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1 pissn : , eissn : "J. Korean Soc. Radiol., Vol. 12, No. 6, November 2018" Evaluation of Energy Dependency for Air Kerma Area Product by RQR Beam Quality and Indirect Calibration Jung-Su Kim, 1 Sung-Hwan Kim, 2 Mi-Jeong Kim, 3 Seung-Youl Lee, 3 Tae-Hee Lee, 3 Youl-Hun Seoung 2,* 1 Department of Radiologic Technology, Chungbuk Health & Science University 2 Department of Radiological Science, College of Health Science, Cheongju University 3 Ministry of Food and Drug Safety, Medical Device Research Division Received: October 31, Revised: November 26, Accepted: November 30, 2018 ABSTRACT According IEC ed3.1 and IEC regulation, diagnostic X-ray equipment should be display to measured and calculated air kerma area product. On the clinical X ray equipment, air kerma area product dosimeter would like to have an evidence for dosimeter accuracy and energy dependency. This study was performed to indirect calibration and energy dependency test for attached type air kerma area product (KAP) dosimeter by RQR standards beam quality. On the RQR5 beam quality, attached KAP dosimeter error showed -7.5%, respectably. On the RQR9 beam quality, attached KAP dosimeter error showed -10.4%, respectably. All RQR beam quality, average absolute error was 8.30%±2.85%, respectably. On this study, attached KAP dosimeter was satisfied to IEC and AAPM TG 190. This calibration method of KAP dosimeter will help to performance maintain for clinical KAP dosimeter. Keywords: Air kerma, Area product dosimeter, Energy dependency, RQR beam quality, Indirect calibration Ⅰ. INTRODUCTION 1895년빌헬름콘라드뢴트겐이 X선을발견한이래영상의학에서 X선의사용은질병의진단을위해필수적으로필요한도구가되었다. 현대의영상의학검사에서방사선에대한방어는정당화와최적화가주요한요소이다. [1] 영상의학검사에서영상의품질은진단의정확도를결정하는중요한요소중에하나이다. 영상의품질과방사선피폭으로인한위험성을판단하기위해서는환자의피폭선량에대한모니터링이절대적으로필요하다. [2] 영상의학 X선검사에서열형광선량계나유리선량계는 X선검사영상에선량계의표식을남기기때문에진단에지장을초래하게되므로환자의피폭선량모니터링에제약이따른다. 영상의학 X선검사에서환자에게조사되는 X선량을나타내기위해 서는 X선장치의특성에맞는선량계를사용하여야한다. 영상의학검사에서사용하는선량계는질병진단에영향을주지않고환자에게피폭되는 X 선량을실시간으로표시할수있어야한다. 환자에게조사되는피폭선량은환자에게발생할수있는확률적, 유전적인방사선장해에깊은연관성을가진다. 