A Study on Dose Assessment by ¹⁸F-FDG injected into Patients

환자에게 주입된 ¹⁸F-FDG 의한 선량 평가에 대한 연구

Abstract

The purpose of this study is to assess doses to ¹⁸F-FDG, a radioactive drug, during PET examinations, to alleviate anxiety about radiation in patients and carers, to minimize the indiscriminate examination progress caused by medical institution personnel and space clearance problems, and health examination. The dose assessment was measured using a thermo-fluorescent dosimeter (TLD) and an electronic personal dosimeter (EPD) at the location of the cervical (hypothyroid), thorax (heart), and lower abdomen (breeding line) which are the three highest tissue areas of the radiation tissue weighting. In addition, spatial dose rates and radioactivity in urine were measured using GM counters and ion boxes. The results are as follows: First, the personal dosimeter TLD was measured 0.0425±0.0277 mSv in the cervical region, 0.0440±0.0386 mSv in the thorax and 0.0485±0.0436 mSv in the lower abdomen, with little difference in the heart dose depending on radiation sensitivity. The EPD was measured at 0.942±0.141 mSv/h immediately after the cervical position, and 0.192±0.031 mSv/h after 120 minutes. Immediately after the thorax position, 0.516±0.085 mSv/h, 120 minutes later 0.128±0.040 mSv/h. Immediately after the lower abdomen position, 0.468±0.091 mSv/h, and after 120 minutes 0.105±0.021 mSv/h were measured. The spatial dose rate at the GM counter was measured immediately at 0.041±0.005 mSv/h, 120 minutes later at 0.014±0.002 mSv/h. The radioactivity in urine using ion chamber was measured at 0.113±0.24 MBq/cc after 60 minutes and 0.063±0.13 MBq/cc after 120 minutes. As a result, ¹⁸F-FDG should be administered, dose re-evaluated two hours after the PET test is completed, and caregivers should be avoided. In addition, it is deemed necessary to provide patients and carers with sufficient explanations and expected values of exposure dose to avoid reckless testing. It is hoped that the data tested in this study will help patients and families relieve anxiety about radiation, and that the radiation workers' exposure management system and institutional improvements will contribute to the development of medical radiation.

본 연구는 PET 검사 중 방사성의약품인 ¹⁸F-FDG에 대한 선량을 평가하여 환자와 보호자의 방사선에 대한 불안감을 완화하고, 의료기관 인력 및 공간 확보 문제, 건강검진으로 인한 무분별한 검사 진행을 최소화하는 데 그 목적이 있다. 선량평가는 방사선조직가중치 중 높은 조직 세 부위인 경부(갑상선), 흉부(심장), 하복부(생식선) 위치에 열형광선량계(TLD)와 전자개인선량계(EPD)를 이용하여 측정하였다. 또한, GM 계수기와 전리함을 이용하여 공간선량률과 소변에서의 방사능을 측정하였다. 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 개인선량계인 TLD는 경부에서 0.0425±0.0277 mSv, 흉부에서 0.0485±0.0386 mSv, 하복부에서 0.0485±0.0436 mSv 측정되었고 방사선 민감도에 따른 심부선량 차이는 거의 없었다. EPD는 경부 위치에서 직후 0.942±0.141 mSv/h, 120분 후 0.192±0.031 mSv/h로 측정되었다. 흉부 위치에서 직후 0.516±0.085 mSv/h, 120분 후 0.128±0.040 mSv/h로 측정되었다. 하복부 위치에서 직후 0.468±0.091 mSv/h, 120분 후 0.105±0.021 mSv/h로 측정되었다. GM 계수기에서 공간선량률은 직후 0.041±0.005 mSv/h, 120분 후 0.014±0.002 mSv/h로 측정되었다. 전리함을 이용한 소변 내 방사능은 60분 후 0.113±0.24 MBq/cc, 120분 후 0.063±0.13 MBq/cc로 측정되었다. 이러한 결과로 볼 때 ¹⁸F-FDG를 투여하고 PET 검사가 끝나는 2시간 후 선량 재평가를 하고 귀가 시점을 정하도록 해야 하며 보호자와의 접촉도 피해야 한다. 또한, 환자와 보호자에게 충분한 설명과 함께 피폭선량 예상 값을 제공하여 무분별한 검사를 지양해야 하도록 할 필요가 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서 실측 실험한 데이터를 통해 환자와 가족들이 방사선에 대한 불안감을 해소하기를 바라며, 방사선 종사자의 피폭관리 시스템과 제도적 개선을 통해 의료방사선 발전에 힘이 되리라 기대한다.

