이 논문은 2012년 6월 18일 접수하여 2012년 8월 17일 채택되었음.
책임저자：이승현, 국립암센터 양성자치료센터 Tel: 031)920-0142, Fax: 031)920-0149 E-mail: [email protected]
양성자 치료 시 방사선 작업 종사자에게 미치는 방사선 피폭에 대한 평가
국립암센터 양성자치료센터
이승현ㆍ 장요종ㆍ김태윤ㆍ 정도형ㆍ 최계숙
목 적: 기존의 광자선을 이용한 선형가속기와는 달리, 양성자 치료의 경우 물질과의 상호작용으로 발생되는 중성자를 비롯한 여러 핵종 등으로 인해 다량의 이차방사선이 생성되기 때문에 방사선 작업 종사자의 피폭은 더욱 주의 깊은 관심이 필요하 다. 이에 방사선 측정 시에 널리 이용되고 있는 열형광선량계를 이용하여 방사선 작업 종사자의 피폭정도를 평가하고 이를 토대로 양성자 치료 시 방사선 피폭선량에 관한 기초 자료를 제시하고자 한다.
대상 및 방법: 본원의 양성자 치료실에서 근무한 방사선 작업 종사자를 대상으로 열형광선량계 뱃지를 이용해 피폭현황을 측정한 데이터를 비교했다. 양성자의 빔 라인 주변에서 발생하는 이차방사선의 신체부위별 피폭선량 분포를 알아보고자 신체 부위(외안각, 목, 유두점, 배꼽, 등, 손목)에 가로, 세로가 각각 3 mm인 정사각형 모양의 열형광선량계를 부착하여 일일 8시간 의 근무시간동안 유지하도록 하였고 총 80시간 측정하여 평균 데이터를 얻었다. 그리고 치료실 내 공간적인 방사선량의 분포 를 보기 위하여 빔 사출구, PPS (Patient Positioning System), Pendant, 차폐체보관장, DIPS (Digital Image Positioning System) Console, 출입통로에 각각 열형광선랑계를 부착하고 일일 근무시간 동안의 평균 방사선량을 측정하였다.
결 과: 방사선 작업 종사자의 열형광선량계 뱃지로 측정된 피폭량을 조사한 결과 분기별 평균 0.174 mSv, 연평균 0.543 mSv 로 나타났고 신체부위별로 측정한 결과에서 가장 많은 피폭량을 보인 곳은 목이였으며 가장 적은 피폭량을 보인 곳은 등(양 견갑골 상각을 이은 선의 중간 지점)으로 나타났다. 작업 동선에 따른 공간적 방사선량을 알아본 결과에서는 빔 사출구 근처 에서 상대적으로 높게 나타났고 거리가 멀어짐에 따라 줄어들었다.
결 론: 적은 양의 피폭일지라도 동일 장소에서 장기 근무하게 되면 피폭 누적량은 증가할 수밖에 없고 특정 부위의 누적량은 건강상의 위험을 가져다 줄 수도 있다. 그러므로 국제 방사선 방어 위원회가 권고하는 ALARA의 원칙에 따라 가능한 합리적 으로 감소시킬 수 있도록 스스로 개인별 피폭관리에 철저를 기하고 피폭을 최소화시키는데 최선의 노력을 다해야 할 것이다.
핵심용어: 열형광선량계, 방사선 피폭, ALARA
서 론
1895년 뢴트겐이 X-선을 발견한 이래로 여러 분야에서 방 사선을 이용하여 인류에 이익을 주기 시작했다. 방사선치료 분야에 응용되는 방사선의 종류도 다양해져 피부치료에 효 과가 좋은 전자선, 암세포에 효과가 큰 중입자선(양성자, 중 성자 등)이 치료에 응용되게 되었다.
