진단방사선촬영에서광자극형광선량계의에너지의존성에대한보정인자 김종언 *, 임인철 **, 이효영 *** 가야대학교방사선학과 *, 동의대학교방사선학과 **, 부산대학교병원핵의학과 *** Correction Factor for the Eenergy Dependence of a Optically Stimulated Luminescent Dosimeter in Diagnostic Radiography Jongeon Kim *, Inchul Im **, Hyoyeong Lee *** Department of Radiological Science, Kaya University *, Department of Radiological Science, Dongeui University **, Department of Nuclear Medicine, Pusan National University Hospital *** 요약이연구의목적은진단방사선촬영에서환자의피부선량을측정하는나노도트선량계의에너지의존성에대한보정인자들을구하는것이다. 보정인자들은랜다우어사에서제공한팬텀정에관한 X-선에상대적인선량계의에너지반응그래프와로사도등이발표한 IEC의 RQR 표준방사선품질들에대한평균에너지값들을사용하여구하였다. 결과들은관전압 40-150 kvp에서 1-1.33의보정인자들을나타냈다. 얻어진보정인자들은각관전압에서정확한피부선량측정을위하여임상에사용하는데유용할것으로생각된다. 중심단어 : 관전압, 피부선량, 나노도트선량계 Abstract The purpose of this study is to calculate correction factors for energy dependence of a nanodotdosimeter to measure patient's skin dose in diagnostic radiography. The correction factors were calculated by using the values of mean energy for the RQR standard radiation qualities of IEC publicated by Rosado et al. and the energy response graph of dosimeter relative X-ray on phantom calibration provided by landaur corporation. Results showed the correction factors of 1-1.33 over the tube voltage range of 40-50 kvp. Acquired correction factors are considered to be useful in the clinics for the measurement of accurate skin dose at each tube voltage. Key Words : Tube voltage, Skin dose, nanodotdosimeter Corresponding Author: 이효영주소 : 경남양산시물금읍범어리양산부산대학교병원, E-mail:whiteshirt@naver.com, Tel: +82-(0)10-9076-9961 투고일자 : 2011 년 08 월 01 일, 심사일자 :2011 년 09 월 24 일, 수정일자 : 2011 년 10 월 05 일, 게재확정일자 : 2011 년 10 월 20 일 261
한국방사선학회논문지 Vol. 5, No. 5, 통권제 20 호, 2011 년 10 월 Ⅰ. 서론광자극형광선량계인나노도트선량계 (nanodot Dosimeter) 는환자의피부선량을측정하기위하여사용된다. 이선량계의판독장치는교정관전압 80 kvp 에대한교정선량계의하나의세트 (set) 를사용하여선량교정을행한다 [1]. 그리고나노도트선량계는진단방사선촬영조건의각관전압에대하여에너지의존성을나타낸다 [1,2]. 따라서교정관전압이아닌각관전압선택에의한피부선량측정은판독장치에의한선량계의실제선량측정값에에너지의존성을보정하는인자를곱하여보정선량측정값으로계산하여야한다 [1,3]. 그러나각관전압에대한보정인자들은교정기관에의하여수치적으로사용자에게제공하지않고, 평균에너지 (kev) 에대하여 Cs-137 또는 80 kvp X-선에상대적인에너지반응그래프를제공한다 [2]. 그러므로각관전압의 X-선빔에대응하는 X-선스펙트럼의평균에너지를알아야한다. 각관전압의 X-선스펙트럼의평균에너지는임상의사용자가직접측정으로구하는것은어렵고, 시간이많이소비되고, 측정장비를필요로한다. 또한교정관전압에대한에너지의존성을측정하는것도어렵다. 따라서이미발표되어진논문의 X-선스펙트럼평균에너지기반으로에너지의존성에기인한보정인자를근사적으로구하여정확한피부선량측정값을얻도록하는것이연구의목적이다. 환자선량계측파라미터 (patient dosimetry parameter) 로서입사표면선량 (entrance surface dose) 은피부선량 (skin dose) 이다. 이선량은방사선촬영에대하여유효선량의지표로서사용되고. 피부의결정적영향을나타낸다 [4,5]. 그리고측정은피부의표피와진피사이의계면에대응하는피부깊이 (0.07 mm ) 에서행한다 [6,7]. 피부선량을측정하기위하여상업적으로사용하는광자극형광선량계 (optically stimulated luminescent dosimeter) 는킬로볼트광자 (kilovoltage photon) 에대하여에너지의존성이있고, 메가볼트광자 (megavoltage photon) 에대하여에너지의존성이없는특성을가진다 [8]. X-선장치의스펙트럼의평균에너지는방사선품질의특성과공기커마 (air kerma) 에서개인등가선량 (personal dose equivalent) 으로변환계수결정을평가하는데필요한매개변수 (parameter) 이다. 