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고에너지 방사선치료 시 치료변수에 따른 광중성자 선량 변화 연구 (Experimental investigation of the photoneutron production out of the high-energy photon fields at linear accelerator)

  • 김연수;윤인하;배선명;강태영;백금문;김성환;남욱원;이재진;박영식
    • 대한방사선치료학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.257-264
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    • 2014
  • 목 적 : 고에너지 광자선을 이용한 방사선치료 시 발생되는 광중성자는 치료대상인 종양 주위의 인접한 정상조직에서 2차적인 암의 발생에 기인 될 수 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 방사선치료계획 시에 고려할 수 있는 변수 중 치료방법, 선속평탄여과판, 선량률, 갠트리 각도들을 변환시켰을 때 발생된 광중성자의 선량 변화를 비교 분석하였다. 대상 및 방법 : 실험에는 TrueBeam $ST{\time}TM$(Ver.1.5, Varian, USA)치료기를 사용하였다. 광중성자 측정 장비는 조직등가비례계수기(Tissue Equivalent Proportional Counter : TEPC)인 KTEPC를 이용하였으며, 치료대의 세로 방향으로 조사야 중앙 하단 6cm 지점에서 측정을 실시하였다. 치료방법, 선속평탄여과판의 사용유무, 선량율에 따른 광중성자 선량의 차이를 평가하기 위하여 모든 환자에 대하여 전산화치료계획시스템(Eclipse Ver 10.0, Varian, USA)으로 방사선치료계획을 각각 수립하였다. 치료방법으로는 세기변조방사선치료와 용적변조회전방사선치료로 구분하였으며, 선량율은 400MU/min, 1,200MU/min 및 2,400MU/min에 따른 차이를 평가하였다. 또한 방사선의 입사방향에 따른 광중성자 선량을 측정하였다. 결 과 : 치료방법의 차이에 따라 세기변조방사선치료와 용적변조회전방사선치료로 조사하였을 때 산란 광중성자 평균선량은 각각 $449.7{\mu}Sv$, $2940.7{\mu}Sv$로 측정되었다. 선속평탄여과판의 사용 유무에 따라 Flattening Filter(FF)모드와 Flattening Filter Free(FFF)모드에서의 산란 광중성자 평균선량은 $2940.7{\mu}Sv$, $232.0{\mu}Sv$로 측정되었다. 400, 1200, 2400 MU/min으로 선량률을 변환시켜 조사하였을 때 CASE I은 $3242.5{\mu}Sv$, $3189.4{\mu}Sv$, $3191.2{\mu}Sv$로, CASE II는 $3493.2{\mu}Sv$, $3482.6{\mu}Sv$, $3477.2{\mu}Sv$로, 그리고 CASE III에서 $4592.2{\mu}Sv$, $4580.0{\mu}Sv$, $4542.3{\mu}Sv$로 측정 되었다. $0^{\circ}$부터 $315^{\circ}$까지 $45^{\circ}$간격으로 갠트리 각도를 변환시켰을 때 산란 광중성자 선량은 10MV 광자선에 대하여 최소 $3.2{\mu}Sv$, 최대 $14.7{\mu}Sv$이었으며, 갠트리 각도가 $180^{\circ}$일 때 가장 높게 나타났다. 15MV 광자선의 경우 최소 $369.6{\mu}Sv$ 최대 $448.0{\mu}Sv$이었으며, 역시 갠트리 각도가 $180^{\circ}$일 때 가장 높게 측정되었다. 결 론 : 치료방법의 차이에 따른 실험은 용적변조회전방사선치료가 세기변조방사선치료 보다 산란된 광중성자 선량이 측정점에서 평균 6.5배 높게 측정되었다. 선속평탄여과판의 사용 차이에 따른 실험에서 선속평탄여과판을 사용하였을 때 12.7배 높게 측정되었다. 선량률을 변환에 따른 차이는 큰 차이를 보이지 않았다. 갠트리 각도에 따른 산란 광중성자 선량 측정에서는 광자선이 치료대를 지나는 각도인 $135^{\circ}$, $180^{\circ}$, $225^{\circ}$에서 산란 광중성자 선량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. TrueBeam $ST{\time}TM$을 이용한 FFF 모드와 세기변조방사선치료를 한 경우 산란 광중성자가 적게 발생한다는 것을 확인할 수 있었다. 지속적으로 더 많은 변수에 대한 실험을 계획하고 광중성자 측정에 대한 평가를 통하여, 보다 환자들에게 안전한 방사선치료에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

$^{51}Cr$을 사용(使用)한 장관내(賜管內) 출혈량측정법(出血量測定法) (The Use of Radioactive $^{51}Cr$ in Measurement of Intestinal Blood Loss)

