제거됨을확인할수있으며스펙트럼에서 peak 로나타나는부분은특성 X 선의발생에따른것으로원자의 K 또는 L 각의빈공간에전자가채워지는현상으로나타나게된다. 평균에너지는각각약 37 kev, 52 kev 로평가되었다.

3 Fig. 2. Front and right lateral view of modified MIRD-V mathematical phantom. 과 6~22 를가지는텅스텐표적의스펙트럼을 0.5 kev 간격의에너지별로 75 cm 거리에서단위 mas 당단위면적당광자수를제공한다. 또한공기및인체조직등과같은 32 개의물질에대해감쇠계수역시 0.5 kev 간격으로내장하고있어필터의효과를스펙트럼에고려할수있다. SPEC78 에서생성된스펙트럼은 MCNPX 의입력문에연속적인에너지를가진선원을표시하는카드인 si/sp 를사용하여선원항으로모사하였으며 75 cm 거리에서의공기커마값산출결과 5% 미만의큰차이를보이지않았다. Fig. 3 에서는생성된스펙트럼을도시하였는데알루미늄필터에의해저에너지영역은대부분제거됨을확인할수있으며스펙트럼에서 peak 로나타나는부분은특성 X 선의발생에따른것으로원자의 K 또는 L 각의빈공간에전자가채워지는현상으로나타나게된다. 평균에너지는각각약 37 kev, 52 kev 로평가되었다. C-arm 의일반적인촬영조건에서는최대사용조건보다저에너지영역으로스펙트럼이많이치우친것을확인할수있으며이는최대사용조건으로사용할경우좀더보수적으로선량을평가할수있다는것을보여준다. 선량계산은우선실제측정과동일한상황을입력하여 MCNP 의흡수선량산출 f6 tally 를이용하였으며상대오차를 5% 미만으로줄이기위해 107 개이상의사상을발생시켜평가하였다. 시술자의다양한위치에대한평가를수행하기위해우선실측환경과동일하도록앉은자세를기준으로평가하였다. 이때에는가슴위치에추가적으로 TLD chip 을모사하여실측결과와일치하도록피폭환경을모델링하고전산모사시단일사상의 TLD chip 에대한선량환산인자를산출하여적용하였다. 이후시술자대용피폭체의위치를조정하여선자세의일반적인작업위치와최대선량을받도록가급적조사테이블에가까이위치하는경우를가정하여평가하였다 (Fig. 4). Fig. 3. X-ray source spectrum of C-arm produced by Spec 78. 이며본연구에서는이피폭체에 ORNL (Oak Ridge National Laboratory) 에서 Cristy 등에의해개발된연령별피폭체 [8] 중성인남성의주요장기정보를추가하여평가하였다. Fig. 2 에피부와두부및가슴의연조직부분을제외한피폭체를구성하여도시하였다. 방사선수송코드는 MCNP 계산코드 (Monte Carlo N-Particle, MCNP) 를사용하였다. MCNP 는 Boolean 대수법을이용하여 3 차원의해석기하학적구조를구현하고이를특정물질로채움으로써광자, 전자, 중성자의수송해석이가능한대표적인 Monte Carlo 계산코드이다. 본선량재구성에서는 MCNPX 2.6[9] 을사용하였다. X- 선스펙트럼은 Institute of Physics and Engineering in Medicine (IPEM) 에서개발한 Catalogue of Diagnostic X-ray Spectra and Other Data(Report 78)" 에서제공하는데이터를이용하였다 [10]. SPEC 78 프로그램은이데이터를이용하여 30~150 kvp 구간의관전압 Fig. 4. Schematic view of radiation transport in a interventional radiology procedure by Monte Carlo simulations. JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.4 DECEMBER