또한이평균에너지는선량계의반응을교정하는데필수적으로사용된다 [9,10]. 본연구는먼저판독장치 (reader) 의교정에대하여기술한다. 그리고평균에너지 (kev) 에대한 80 kvp X- 선에상대적인에너지반응그래프를사용하여방사선촬영조건의각관전압에대한에너지의존성에기인한보정인자를근사적으로구하고자한다. 1. 측정장비 Ⅱ. 대상및방법 피부선량측정시스템은 [ 그림 1] 에서보여준다. 여기서광자극형광선량계는인라이트시스템의선량계인나노도트선량계로서모델은 nanodot TM(USA) 이다. 그리고선량계의판독장치는랜다우어사 (landauer corpora tion) 의인라이트마이크로스타시스템 (inlight micro Star system) 으로서모델은 microstartm(usa) 이다 [1]. (a) [ 그림 1] 피부선량측정시스템. (a) 인라이트마이크로스타시스템, (b) 나노도트선량계 2. 판독장치의교정 랜다우어사는 X- 선빔의수직입사에서 30 cm 30 cm 15 cm PMMA 팬텀에관한 80 kvp X-선빔에대한교정선량계의한세트를제공한다. 이제공된교정선량계는사용자가신호 (PMT counts) 대선량 (mgy) 로판독장치 (reader) 를교정한다. 여기서표준교정으로사용되는관전압 80 kvp는국제전기표준회의 (IEC, International Eelectrotechnical Commission) 의표준방사선품질 (standdard radiation quality) 특성으로 RQR 6에해당되며 [1,3,11], 스펙트럼의평균에너지는 44 kev이다 [3]. (b) 262
이평균에너지에대하여교정선량계는신호대흡수 선량으로교정되어있다. 3. 에너지의존성에기인한보정인자 랜다우어사는팬텀교정에관한 X-선 (44 kev) 에상 대적인선량계의에너지반응그래프를제공하며, 이 그래프는 [ 그림 2] 에서보여준다 [2]. 로사도등 (Rosado et al.) 은실험으로 IEC의 RQR 표준방사선품질에대한 평균에너지값들을발표하였고, 이값들은 [ 표 1] 에서 보여준다 [9,10]. [ 그림 2] 와 [ 표 1] 의자료 (data) 는에너지 의존성에기인한보정인자를구하기위하여사용하였 다. 보정인자는팬텀교정에관한 X-선에상대적인 에너지반응의역수로서얻었다. [ 표 1] 표준방사선품질에대한평균에너지 표준방사선품질 관전압 (kvp) 평균에너지 (kev) RQR2 40 27 RQR3 50 31 RQR4 60 34 RQR5 70 38 RQR6 80 42 RQR7 90 45 RQR8 100 49 RQR9 120 56 RQR10 150 67 Ⅲ. 결과팬텀교정에관한 X-선에상대적인에너지반응의역수로서얻어진에너지의존성에기인한보정인자들은 [ 표 2] 에서보여준다. 이인자들은관전압 40-150 kvp 범위에서 1-1.33을얻었다. 여기서 80 kvp 보다낮은관전압의보정인자들은관전압이낮아질수록 80 kvp보다증가하는양상을나타냈다. 또한 80 kvp보다높은관전압의보정인자들은관전압이증가할수록 80 kvp보다증가하는양상을나타냈다. [ 표 2] 표준방사선품질에대한보정인자 표준방사선품질 관전압 (kvp) 보정인자 RQR2 40 1.33 RQR3 50 1.12 RQR4 60 1.06 RQR5 70 1.03 RQR6 80 1 RQR7 90 1.01 RQR8 100 1.05 RQR9 120 1.23 RQR10 150 1.32 Ⅳ. 고찰 [ 그림 2] 팬텀교정에관한 44 kev X- 선에상대적인선량계의에너지반응 [11] IEC의 RQR(Radiation Qualities in Radiation Beams emerging from the X-ray source assembly) 는 X-선선원본체에서발생하는방사선빔들의방사선품질이다. 이것들은자유공기 (free in air) 상태에서방사선빔의측정을위해사용된다. [11] RQR은 X-선관의텅스텐표적에서발생된빔이총여과 (total filtration) 에의해여과되어환자 ( 팬텀 ) 에부딪치는 X-선빔을나타낸다. 그러나환자에부딪친후발생된감쇠된빔의품질을의미하지않는다. 즉, 감쇠되지않은빔품질 (unattenuated beam quality) 을말한다 [9,11]. 이품질들은일반방사선촬영 (general radiography), 투시촬영 (fluoroscopy) 와치과적용 (dental apllication) 에이용된다. 표준교정으로사용된표준방사선품질 RQR 6의 263
한국방사선학회논문지 Vol. 5, No. 5, 통권제 20 호, 2011 년 10 월 스펙트럼의평균에너지는 44 kev이다. 이평균에너지는로사도등이발표한평균에너지 (42 kev) 보다 2 kev 더높다. 이차이는보정인자에서 1% 오차를나타냈다. 따라서로사도등이발표한평균에너지기반으로구해진보정인자는아주근사적인수치를나타낸다. 표 2에서 80 kvp의보정인자는평균에너지 44 kev 기반으로, 80 kvp외의관전압들에대한보정인자들은로사도등이발표한평균에너지기반으로얻었다. 선량계의에너지반응 [8] 은 44 kev 평균에너지 X-선빔의물흡수선량 (mgy) 분의빛출력 (count) 에대한주어지는평균에너지 X-선빔의물흡수선량분의빛출력의비로서정의할수있다. 여기서같은흡수선량을조사했을때빛출력의차이를보정해주는것이보정인자에해당된다. X-선발생장치의출력선량은공기커마로교정된평판형전리함 (plane parallel chamber) 을사용하여공기중에서전하량을측정하여물의흡수선량으로각관전압에대하여교정을행할수있다 [12]. 