그러나 방사선이 인간에게 많은 이익을 가져다주는 것은 분명하지만 이에 못지않게 피해를 주는 것을 간과할 수 없 다. 퀴리가 라듐을 발견함으로 인한 인류가 얻은 이익은 헤 아릴 수 없을 만큼 컸지만 정작 퀴리 본인은 라듐에서 나온 방사선으로 인해 가장 큰 피해를 받아야만 했다. 일본에 투 하된 원자 폭탄은 세계 2차 대전을 종결시키는데 결정적 역
할을 했지만 원폭을 받은 주민들은 암과 여러 가지 질병에 시달려야만 했고 소련의 체르노빌 원자력 발전소 역시 전기 를 공급하는 측면에서는 없어서는 안 될 소중한 발전소였지 만 단 한 번의 실수로 인한 체르노빌의 사고는 전 인류에게 방사선 이용에 대한 위험의 경각심을 충분히 일깨워 주었다 고 할 수 있다.1)
방사선 피폭에 많은 연구가 있었지만 대부분의 연구들은 X선에 대한 피폭이 주를 이루었고 기존 X선을 이용한 방사 선 치료와 비교해 발생할 수 있는 부작용이 거의 없어 새롭 게 떠오르고 있는 입자선 치료 중 최근 2007년부터 국내에서 시작한 양성자 치료에 대한 피폭연구는 아직 많은 연구가 필 요하다. 양성자 치료란 양성자를 가속하여 암 치료에 활용하 는 것으로 환자 치료에 많이 이용하는 X선을 이용한 방사선 치료는 통과 경로에 있는 모든 조직에 손상을 주어 부작용을 피하기 어려운 반면 양성자 치료는 X선과 달리 인체 투과 시 암 조직에 도달할 무렵 체내 에너지 흡수가 절정에 달해
Fig. 1. TLD badge and individual exposure dose record.
암 조직에 파괴력을 순간적으로 극대화한 후 그 자리에서 소 멸되어 버린다. 양성자 빔에만 나타나는 독특한 이 물리학적 성질을 브래그 피크(Bragg peak)라고 하는데 브래그 피크 후 방의 정상 조직에는 에너지 흡수가 일어나지 않아 방사선 치 료 시 생길 수 있는 부작용이 거의 없어 암 환자의 치료에 효과적으로 적용될 수 있다.
양성자는 중하전입자로서 주변 물질과 상호작용을 하여 감마선와 중성자 등 수많은 핵종들을 방출하는데 이 중성자 는 전기적으로 중성으로서 전하를 갖지 않으므로, 물질과의 전자기적인 작용을 하지 않기 때문에 원자의 여기나 전리를 직접적으로 일으키지 않는다.2) 그러나 전하를 갖지 않기 때 문에 에너지가 작아도 전자구름을 관통하여 원자핵 가까이 도달하여 핵반응을 일으키는 것이 가능하다. 그 결과 2차적 으로 생기는 방사선이 생성이 되는데 이로 인한 방사선 피폭 의 문제가 발생할 수 있다.
한 연구에 따르면 양성자 치료는 정상조직에 최소한의 선 량만이 조사되지만 중성자에 의한 이차방사선이 영향을 미 쳐 환자의 정상조직에 피폭이 발생할 수 있다는 연구도 있 다. 물론 그 연구 결과에서 환자에게 미치는 선량은 크지 않 아 영향은 크지 않을 것으로 판단되었지만 이에 관한 좀 더 많은 연구가 필요하다고 지적하고 있다.3) 또한 양성자 치료 에서 치료 필드를 생성하고 정상조직을 보호하기 위해 사용 되는 차폐체(Brass)에 양성자 빔이 조사되었을 때 중성자에 의한 상호작용으로 인해 생성되는 핵종의 수는 100 MeV에 서 88개의 동위원소를, 230 MeV에서 258개의 동위원소를 생성하며 차폐체에 잔존하는 선량은 1시간 후에서야 1/50로 줄어든다는 연구결과도 보고되고 있다.4)
이처럼 양성자 치료 시 생성되는 중성자로 인한 이차 방사 선은 방사선 작업 종사자에게 영향을 미칠 수 있는 가능성이 충분하다. 게다가 치료실 내부의 방사선량은 시간에 따라 감
쇠되지만 치료를 위해 치료실 안을 수시로 출입하게 되어 이 로 인한 피폭 문제가 발생할 수 있고 더욱이 양성자 치료 시 치료의 정확성을 높이고자 환자의 위치 변화를 보정하기 위 해 매 필드마다 DIPS (Digital Image Positioning System)를 이 용한 X선 촬영을 시행할 때 피폭도 발생할 수 있기 때문에 양성자 치료에서 방사선 피폭은 더욱 주의 깊은 관심이 필요 하다.