일반 X선촬영장치에서환자의선량은공기커마면적선량곱 (Air Kerma Area Product: KAP) 를사용하거나공기커마입사면선량 (Surface Air Kerma: SAK) 를사용한다. [3] KAP는이전의면적선량곱 (Dose Area Product: DAP) 을미국의학물리사협회업무그룹 190 (American Association of Physicists in Medicine Task Group 190: AAPM TG190) 에서 2008 년에공기커마면적선량곱으로명명하였다. KAP는 X선의조사면적과공기커마의곱으로나타내며거 * Corresponding Author: Seoung Youl-Hun Tel: Address: Depart. of Radiological Science, Cheongju University, 298, Daesung-ro, Cheongwon-gu, Cheongju-si, , South Korea

2 Evaluation of Energy Dependency for Air Kerma Area Product by RQR Beam Quality and Indirect Calibration 리역제곱법칙과 X선빔의조사면적이거리에따라비례하여증가하는것을포함한다. [4] 일반 X선촬영장치와투시 X선촬영장치, 혈관조영 X선촬영장치의환자피폭선량은 mgy cm 2, cgy cm 2 mgy m 2 의형태로공기커마면적선량곱으로나타내고있다. 2018년에제정된국제전기기술위원회 (International Electro-technical Commission: IEC) 의규격 IEC :2018판에서는일반 X선촬영장치와투시 X선촬영장치에서누적공기커마면적선량곱과기준공기커마율을표시하여야하며 X선검사완료후의료용디지털영상표준통신 (Digital Imaging and Communications in Medicine: DICOM) 에서정의하고있는의료용디지털영상표준통신선량구조화문서 (Digital Imaging and Communi cations in Medicine Radiation Dose Structured Report: DICOM RDSR) 로전송하도록규정하고있다. [5] 이는 2015년재정된 IEC 에추가적으로전송과관련한사항을기입한것이다. [6] 일반 X선촬영장치에서공기커마면적선량곱을나타내는 KAP 선량계는 X선관의조사야조절기앞에부착하여사용하도록되어있다. 현재사용중인 KAP 선량계는선량계제조사의권고에따라교정을진행하여야한다. 하지만국내임상환경에서 KAP 선량계에대한교정을시행하기위해서는제조사인외국으로선량계를보내야하는불편함이있다. 따라서본연구에서는국내에서사용되고있는부착형 KAP 선량계에대해선량계의에너지의존성을평가하고계산을통한 KAP 값을도출하여실측값에대한차이를평가하였으며임상환경에서적용가능한표준선질을이용한교정방법을마련하였다. Ⅱ. MATERIAL AND METHODS 실험에사용한 KAP 선량계 (KermaX plus, IBA, Germany) 는제조사의교정권장주기가 5년이며선량에대한디지털해상도는 0.01 이다. [7] 선량측정에사용한선량계는 2018년 8월 30일에교정된다중검출용반도체선량계 (Xi R/F, Unfors RaySafe, Sweden) 를사용하였다. 에너지의존성실험은도시바 7252X 모델의 X선관을사용하는인버터식 X 선발생장치 ( 대한민국, 잼스메디컬 ) 를사용하였다. 이 X 선장치의최대관전압은 150 kvp 이고초점의 크기는 1.2 mm 와 0.6 mm 이다. 실험에서사용한표준선질은국제원자력기구 (International Atomic Energy Agency: IAEA) 의 TRS457 문서에서정의하고있는흡수체가없을경우선량 측정에사용하는 RQR2 에서 RQR9 까지선질을사 용하였으며 Table 1 과같다. [8] RQR 선질의확보를 위해 X 선영상검출기와초점간의거리를 100 cm 로위치시키고조사야측정용도구 (Collimator Test Tool) 를사용하여광조사야에대한실조사야의크 기를평가하였다. 조사야의크기평가는조사야측 정용도구를이용하여획득한영상을의료영상전 송시스템에서가로, 세로길이를측정하여산정하 였다. 길이측정은측정자의오차를감소시키기위 해가로, 세로각 3 회측정후평균값을사용하여 면적을산출하였다. 측정한면적을바탕으로지수 함수식을이용하여조사야측정장치 (Field-Size Measurement Plate: FSMP) 의상판높이에서의조사 야넓이를계산하였다. FSMP 의바닥판에서상판의 높이는 30 cm 로실험에사용한 FSMP 는 AAPM TG190 에서권고하고있는장치로투명아크릴을이 용하여 Fig. 1 과같이제작하였다. [4] Table 1. Standards beam quality of RQR Radiation quality X-ray tube voltage(kv) First HVL(mmAl) RQR RQR RQR RQR RQR RQR RQR RQR RQR 선량의측정을위해 FSMP 의중심과 X 선선속의중 심을일치시키고 FSMP 의상판위에반도체측정기를 위치시킨후각표준선질에해당하는반가층을얻기 위해 0.1 mmal, 0.2 mmal, 0.5 mmal 두께알로이 1100 알루미늄판을순차적으로증가시켜 RQR 선질을획득 하였다. FSMP 상판의반도체선량계와부착형 KAP 선량계를이용하여각 RQR 선질에서 5 회공기커마