선량계의에너지반응은빔축에수직인고체물팬텀 (solid water phantom) 의표면에선량계를놓고각관전압에대하여같은흡수선량을조사한다음판독장치의계수치으로부터구할수있다. 나노도트선량계는두께가물두께에대하여약 1 mm에대응된다. 이두께는정확한환자의피부선량측정을준다. 이선량계의검출물질은산화알루미늄 (Al2O3:C) 이다. 이물질의유효원자번호 (effective Z=11.2) 는물의유효원자번호 (7.4) 보다높다. 따라서저에너지에서광전흡수의증가로인하여에너지반응이고에너지보다높게나타난다. 판독장치는광자극기술을사용하는자동선량계측시스템이다. 이장치의판독 (readout) 은빛방출다이오드 (LED, light emitting diode) 배열을사용하여선량계를자극하고, 산화알루미늄에의해방출된빛은광자계수시스템을사용하는광전자증배관 (PMT, photomultiplier) 에의해계수치 (count) 로측정되고, 이측정된계수치는흡수선량을나타낸다 [1]. 나노도트선량계를사용한피부선량측정값은판독장치에서표시하는실제선량 (actual dose) 에보정인자 (corrector factor) 를곱한보정선량 (corrected dose) 이된다. 따라서사용자가보정인자를고려하지않고측정한값은보정인자만큼오차를발생할것이다. 그러므로본연구로구해진보정인자들은진단방사선촬영 264 조건의각관전압에대한환자의피부선량측정에서정확도의향상에기여할것으로사료된다. Ⅴ. 결론나노도트선량계를사용한피부선량측정값은판독장치에서표시하는실제선량에보정인자를곱한보정선량이된다. 보정인자들은랜다우어사에서제공한팬텀교정에관한 X-선에상대적인선량계의에너지반응그래프와로사도등이발표한 IEC의 RQR 표준방사선품질들에대한평균에너지값들을사용하여구하였다. 결과들은관전압 40-150 kvp에서 1-1.33의보정인자들을나타냈다. 얻어진보정인자들은각관전압에서정확한피부선량측정을위하여임상에사용하는데유용할것으로생각된다. 참고문헌 [1] microstar user manual, Landauer Inc., 2009. [2] R. Hanify and M. Salasky, Single point detector(dot) type testing summary report, Landaur Inc, pp.1-11, 2006. [3] microstar reader, Landauer Inc.. [4] P. Engel-Hills, Radiation protection in medical imaging, Radiography, Vol. 12, pp.153-160, 2006. [5] I.O. Olarinoye and I. Sharifat, A protocol for setting dose reference level for medical radiography in nigeria: a review, Bajopas, Vol. 3, No. 1, pp.138-141, 2010. [6] N. Küçük, A. Koliç, G. Kemikler, L. Özkan and K. Engin, Analyses of surface dose from high energy photon beams for different clinical setup parameters, Turk J Med Sci, Vol. 32, pp.211-215, 2002. [7] S. Devic, J. Seuntjens, W. Abdel-Rahman, M. Evans, M. Olivares and E.B. Podgorsak, Accurate skin dose measurements using radiochromic film in clinical applications, Med. Phys., Vol. 33, No. 4, pp.1116-1124, 2006. [8] C.S. Reft, The energy dependence and dose response of a commercial optically stimulated luminescent detector for kilovotage photon, megavoltage photon, and electron, proton, and carbon beams, Med. Phys., Vol. 36, No. 5, pp.1690-1699, 2009. [9] P.H.G. Rosado, M.S. Nogueira, P.L. Squair and P.M.C. Oliveira, Determination of the mean energy for attenuated and unattenuated IEC diagnostic X-ray beams, Inetrnational
Nuclear Atlantic Conference, Santos, 2007. [10] P.H.G. Rosado, M.S. Nogueira, F. genezini and E.C. Vilela, Measurement of conversion coefficients between free in air kerma and personal dose equivalent for diagnostic X-ray beams, Radiation Measurements, Vol. 43, pp.968-971, 2008. [11] International Eelectrotechnical Commission, IEC 31267: Medical diagnostic X-ray equipment-radiation conditions for use in the determination of characteristics, Geneva, pp.25-31, 2005. [12] 방사선량의표준측정법, 한국의학물리학회, pp.28-29, 1990. 265