4 Fig. 5. Relative organ doses calculated by Monte Carlo simulations for standing position of a staff phantom. 3. 결과및논의 Table 2 에실측을통한선량및전산모사를통해얻은선량계산결과를제시하였다. 기준점인앉은자세의경우실측값보다전신 ( 연조직 ) 선량계산값이적게나오는데이는실측시에는개인선량계의위치가가슴이므로전신이동일한조건에서피폭되었을경우를가정하지만선량계산에서는산란체에서저에너지광자가투과하지못하고주로위방향으로산란되어신체의일부에만선량을주기때문에전신을모두고려할경우오히려선량평가의대상영역이확대되는데에서기인한다. 그러나갑상선의경우는위치상산란선에의해피폭될확률이크기때문에실제전신측정값보다높은값을보인다. Fig. 5 에는일반적인작업위치인선자세에대해모사된 TLD-chip 과상대적인주요장기의선량을표시하였다. TLD 착용에따른개인선량은전신 ( 연조직 ) 선량보다약 10 배높은값을나타내는데, 이는단일선량계를착용하였을때에대한유효선량보정인자를제시하는일부연구의결과와도비교적잘일치한다.[11,12] 선량평가결과단순히개인선량계를이용한실측방법으로는본피폭상황과같이방사선의조사영역이전신에넓게분포하지않을경우실측값을그대로적용하는데에는한계가있음을보여준다. 일반적인작업자세인선자세에서는전신선량이더증가하는데이것은피폭영역이앉은자세보다더넓어지기때문이며갑상선의경우는오히려산란선영역에서멀리떨어지므로선량이낮게나타난다. Table 2. Results of Dose Assessment for the Staff of Interventional Radiology by Monte Carlo Calculations. 작업자의위치구분선량 기준점 선자세 ( 일반적인작업위치 ) 4. 결론 최대한접근 ( 최대선량 ) 전신 ( 실측 ) 0.07 msv 0.01 msv 0.15 msv 0.03 msv 0.13 msv 0.07 msv 0.19 msv 일반적으로널리활용되고있는중재적방사선시술에대하여실측및몬테카를로전산모사방법을통해시술자에대한주요장기별선량을평가하였다. 시술자의가슴부위에패용하는개인선량계에의한선량은연조직을비롯한주요장기의선량보다상당히높은것으로평가되었다. 또한갑상선선량은상대적으로전신연조직을비롯한다른주요장기보다상대적으로높은것으로평가되었으며이에대해추가적인관리나방호조치가필요할것으로보인다. 본연구는전신피폭체를이용한개인선량당량및주요장기의선량평가에초점을맞추어수행하였으나실제로일차빔에노출되는시술자의손에대한선량평가에관한연구가추가적으로필요하다고판단된다. 또한중재적방사선시술의증가에따라시술자에대한방사선방호조치는더욱강화되어야할필요가있다. 216 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.4 DECEMBER 2014

5 참고문헌 01. International Commission on Radiological Protection. Avoidance of radiation injuries from medical interventional procedures. ICRP Publication 85. Oxford; Pergamon Press Internal Commission on Radiation Units and Measurements. Radiation quantities and units. ICRU Report Faulkner K, Marshall NW. The relationship of effective dose to personnel and monitor reading for simulated fluoroscopic irradiation conditions. Health Physics. 1993;64(5): Stern SH, Rosenstein M, Renaud L, et al. Handbook of selected tisue doses for fluoroscopic and cineangiographic examination of the coronary arteries. HHS Publication FDA 1995: International Commission on Radiological Protection. Conversion coefficients for use in radiological protection against externational radiation. ICRP Publication 74. Oxford; Pergamon Press Kim JI Lee BI, Lim YK, et al. Physical phantom of typical Korean male for radiation protection purpose. Radaition Protection Dosimetry. 2006; 118(1): Snyder WS, Ford MR, Warner GG, et al. Estimates of specific absorbed dose fraction for photon sources uniformly distributed in various organs of a heterogeneous phantom. Society of Nuclear Medicine MIRD pamphlet No. 5. revised Cristy M. Mathematical phantoms for use in reassessment of radiation dose to Japanese atomic bomb survivors. Oak Ridge National Laboratory ORNL/TM Pelowitz DB. MCNPX user's manual version Los Alomas National Laboratory LA-CP Cranley K, Gilmore BJ, Fogarty WA, et al. Catologue of diagnostic x-ray spectra and other data. The Institute of Physics and Engineering in Medicine Report No Padovani R, Foti C, Malisan MR. Staff dosimetry protocols in interventional radiology. Radiation Protection Dosimetry. 2001;94: McEwan AC. Assessment of Occupational Exposure in New Zealand from Personal Monitoring Records. Radiation Protection in Australasia. 2000;17: Assessment of Occupational Dose to the Staff of Interventional Radiology Using Monte Carlo Simulations Young-khi Lim Gachon University Abstract - Medical operations and diagnosis using interventional radiology techniques have been increased. The management and monitoring of occupational radiation exposure to the staff of interventional radiology become important, specially because they stand in close proximity to the patient. The operational radiation protection quantity, Hp(10) which can be obtained from personal dosimeter do not always represent the effective dose to the staff. So, in this study, to estimate the critical organ doses to the staff of interventional radiology, Monte Carlo calculations with mathematical human phantom and dose measurements with personal dosimeters were carried out for the major interventional radiology procedures using C-arm. Results showed that the values of Hp(10) measured by personal dosimeters were higher than critical organ doses which were calculated. And the calculated dose to thyroids was much higher than those of other critical organ doses. For the proper radiation protection of the medical staff of interventional radiology, additional radiation protection for thyroids as well as for whole body shielding like wearing a lead apron should be considered. Keywords : Interventional radiology, Occupational exposure, Monte Carlo calculation, Radiation protection JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.4 DECEMBER

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<4D F736F F F696E74202D20B9E6BBE7BCB1BEC8C0FCBDC9C6F7C1F6BFF25FC1B6BCBAB1B85F > 복수선량계기법의실험적검증및 ICRP 103 기반알고리즘개발 조성구 ( 한양대학교 ) 2008. 09. 01 제 8 회방사선안전심포지움 유효선량, E 방사선방호에있어서중심이되는계측량 M F HT HT E = wtht = w + T T T 2 ICRP 103 (2007) 에서개정됨 장기및조직가중치변경 ICRP reference phantoms에대하여정의됨 실제측정이불가능함