이에 방사선 측정 시에 널리 이용되고 있는 열형광선량계 (Thermoluminescent dosimeter, TLD)를 이용하여 양성자 치 료실에서 근무하는 방사선 작업 종사자의 개인별 방사선 피 폭 정도를 평가하고 이를 토대로 양성자 치료기를 다루는 방 사선 작업 종사자들의 효과적인 피폭관리와 방사선 피폭선 량에 관한 기초 자료를 제시하고자 한다.
대상 및 방법
본원의 양성자 치료기(Proteus-235, IBA, Belgium)가 운영 되는 치료실에서 2007년 3월부터 2012년 3월까지 근무한 방 사선 작업 종사자를 대상으로 개인피폭 선량계인 열형광선 랑계 뱃지를 이용해 개인 피폭현황을 정기적으로 측정한 기 록지의 데이터를 이용했다. 피폭정도의 기준은 각 3개월간의 누적량을 통해 비교하였으며 기준 준위 이하 값은 제외하여 후임근무자의 3개월간의 피폭선량을, 선임근무자의 1년간 누 적 피폭 선량을 통해 평균값을 구하였다(Fig. 1).
또한 양성자의 빔 라인 주변에서 발생하는 이차방사선의 신체부위별 피폭선량 분포를 알아보고자 본원의 양성자 치 료실에서 근무하는 방사선 작업 종사자의 신체부위에 직경 3 mm의 정사각형 모양의 LiF 소재인 열형광선랑계를 부착하 여 일일 8시간의 근무시간동안 유지하도록 하였고 총 80시 간 측정하여 평균 데이터를 얻었다. 측정 기간 동안의 일일
Fig. 4. Locations in a treatment room.
Fig. 2. Thermoluminescent dosimeter (LiF).
Fig. 3. Attached points in each body spots.
평균 환자수는 9.4명, 에너지는 168 MeV, 2,043 MU, DIPS 촬영건수는 64건이었고 부착한 지점은 양쪽 외안각(Lateral Canthus), 목(7th C-Spine), 양쪽 유두점(Nipple), 배꼽(Umbi- licus), 등(Scapula inferior angle을 이은 선의 1/2 지점), 양쪽 손목(Wrist)으로 하고 움직이지 않도록 단단히 가운 위에 고 정시켰다. 외안각은 위치상 직접 붙이기에는 어려움이 있어 서 가장 근접한 안경테에 부착하였다(Fig. 2, 3).
그리고 방사선 작업 종사자의 작업 동선에 따른 공간적인 방사선량의 분포를 보기 위하여 빔 사출구의 임의의 A, B, C 의 지점과 PPS (Patient Positioning System)의 임의의 지점 D, E, Pendant의 임의의 지점 F, 차폐체장의 임의의 지점 G, H,
DIPS Console의 임의의 지점 I, J, 출입 통로의 임의의 지점 K까지 총 11곳에 열형광선랑계를 부착하고 일일 근무시간 8 시간 동안 총 80시간 노출 시켜 각각의 평균 선량을 얻었다.
측정 기간 동안 일일 환자수와 일일 평균 선량은 전 실험과 동일하였다(Fig. 4∼6).
방사선에 노출된 모든 열형광선랑계의 분석은 TLDO An- nealing Oven (Bildunterschrift, PWT)을 이용하였고 정확성 을 높이고자 실험 전 4시간의 Annealing 과정을 거쳐 열형광 선랑계의 백그라운드 선량을 측정하여 선량을 계산하였다.
판독에는 TLD Automatic Reader (Model 5500, Harshaw)를 이용하였다(Fig. 7).
결 과
양성자 치료실에서 근무한 방사선 작업 종사자의 개인 피 폭현황을 위한 열형광선량계 뱃지의 피폭량을 조사한 결과 3
Fig. 5. Attached points in snout and PPS.