3 pissn : , eissn : "J. Korean Soc. Radiol., Vol. 12, No. 6, November 2018" 값과 KAP 값을 측정하였다. 반도체 선량계에 측정 선 검출기 거리가 70 cm인 FSMP의 상판에서의 조 된 공기커마 값에 면적을 곱하여 구한 KAP 값과 사야 면적은 cm2이다. 부착형 KAP 선량계에 표시된 측정값을 비교하였 FAMP의 상판에 위치한 반도체 선량계로 측정한 다. 선량 측정에 사용한 실험장치의 배치는 Fig. 2 공기커마 값과 부착형 KAP 선량계의 표시 값에 대 와 같다. 한 X선 조사조건에 대한 측정값은 Table 2와 같다. FSMP의 상판 30 cm 높이에서 측정한 조사야의 크기와 공기커마 값을 곱해 도출한 KAP 값과 부착 형 KAP 선량계에서 측정한 값의 오차는 RQR2 선 질에서 3.16%±1.74%, RQR3 선질에서 12.01%±2.91%, RQR4 선질에서 7.85%±2.30%, RQR5 선질에서 7.50%± 0.38%, RQR6 선질에서 8.09%±0.70%, RQR7 선질에서 7.45%±0.54%, RQR8 선질에서 10.30%±0.38%, RQR9 선질에서 10.04%±0.30%로 나타냈다. 각 선질에서 KAP 선량계 측정값과 계산 KAP 값의 오차와 절대 오차는 Table 3과 같다. KAP 값의 계산은 Eq (1)을 Fig. 1. Field-size measurement plate by AAPM TG190. 이용하였다. 식에서 기준 지점은 FSMP의 상판 높 이 30 cm을 사용하였고 AW와 AL은 FAMP 상판지 점에서 측정한 가로, 세로 길이를 사용하여 넓이를 산정 하였으며 ktp의 경우 반도체 선량계는 온도와 기압의 영향을 받지 않기 때문에 1을 사용하였다.[8] (1) 기준점에서입사공기커마 기준점의가로길이 기준점의세로길이 온도기압보정계수 모든 RQR 선질에서 KAP 선량계 측정값과 반도 체 선량계를 이용한 계산값의 오차는 8.30±2.85%로 나타냈다. Fig. 2. Test geometry of KAP meter energy dependency and calibration. Ⅳ. DISCUSSION KAP 선량계는 임상현장에서 일반 X선 촬영 장 치와 투시 X선 촬영 장치, 혈관조영 X선 촬영 장치 Ⅲ. RESULT FSMP의 조사야 크기 산정을 위해 초점과 X선 검출기 사이 거리 100 cm에서 시행한 조사야 크기 에 이르기까지 다양한 X선 진단분야 장치에서 환 자에게 조사되는 X선의 선량을 나타내는 선량계로 사용된다. 시험의 결과 실제 조사야의 가로, 세로에 대한 평 국제전기기술위원회 IEC 판의 규격과 균값이 각각 cm, cm로 측정되어 개별규격 IEC 에서는 진단용 X선 검사 cm2의 면적을 나타냈다. 지수법칙에 따라 초점과 X 시 X선의 선량을 표시하고 그 정확성을 명시할 것 을 권고하고 있다.[5,6,9] 771

4 Evaluation of Energy Dependency for Air Kerma Area Product by RQR Beam Quality and Indirect Calibration Table 2. Exposure conditions and air kerma area product of each RQR beam quality Air Kerma Area Product (mgy cm 2 ) Tube Voltage (kvp) Air Kerma (mgy) Exposure Time (ms) Tube Current (ma) Exposure (mas) RQR RQR RQR RQR RQR RQR RQR RQR

5 pissn : , eissn : "J. Korean Soc. Radiol., Vol. 12, No. 6, November 2018" Table 3. Measured and calculated air kerma area product for each RQR beam quality Air Kerma Calculated Air Kerma FSMP Area Error Absolute Area Product Area Product Error (cm 2 ) (%) (mgy cm 2 ) (mgy cm 2 (%) ) Average Standard Deviation RQR RQR RQR RQR RQR RQR RQR RQR