Ⅰ. INTRODUCTION

현대 의학에서 방사성동위원소를 이용한 PET 검사가 지속적으로 증가하는 추세이다.^[1] 암 전이 여부를 알아보기 위해 시작한 PET 검사가 최근 건강검진에 도입되어 ¹⁸F-FDG 사용량이 많이 증가하였다.^[2] 2017년 OECD에서 발표한 Health Data에 의하면 PET 장비 최대 보유국은 미국으로 총 1,715대를 보유하고 있다. 아시아 국가로는 일본이 586대를 보유하고 있으며, 한국은 1994년 서울대학교병원과 삼성의료원에서 최초로 도입되어, 2017년 기준 PET 장비는 200대이다. OECD 국가 중 미국, 일본, 이탈리아 다음으로 PET 장비를 많이 보유하고 있다.^[3]

PET 검사란 양전자를 방출하는 방사성의약품을 이용하여 인체에 대한 생리·화학적, 기능적 영상을 3차원으로 나타낼 수 있는 핵의학 검사 방법 중 하나이다.^[4] 방사성의약품은 자연계 물질에 방사성동위원소를 표지하여 체내에서 일어난 화학 과정을 영상으로 구현한다. 이를 통해 암 또는 치매 등 질병에 대한 정보와 이전 해부학적 변화에 대한 정보를 제공하여 질병의 조기 진단에 매우 유용하다.^[5] 방사성의약품은 진단 및 치료에 이익을 주지만 방사선 종사자 및 환자와 보호자 등에게 방사선 피폭을 줄 수 있다.^[6]

¹⁸F-FDG(¹⁸Fluorine-Fludeoxyglucose)는 양전자를 방출하는 방사성동위원소인 ¹⁸F 와 포도당 유도체인 FDG(2-deoxy-2-fluoro-D-glucose)를 결합한 방사성의약품이며, PET 검사에서 암을 조기 진단하는 목적으로 사용하고 있다.^[7]

¹⁸F-FDG를 환자에게 투여할 경우 방사선원과 같이 방사선 에너지가 방출된다. 이를 충분히 인지하지 못한 환자가 보호자나 일반인 접촉 시 피폭을 줄 수 있다.^[8] 이 같은 원인으로 환자 및 보호자의 이해력 부족과 의료기관 인력 및 공간 확보 문제, 건강검진에서 무분별한 검사 진행 등이 있을 것이다.

건강검진을 받는 인구가 늘어나면서 그에 따른 방사선 피폭 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 그러나 그 지식은 아직도 많이 미흡한 수준이다.^[9] 특히, 일반인은 방사성동위원소를 이용한 의료 검사에 대해서는 전혀 알지 못하는 경우가 대부분이며 의료 종사자 또한 위해가 어느 정도인지 정확히 알지 못한다.^[10]

본 연구에서는 첫째, ¹⁸F-FDG를 투여한 환자의 선량을 측정하기 위해 개인선량계를 이용하여 방사선 민감성이 높은 부위인 경부(갑상선), 흉부(심장), 하복부(생식선) 세 부위의 심부선량을 측정한다. 둘째, 보호자 및 방사선작업종사자 피폭을 계산하기 위해 GM 계수기를 이용하여 공간선량을 측정한다. 셋째, 공중의 피폭을 평가하기 위해 소변 내 방사능을 측정하여 그 안전성을 평가하고자 한다.

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

1. 연구 대상

2020년 6월부터 1개월 동안 부산 K 검진센터에 내원하여 PET-CT (SIEMENS, Biograph 16 TruePoint) 검사를 진행하는 인원 중 연구에 정보 활용에 동의한 20명(50±10세)을 대상으로 선정하였다. 1개월간 1일 1명(토, 일 제외)이 PET-CT 검사를 한다고 가정하여 20명을 선정하였다. 평균 연령은 49.5세, 체중 63.2 kg이며 남녀 비율은 남자 65 %, 여자 35 %로 조사되었다. ¹⁸F-FDG 투여량은 PET 검사 시 영상의 질을 고려했을 때 최적의 주입 선량 5 MBq/kg을 주입하였다.^[11]

2. 연구 재료

2.1 ¹⁸F의 물리적 특성

¹⁸F 반감기는 109.8분이고 β 붕괴로 양전자를 방출하는 양이 96.73 %이며 전자 포획 때문에 ¹⁸O가 되는 양이 3.27 %이다. 양전자 방출 최대 에너지는 0.635 MeV로 전자와 결합하여 0.511 MeV 감마선을 방출하며, 수명이 짧은 특성 때문에 진단용으로 주로 사용한다.^[12]

2.2 측정 장비

측정 장비는 Fig. 1과 같이 (a)열형광선량계(Thermo luminescence Dosimeter, TLD), (b)전자개인선량계(Electronic Personal Dosimeter, EPD), (c)가이거-뮬러 계수기(Geiger-Mueller Counter), (d)전리함(Ionization Chamber)를 사용하였다. 열형광선량계(TLD)는 (주) 라토즈이앤즈에서 대여 및 판독을 의뢰하였다. 전자개인선량계(EPD)는 병원 내 비치된 것을 사용하였다. 그리고 EPD는 구매 1년이 지나지 않아 따로 검교정은 하지 않았다. TLD와 EPD의 특성은 Table 1과 같다.