Fig. 6. Attached points in pendant, block closet, DIPS console and exit hallway.
Fig. 7. Bildunterschrift TLDO anne- aling oven made by PTW and Mo- del 5500 semi-automatic thermolu- minescent dosimeter made by Har- shaw.
개월의 피폭선량을 측정한 대상자에서 분기별 평균 0.174 mSv으로 나타났고 1년간의 누적 피폭 선량 측정 대상자에서 연평균 0.543 mSv로 나타났다(Table 1, 2, Fig. 8).
신체부위별 평균 피폭선량은 양쪽 외안각에서 0.059 mSv, 목(7번 경추)에서 0.073 mSv, 양쪽 유두점에서 0.030 mSv, 배꼽에서 0.023 mSv, 등(견갑골 상각을 이은 선의 1/2 지점) 에서 0.012 mSv, 양쪽 손목에서 0.041 mSv으로 가장 많은 피
폭량을 보인 곳은 목이었고, 가장 적은 피폭량을 보인 곳은 등으로 나타났다(Table 3, Fig. 9). 외안각과 유두점, 손목은 양쪽의 평균값으로 구하였다.
그리고 방사선 작업 종사자의 작업 동선에 따른 공간적인 방사선량은 80시간 노출시킨 결과 빔 사출구의 A, B, C의 지 점에서 평균 0.322, 0.256, 0.251 cGy PPS의 D, F 지점에서 평균 0.102, 0.09 cGy, Pendant의 F에서 평균 0.117 cGy, 차폐
Table 1. Average radiation exposure dose per quarter measured by TLD badge
Subjects Exposure dose
(mSv) Subjects Exposure dose (mSv)
Worker 1 0.185 7 0.130
2 0.154 8 0.293
3 0.228 9 0.180
4 0.120 10 0.210
5 0.160 11 0.200
6 0.125
Fig. 8. Average radiation exposure level per quarter and year measured by TLD badge.
Table 2. Average radiation exposure dose per year measured by TLD badge
Subjects Exposure dose (mSv)
Worker 1 0.70
2 0.63
3 0.87
4 0.30
5 0.48
6 0.28
Table 3. Radiation level exposed in each body spots Body spots Exposure level (mSv) Lateral canthus 0.059
7th C-spine 0.073
Nipple 0.030
Umbilicus 0.023
Back 0.012
Wrist 0.041
Background: 0.2
Table 4. Radiation dose per each location
Locations Exposure dose (cGy)
Snout A 0.322
Snout B 0.256
Snout C 0.251
PPS D 0.102
PPS E 0.092
Pendant F 0.117
Block closet G 0.092
Block closet H 0.080
DIPS I 0.080
DIPS J 0.082
Exit hallway K 0
Backgroud: 0.2
Fig. 9. Radiation level exposed in each body spots.
Fig. 10. Radiation dose per each location. (A) Snout A, (B) Snout B, (C) Snout C, (D) PPS D, (E) PPS E, (F) Pendant F, (G) Block closet G, (H) Block closet H, (I) DIPS console I, (J) DIPS console J, (K) Exit hallway K.
체장의 지점 G, H에서 평균 0.092, 0.08 cGy, DIPS Console의 지점 I, J에서 평균 0.08, 0.082 cGy, 출입 통로의 지점 K에서 0 cGy의 값을 얻었다. 결과적으로 빔 사출구에서 상대적으로 높은 선량이 나타났고 그 외의 지점에서는 비슷한 수준의 선 량이 측정되었다(Table 4, Fig. 10).
고안 및 결론
양성자는 중하전입자로서 주위 물질과의 상호작용으로 인 해 중성자가 발생되고 이 중성자는 핵과의 탄성산란, 비탄성 산란, 핵반응으로 하전입자 방출 등의 반응으로 2차적으로 생기는 방사선이 생성된다. 이 이차 방사선은 치료실 출입이 잦은 방사선 작업 종사자에게 피폭의 가능성을 가져다 줄 것 으로 생각된다. 본 논문에서는 양성자 치료 시 다량의 이차 방사선에 의해 발생할 수 있는 피폭으로 인해 방사선 작업 종사자에게 어느 정도 영향을 미치는지 알아보기 위해 이번 연구를 진행하였다.