6 Evaluation of Energy Dependency for Air Kerma Area Product by RQR Beam Quality and Indirect Calibration 본연구의결과에서부착형 KAP 선량계의경우모든 RQR 선질에서 8.3% 의평균오차를나타냈으며국제전기기술위원회규격에서제시하고있는 KAP 선량계의허용오차 ±35% 를만족하였다. IEC ed2.0에서는부착형 KAP 선량계의교정에 RQR5 선질 (70 kvp, 균일계수 0.71, 첫번째반가층 2.58 mmal) 또는 RQR8 선질 (100 kvp, 균일계수 0.68, 첫번째반가층 3.97 mmal) 로시행할것을권고하고있다. 본연구에서는 RQR5에대한평가에서반도체선량계를이용한 KAP 값에대해 7.5% 의오차를나타냈으며 RQR8 선질에서는 10.3% 의오차를나타내모두만족할만한성능을나타냈다. [10] KAP 선량계의에너지의존성은 50~80 kvp영역의저관전압에서 X선빔의여과에의한영향이크고, 70~90 kvp 이상영역의고관전압에서는필터의여과에영향을적게받은빔에의해 10~15% 높은에너지의존성을나타낸다. [4] 그러므로임상에서사용하는 KAP 선량계의성능을보장하기위해서는주기적인확인을통해선량계의정확성을확인해야한다. KAP 선량계는 ±35% 의넓은오차범위에서작동하는것은허용하고있다. 이는 KAP 값에영향을미치는인자에오차를모두반영한경우에대한오차를산정한것이다. KAP 값의오차에영향을미치는인자로는첫번째교정용 X선선원과여러부가여과가작용하는임상 X선선원의불일치에서오는불확실성을들수있다. [4,11] 이는부착형선량계에서 2% 또는 6% 의불확실성을가지게한다. [4] 두번째로는부착형 KAP 선량계의위치설정에기인한오차로 X선초점과측정기거리가 65 cm인경우 ±1 cm의오차는공기커마에약 3% 의오차를나타낸다. [4] 세번째로 KAP 선량계는공기의전리현상을이용하는이온챔버이므로측정되는동안수집되지못한이온의영향이이온챔버의표시값에영향을미치게된다. 이것은높은선량에서더욱큰오차를나타내게되는데 20 mgy의공기커마값을표시할때초기값의 ±0.5 mgy 오차와마지막값의 ±0.5 mgy 오차는최종적으로 ±1 mgy 또는 5% 의오차를가지게된다. 50 mgy 이상의누적 선량에서는 ±2% 가감소하는결과를나타내게된다. 네번째로조사야의차이에서기인하는오차는 KAP 값이공기커마에면적을곱한값이므로최종적인 KAP 값에영향을미치게된다. [4] V. CONCLUSIONS IEC 60601규격 3.1판이반영된보조규격인의료기기의방사선안전에관한보조기준규격 (IEC ) 과개별규격 (IEC ) 에의해국내에서제조되는진단용 X선장치의경우 KAP 선량계를부착하거나계산에의한 KAP 선량값을제시하여야한다. 하지만 X선발생장치에부착한 KAP 선량계의경우교정에대한신뢰성을확인하기위한절차가국내에는마련되어있지않을뿐아니라국내의경우에는 KAP 선량계의교정을진행하는기관이부재하기때문에임상현장에서정확성을확인하기에는어려움이있다. 이에본연구에서는현재사용하고있는부착형 KAP 선량계에대해임상현장장비를이용하여표준선질을만들고이를이용한에너지의존성을확인하였다. 또한본연구에서제안한방법은임상현장에서교정된반도체선량계나이온챔버를이용하여사용하고있는 X선장치의 KAP 값에대한정확성을측정하고자체적으로평가할수있는방법으로활용되기를기대한다. Acknowledgement 본연구는 2018년도식품의약품안전처의연구개발비 (18171MFDS329) 로수행되었으며이에감사드립니다. Reference [1] J. Malone, R. Guleria, C. Craven, P. Horton, H. Järvinen, J. Mayo, G. O reilly, E. Picano, D. Remedios, J. Le. Heron, M. Rehani, O. Holmberg, R. Czarwinski, "Justification of diagnostic medical exposures: some practical issues. Report of an International Atomic Energy Agency Consultation," The British journal of radiology, Vol. 85, No. 1013, pp , 2012.