Fig. 1. Dose measuring instrument.

Table 1. Specifications of TLD / EPD

가이거-뮬러 계수기(Geiger-Mueller Counter)는 2019년 5월 검·교정을 한 장비로 공간 선량을 측정하기 위해 사용하였다. GM 계수기의 특성은 Table 2과 같다.

Table 2. Specifications of GM Counter

전리함(Ionization Chamber)은 환자에게 투여하는 ¹⁸F-FDG양과 소변 내 방사능량을 측정하기 위해 사용하였다. 전리함 특성은 Table 3과 같다.

Table 3. Specifications of Ionization Chamber

3. 연구 방법

열형광선량계(TLD)는 환자 몸에서 방출되는 방사선량을 측정하기 위해 방사선 감수성이 높은 조직 위치인 경부, 흉부, 하복부에 부착하고 ¹⁸F-FDG를 투여 후 120분 동안 1회 측정하였다. 선량 평가는 누적 선량으로 1회 측정하였다. 방사선량 판독은 전문 업체인 (주)라토즈이앤즈(화성시, 대한민국)에 의뢰하여 판독하였다.

전자개인선량계(EPD)는 환자 몸에서 방출되는 방사선량을 측정하기 위해 방사선 감수성이 높은 조직 위치인 경부, 흉부, 하복부 위치에 부착하고 ¹⁸F-FDG를 투여 직후, 60분, 90분, 120분 동안 4회 측정하였다. 선량 평가는 직독식으로 해당 시간마다 측정하였다. 재측정 시에는 기록값을 0으로 설정한 다음 사용하였다.

GM계수기는 환자의 몸에서 방출하는 공간선량 측정은 체간에서부터 100 cm 거리를 두고 ¹⁸F-FDG를 투여한 직후, 60분, 90분, 120분 동안 4회 측정하였다.

전리함은 ¹⁸F-FDG 투여량을 측정하고 소변에서 방출되는 방사능량을 60분, 120분 2회 측정하였다. 이때, 측정 전 자체 Daily QC에서 BKG는 0.2 μCi 이하였다. 그리고 투여되는 ¹⁸F-FDG에는 생리식염수 8 cc와 이뇨제 0.5 cc가 포함되어 있다.

통계 분석 방법은 20명에게서 측정되는 피폭선량을 개인선량계(TLD, EPD), 공간선량계(Survey meter)를 이용하여 결과를 얻고 SPSS 26.0(IBM, USA)을 이용하여 기술통계분석과 T-test로 시간 및 민감도 부위 별로 유의성 분석을 하였다.

Fig. 2. Exposure Dose Measurement Model Plot.

Ⅲ. RESULT

1. 개인선량계 이용에 따른 심부선량

TLD를 이용하여 선량을 측정한 결과 평균값 0.0425±0.0277 mSv(경부), 0.0440±0.0386 mSv(흉부), 0.0485±0.0436 mSv(하복부)로 측정되었다. 방사선 민감도에 따른 선량 차이는 0.01 mSv보다 작은 차이를 보였다. 또한, T-test 결과 각 방사선 민감도 사이에는 Table 5과 같이 유의성은 없었다.

Table 4. Deep dose at Specific Location by TLD.

Table 5. t-test by location of Deep dose by TLD.

EPD를 경부, 흉부, 하복부 위치에 부착하고 직후, 60분, 90분 120분 시간에 따른 심부선량을 측정한 평균값 결과 경부에서 직후 0.942±0.141 mSv/h, 60분 후 0.531±0.086 mSv/h, 90분 후 0.338±0.056 mSv/h, 120분 후 0.192±0.031 mSv/h로 측정되었다. 흉부에서 직후 0.516±0.085 mSv/h, 60분 후 0.327±0.048 mSv/h, 90분 후 0.218±0.039 mSv/h, 120분 후 0.128±0.040 mSv/h로 측정되었다. 하복부에서 직후 0.468±0.091 mSv/h, 60분 후 0.278±0.049 mSv/h, 90분 후 0.131±0.022 mSv/h, 120분 후 0.105±0.021 mSv/h로 측정되었다. ¹⁸F-FDG 투여 후 시간이 지날수록 급격하게 측정 선량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, T-test 결과 시간과 위치별로 유의확률 5 % 이하로 유의한 차이가 있었다.