양성자 치료실에서 근무한 방사선 작업 종사자들의 분기 별 평균 피폭선량과 연평균 피폭선량은 환자 수와 치료필드 수를 고려하더라도 국제 방사선 방어 위원회(International Commission on Radiological Protection, ICRP)에서 권고하는 분기별 한도 5 mSv, 연간 누적 한도인 50 mSv를 초과하지 않는 충분한 적정 수준이었다. 양성자 치료실에서 근무하는 방사선 작업 종사자의 신체부위별 평균 피폭선량을 분석한 결과 각 신체부위마다 피폭량이 서로 차이가 나는 것을 확인 할 수 있었고 목과 외안각, 손목에서 상대적으로 많은 피폭 량이 측정된 것으로 보아 신체부위로 판단해볼 때 치료 시 각 필드마다 다른 차폐체(Brass)의 사용으로 인하여 양성자 의 빔 사출구 근처에서 차폐체를 장착하면서 손이 접촉되는 경우가 많기 때문이라고 생각된다.
방사선 작업 종사자의 동선에 따른 공간적인 방사선량을 분석한 결과, 빔 사출구 주변부에서 많은 선량이 발생하기 때문에 양성자 빔이 조사된 후 빔 사출구 주변에서 작업 시 에는 부득이한 방사선 피폭에 유의해야 한다는 것을 확인할 수 있었다. 이에 대해 빔 조사 후 시간적 간격을 두고 치료실 을 출입하는 것이 피폭선량 감소에 도움이 될 것이며 또한 빔 조사 후 필드에 맞는 차폐체를 장착하기 위해 빔 사출구 에 접근 시 차폐체에 잔존하고 있을 선량도 감소되어 방사선 작업 종사자의 피폭선량을 감소시킬 수 있을 것이다. 또한 치료실별로 하루 환자 수를 제한하여 치료실 출입 횟수를 조 절하거나 정확한 환자 Setup으로 DIPS의 재촬영의 수를 줄이 는 등의 방법도 피폭선량을 최소화할 수 있는 한 가지 대안 이 될 것이다.
비록 저 선량이지만 지속적으로 방사선에 피폭되는 경우 차후에 암 발생 및 유전자 변형 등 여러 가지 합병증이 발생 할 가능성을 배제 할 수 없어 국제적으로 한계선량을 정하여 방사선 피폭량을 관리하려는 노력들이 많다. 국제 방사선 방 어 위원회(ICRP)에서는 권고안인 ‘ICRP 60’을 발표하여 직업 상 방사선 노출 시 개인의 방사선 피폭선량이 연간 50 mSv 및 5년간 100 mSv 미만으로 유지되도록 권고하고 있다. 이 에 따라 우리나라에서도 ‘진단용 방사선 발생장치의 안전관 리에 관한 규칙’(보건복지부령 제349호)에 방사선 관계 종사 자의 선량한도는 연간 50 mSv 이하 및 5년간 누적선량은 100 mSv 이하여야 한다고 규정하고 있으며 식품의약품안전 청에 피폭선량관리센터(National Dose Registry, NDR)를 설 치하여 ‘진단용 방사선 안전 관리 규정’(식품 의약품 안정청 고시 제2005-56호)에 따라 3개월간 5 mSv 이하 또는 연간 20 mSv 미만이 되도록 개인별 피폭선량을 관리하고 있다.5) 개인의 피폭선량은 방사선 발생장치와의 거리를 가능한 멀리하고, 방사선 노출 시간을 짧게 하며, 보호 장비 등을 착 용하면 효과적으로 피폭을 예방 할 수 있다.6) 하지만 다른 연구들에서는 방사선에 민감한 수정체, 갑상선 등의 보호는 실제로 잘 이루어지지 않고 있다고 지적하고 있으며 특히 양 성자 치료 시 빔 사출구 근처에서의 작업시간이 길다 보니 수정체 및 갑상선, 손과 같은 부분들에 대한 방사선 보호 장 비의 필요성에 대한 논의는 필요하다고 생각된다.5,7) 이번 연구에 사용된 개인 피폭 선량계인 LiF 소재의 TLD 는 민감성이라는 감도측면에서 부족한 면이 있다. 또한 양성 자 치료에서는 광자선 치료보다 고에너지를 사용하기 때문 에 신체부위에서의 피폭량과 치료실 내의 공간적인 방사선 량에 대해서 에너지 의존성을 고려했을 때 정확한 측정값인 지 의문을 가질 수 있고 방향 의존성에 대한 오차가 있기 때 문에 측정값을 절대적인 수치로 판단하기 보다는 상대적인 수치로 분석하는 자료로써 가치가 있을 것이다. 특히 방사선 감수성이 높은 장기들에게 미치는 피폭선량은 감도가 우수 하고 절대적인 선량을 측정할 수 있는 선량계를 사용하여 추 가 연구가 필요할 것으로 생각되며 방사선 작업 종사자의 피 폭 관리에 있어서도 정확도가 높고 정밀한 측정이 가능한 개 인 피폭 선량계의 사용에 대한 논의가 필요하다고 여겨진다.