7 pissn : , eissn : "J. Korean Soc. Radiol., Vol. 12, No. 6, November 2018" [2] R. A. Terini, M. C. D. S. Campelo, Jr, J. N. D. Almeida, S. B. Herdade, M. A. G. Pereira, "Doses monitoring in radiology: calibration of air kerma-area product (PKA) meters," Radiologia Brasileira, Vol. 46, No. 6, pp , [3] C. J. Martin, "Radiation dosimetry for diagnostic medical exposures," Radiation protection dosimetry, Vol. 128, No. 4, pp , [11] AAPM Report No Functionality and Operation of Fluoroscopic Automatic Brightness Control/Automatic Dose Rate Control Logic in Modern Cardiovascular and Interventional Angiography Systems (2012). Oct Accessed at [4] P. J. P. Lin, B. A. Schueler, S. Balter, K. J. Strauss, K. A. Wunderle, M. T. LaFrance, D. S. Kim, R. H. Behrman, S. J. Shepard, I. H. Bercha, "Accuracy and calibration of integrated radiation output indicators in diagnostic radiology: a report of the AAPM Imaging Physics Committee Task Group 190," Medical physics, Vol. 42, No. 12, pp , [5] IEC :2009/AMD2:2018. Amendment 2 - Medical electrical equipment - Part 2-54: Particular requirements for the basic safety and essential performance of X-ray equipment for radiography and radioscopy. Oct Accessed at [6] IEC :2009/AMD1:2015. Amendment 1 - Medical electrical equipment - Part 2-54: Particular requirements for the basic safety and essential performance of X-ray equipment for radiography and radioscopy. Oct Accessed at [7] IBA Dosimetry web site. Oct Accessed at o-two-in-one/ [8] IAEA. Dosimetry in Diagnostic Radiology: An International Code of Practice. Oct IAEA web site. Accessed at ry-in-diagnostic-radiology-an-international-code-of-pra ctice [9] IEC :2005/AMD1:2012. Amendment 1 - Medical electrical equipment - Part 1: General requirements for basic safety and essential performance. Oct Accessed at [10] IEC 61267:2005. Medical diagnostic X-ray equipment - Radiation conditions for use in the determination of characteristics. Oct Accessed at

8 Evaluation of Energy Dependency for Air Kerma Area Product by RQR Beam Quality and Indirect Calibration 김정수, 1 김성환, 2 김미정, 3 이승열, 3 이태희, 3 성열훈 2,* 1 충북보건과학대학교방사선과 2 청주대학교보건의료과학대학방사선학과 3 식품의약품안전처의료기기연구과 국제전기기술위원회의문서 IEC 의 3 판규격과 IEC 의개별규격에서는진단용 X 선장치에서 X 선피폭선량정보를표시하고그정확성을명시할것을권고하고있다. 하지만임상에서사용하는부착형공기커마면적선량계는교정에어려움이있다. 이에본연구에서는임상에적용가능한 RQR 표준선질을이용하여공기커마면적선량계의에너지의존성과정확도를평가하였고임상에서간접교정을시행할수있도록방법론을마련하고자하였다. RQR5 의표준선질에서시행한시험에서부착형공기커마면적선량계는 7.5% 의오차를나타냈고, RQR8 의표준선질에서는 10.3% 의오차를나타냈으며시험한모든 RQR 선질에대해평균절대오차는 8.30%±2.85% 를나타내 IEC 과 AAPM TG 190 의조건을만족하였다. 본연구에서도출한공기커마면적선량계의교정방법은임상에서사용하는공기커마면적선량계의간접교정법으로사용할수있을것으로기대한다. 중심단어 : 공기커마, 면적선량계, 에너지의존성, RQR 선질, 간접교정 연구자정보이력 성명 소속 직위 ( 제1저자 ) 김정수 충북보건과학대학교방사선과 교수 김성환 청주대학교방사선학과 교수 ( 공동 ) 김미정식품의약품안전처의료기기연구과과장 이승열식품의약품안전처의료기기연구과주무관 이태희식품의약품안전처의료기기연구과연구원 ( 교신 ) 성열훈청주대학교방사선학과교수

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