Table 6. Deep dose at Specific Location by EPD

Table 7. t-test by Location of Deep dose by EPD

Fig. 3. Dose comparison of Specific Location by personal dosimeter.

Table 8. t-test by Time of Deep dose by EPD

2. GM 계수기 이용에 따른 공간선량

원자력안전위원회고시 제2015-005호 제53조(방사성동위원소 투여환자 안전관리)를 참고하면 "진료 목적으로 방사성동위원소를 인체에 사용하는 자는 체내에 잔류하는 방사능 또는 인체표면 1 m 거리에서 방사선량률이 원자력안전위원회가 정하는 수량을 초과하는 환자를 일반 환자와 격리하여 입원시켜야 한다" 고 되어있다^[13]. 따라서 수평면상에서 공간선량률 측정은 환자 체간에서 1 m 떨어진 위치에서 공간선량률을 측정하였다. 또한, 8F-FDG 투여 직후, 60분, 90분, 120분간의 시간에 따른 공간선량률을 측정하였다. 평균값은 직후 0.041±0.005 mSv/h, 60분 후 0.029±0.003 mSv/h, 90분 후 0.019±0.002 mSv/h, 120분 후 0.014±0.002 mSv/h로 측정되었다. 또한, T-test 결과 시간별로 유의확률 5 % 이하로 유의한 차이가 있었다.

Table 9. Spatial dose rates of time interval

Table 10. t-test by Time of Spatial dose rates

3. 전리함 이용에 따른 소변 내 방사능량 

¹⁸F-FDG 투여 60분 후 1회, 120분 후 1회 소변을 채취하여 Ionization Chamber를 이용하여 방사능을 측정하였다. 평균값은 60분 0.113 MBq/cc, 120분 0.063 MBq/cc로 측정되었다.

방사능량은 미미하게 측정되었으나 성인 1회 소변량이 250-350 cc 정도^[14]로 10 cc 측정한 것에 비해 차이가 있어 소변에 의한 피폭이 있을 것이라 사료 된다. 또한, 원자력안전위원회 고시 제2019-10호(방사선 방호 등에 관한 기준) 별표3 해당 핵종에 대한 배출관리 기준이 1E+07 Bq/m3이다.^[12] 평균 60분일 때 0.113±0.24 MBq/cc, 120분일 때 0.063±0.13 MBq/cc로 기준치를 매우 초과하는 것으로 측정되었다. 또한, T-test 결과 시간별로 유의확률 5 % 이하로 유의한 차이가 있었다.

Table 10. Radioactivity in patient urine

Table 11. t-test by Time of Radioactivity

Ⅳ. DISCUSSION

본 연구는 PET 검사 중 ¹⁸F에 의한 환자 선량평가를 개인선량계, GM 계수기, 전리함을 이용하여 실측 실험을 한 것이며, 다음과 같은 목적이 있다.

첫째, 실측 실험한 피폭 선량 결과를 환자에게 사전 공지하여 방사선 피폭 위험성을 알리고 무분별한 검사를 방지할 수 있을 것이다. 분석결과 PET 검사가 끝나는 시점인 120분 후에도 여전히 환자에게서 방사선이 방출되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 원자력안전위원회 고시 제12조 (진료환자의 격리 및 퇴원 기준) 3항에 의거 "환자 퇴원 후 요양 계획 및 주변 환경을 자세히 고려하여 환자의 가족이나 친지 등이 받는 개인의 유효선량이 5mSv를 초과하지 않도록 한다."^[15] 하지만 별표2 주요핵종에 ¹⁸F의 평가는 고려되지 않아 명확한 기준이 필요하다.

곽병준(2009)^[15]은 방사선량 측정 장비인 RadEye G-10 Surveymeter (Thermo Fisher Scientific Messtechnik GmbH) 이용하여 ¹⁸F-FDG 투여 직후 평균 0.132±0.010 mSv/h, 1시간 후 0.088±0.079 mSv/h, 90분 후 0.059±0.051 mSv/h, 120분 후 0.046±0.040 mSv/h로 시간 변화에 따라 환자 피폭선량을 평가하였다. 이 결과로 시간 흐름에 따라 환자 피폭선량이 현저히 감소 되었다는 것을 알 수 있다.