아무리 적은 양의 피폭일지라도 동일인이 동일 장소에서 장기 근무하게 되면 피폭 누적량이 증가할 수밖에 없다. 방 사선 피폭은 국제 방사선 방어 위원회(ICRP)가 권고하는 ALARA (As Low As Reasonably Achievable)의 원칙에 따라 가능한 한 합리적으로 감소시킬 필요가 있기 때문에 방사선 작업 종사자 스스로 개인별 피폭관리에 철저를 기하고 피폭 을 최소화시키는데 최선의 노력을 다해야 할 것이다.
참고문헌
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health care workers - focusing on ionizing radiation. J Korean Med Assoc 2010;53:483-491
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Abstract
Evaluation on the Radiation Exposure of Radiation Workers in Proton Therapy
Seung Hyun Lee, Yo Jong Jang, Tae Yoon Kim, Do Hyung Jeong, Gye Suk Choi Department of Proton Therapy Center, National Cancer Center, Goyang, Korea
Purpose: Unlike the existing linear accelerator with photon, proton therapy produces a number of second radiation due to the kinds of nuclide including neutron that is produced from the interaction with matter, and more attention must be paid on the exposure level of radiation workers for this reason. Therefore, thermoluminescence dosimeter (TLD) that is being widely used to measure radiation was utilized to analyze the exposure level of the radiation workers and propose a basic data about the radiation exposure level during the proton therapy.
Materials and Methods: The subjects were radiation workers who worked at the proton therapy center of National Cancer Center and TLD Badge was used to compare the measured data of exposure level. In order to check the dispersion of exposure dose on body parts from the second radiation coming out surrounding the beam line of proton, TLD (width and length: 3 mm each) was attached to on the body spots (lateral canthi, neck, nipples, umbilicus, back, wrists) and retained them for 8 working hours, and the average data was obtained after measuring them for 80 hours. Moreover, in order to look into the dispersion of spatial exposure in the treatment room, TLD was attached on the snout, PPS (Patient Positioning System), Pendant, block closet, DIPS (Digital Image Position- ing System), Console, doors and measured its exposure dose level during the working hours per day.
Results: As a result of measuring exposure level of TLD Badge of radiation workers, quarterly average was 0.174 mSv, yearly average was 0.543 mSv, and after measuring the exposure level of body spots, it showed that the highest exposed body spot was neck and the lowest exposed body spot was back (the middle point of a line connecting both scapula superior angles). Investigation into the spatial exposure according to the workers’
movement revealed that the exposure level was highest near the snout and as the distance becomes distant, it went lower.
Conclusion: Even a small amount of exposure will eventually increase cumulative dose and exposure dose on a specific body part can bring health risks if one works in a same location for a long period. Therefore, radiation workers must thoroughly manage exposure dose and try their best to minimize it according to ALARA (As Low As Reasonably Achievable) as the International Commission on Radiological Protection (ICRP) recommends.
Key words: TLD, radiation exposure, ALARA