본 연구는 기존 연구와 다르게 개인선량계 측정이 추가되었고 선행 논문과 같은 결과로 시간이 지나면 환자에게서 방출되는 방사선은 감소 되었다. 그리고 TLD와 EPD 측정결과 값이 상이한 것은 EPD가 저방사선량률 측정 성능이 우수하기 때문이다. 이병일 등(2015)의 전자선량계(EPD)의 외부피폭방사선량 평가 성능분석에 의하면 한국 원자력발전소 방사선작업종사자의 5년간 피폭방사선량 비교 측정값(EPD/TLD)은 EPD가 TLD보다 109% 높고 저 방사선량률 측정 성능이 우수하고 평가하였다^[16].

둘째, 기존 연구에서 하지 않았던 소변 내 방사능량을 측정하고 소변에 의한 피폭 피해를 사전에 방지할 수 있을 것이다. 분석결과 소변 내에도 방사선이 방출되는 것을 확인할 수 있다. 소변량이 성인 1회 250-300 cc로 본다면 10 cc 측정은 매우 소량으로 측정값보다 더 많은 방사능량이 존재할 것이다. 그리고 감마카운트가 아닌 이온 챔버를 사용하였다면 더 정확한 결과가 도출되었을 것이다.

따라서 본 연구 결과, 보호자에 대한 방사선 피폭은 무방비 상태로 노출되고 있다. 의료기관에서 PET 검사를 하는 환자는 다인실이 아닌 격리병실을 이용하도록 해야 한다. 화장실 또한 격리병실을 구축해야 하며, 무분별한 검사를 막기 위해 건강검진 시에는 충분한 설명과 피폭선량 예상 값을 산출하여 환자에게 제공해야 한다.

Ⅴ. CONCLUSION

본 연구에서는 PET 검사 중 ¹⁸F-FDG 주입으로 환자에게서 방출되는 방사선량을 열형광선량계와 전자개인선량계, GM 계수기를 이용하여 실측 평가하였다. 또한, 소변 내 방사능량을 Ionization Chamber를 이용하여 실측평가 하였다. 이를 위해 2020년 6월부터 1개월 동안 외부피폭 모니터링을 하였다. 데이터 분석은 SPSS 26.0을 이용하여 기술 통계분석 및 T-test를 하였다. 그 결과 PET 검사 중 ¹⁸F-FDG 주입으로 환자에게서 방출되는 방사선량 특성은 다음과 같다.

첫째, 개인선량계인 열형광선량계(TLD)는 평균값 0.0425±0.0277 mSv(경부), 0.0440±0.0386 mSv(흉부), 0.0485±0.0436 mSv(하복부)로 측정되었다. 방사선 민감도에 따른 선량 차이는 0.01 mSv보다 작은 차이를 보였다. 전자개인선량계(EPD)는 경부에서 투여 직후 0.942±0.141 mSv/h, 120분 후 0.192±0.031 mSv/h로 약 79.6 % 감소하였다. 흉부에서 직후 0.516±0.085 mSv/h, 120분 후 0.128±0.040 mSv/h로 약 75.2 % 감소하였다. 하복부에서 직후 0.468±0.091 mSv/h, 120분 후 0.105±0.021 mSv/h로약 77.6 % 감소하였다. 또한, GM 계수기에 대한 공간 선량은 투여 직후 0.041±0.006 mSv/h, 120분 후 0.014±0.002mSv/h로 약 80 % 감소하였다. 위와 같은 결과로 투여 후 2시간이 지난 후 약 70 % 이상 심부선량 및 공간 선량이 감소 되는 것을 확인할 수 있었다.

둘째, 전리함을 통한 소변에서의 방사능 측정에서 60분 후 최대 0.2 MBq/cc 로 측정되었다. 원자력안전위원회 고시 제2019-10호(방사선 방호 등에 관한 기준) 별표3에 의거 ¹⁸F의 배수 중의 배출관리기준은 1E+07 Bq/m3로 고시 기준보다 매우 높다. 하지만 반감기가 110분인 점을 감안 한다면 정화조에 1일 이상 보관 후 일반 오·폐수로 처리가 가능할 것이라 사료 된다.

본 연구 PET 검사 중 ¹⁸F-FDG 주입으로 환자에게서 방출되는 방사선량 실측 실험 평가 데이터는 환자 및 환자와 접촉하는 보호자, 일반인에게 방사선에 대한 불안감 해소, 방사선 피폭선량 최소화 및 선행연구와 비교하여 선량평가에 대한 신뢰성 향상에 활용될 수 있을 것이다. 나아가 PET 검사서비스 만족도를 높여 의료방사선 발전 향상에 이바지할 것으로 기대한다.