  • 이문호
    • 대한핵의학회지
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    • 제4권1호
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    • pp.19-26
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    • 1970
  • 서론(緖論) 위장관내(胃腸管內)의 출혈(出血)의 유무(有無)를 진단(診斷)한다는 것은 임상적((臨床的)으로 대단(大端)히 중요(重要)하며 잠혈반응(潛血反應)은 임상검출법(臨床檢出法)의 하나로 많이 이용(利用)되고 있다. 잠혈반응(潛血反應)에 사용(使用)되는 각종화학반응(各種化學反應)은 그 검출법(檢出法)이 비교적(比較的) 간편(簡便)하되 출혈량(出血量)을 추정(推定) 하는것은 곤란(困難)하여 정성반응(定性反應)의 영역(領域)을 벗어나지 못하고 있다. 특(特)히 우리라라에는 소화관내(消化管內)의 출혈(出血)을 야기(惹起)하기 쉬운 위궤양(胃潰瘍), 십이지장궤양(十二指賜潰瘍) 내지(乃至) 위암(胃癌)과 같은 각종(各種) 질환(疾患)의 이환율(罹患率)이 많을 뿐만 아니라 십이지장충(十二指腸蟲) 감염자(感梁者)가 많아 출혈량(出血量)의 측정(測定)은 각종질환(各種疾患)의 치료방침(治療方針) 내지(乃至) 예후(豫後)를 결정(決定)하는데 대단(大端)히 중요(重要)하다. 최근(最近) 방사성(放射性)$\ulcorner$크롬$\lrcorner$($^{51}Cr$)으로 표지(標識)된 적혈구(赤血球)를 정주(靜注)한 후(後) 대변내(大便內)에 배설(排泄)되는 방사능(放射能)을 측정(測定)하여 말초혈액단위량내(末消血液單位量內)의 방사능(放射能)과 비교(比較)하여 소화관내(消化管內)의 출혈량(出血量)을 측정(測定)하는 연구(硏究)가 보고(報告)되고 있다. 저자(著者)는 출혈량(出血量)이 적혈구수명측정(赤血球壽命測定)에 미치는 영향(影響)을 관찰(觀察)하는 예비실험(豫備實驗)의 하나로 종래(從來) $^{51}Cr$를 사용(使用)한 소화관내(消化管內)의 출혈량측정법(出血量測定法)에 대(對)한 몇가지 기초적(基礎的) 연구(硏究)를 시도(試圖)하여 $^{51}Cr$법(法)의 신빙성여하(信憑性如何)를 검토(檢討)한 바 있어 이에 보고(報告)하는 바이다. 실험방법(實驗方法) 및 실험대상(實驗對象) I) 방사성(放射性)$\ulcorner$크롬$\lrcorner$($^{51}Cr$)과 적혈구(赤血球)의 표지법(標識法): 원자력연구소(原子力硏究所)에서 생산(生産)된 $Na_2^{51}CrO_4$를 사용(使用)하였고 표지법(標識法)은 적혈구수명측정(赤血球壽命測定)때와 같은 방법(方法)(Gray & Sterling, Read)을 사용(使用)하였다. 정주(靜注)된 $^{51}Cr$의 배설(排泄) 및 경구투여(經口投與)한 $^{51}Cr$의 흡수도(吸收度)를 관찰(觀察)하기 위(爲)하여 다음과 같은 예비(豫備) 실험(實驗)을 하였다. $^{51}Cr$로 표지(標識)된 일정량(一定量)의 적혈구(赤血球)를 Levine tube를 사용(使用)하여 피검자(被檢者)의 십이지장부위(十二指腸部位)에 정확(正確)히 전량(全量)을 주입(注入)시킨다음 tube속의 $^{51}Cr$ 방사능(放射能)을 없애기 위하여 약 100ml의 수도(水道)물로 세척(洗滌)한다음 24시간(時問) 후(後)부터 대변(大便), 뇨(尿) 및 혈액(血液)을 매일채취(每日採取)하여 $^{51}Cr$의 방사능(放射能)을 측정(測定)하여 투여(投與)한 $^{51}Cr$에 대(對)한 백분률(百分率)을 산출(算出)한다. 대변(大便) 및 뇨(尿)의 채취(採取)는 그속의 방사도(放射度)를 측정(測定)할 수 없을때 까지 실시(實施)한다(대량(大略) $7{\sim}10$일간(日問)). 수집한 대변(大便)은 $900{\sim}1,000^{\circ}C$의 전기로(電氣爐)속에서 소각 하여 완전탄화(完全灰化)시킨다음 일정량(一定量)의 증류수(蒸溜水)로 희석(稀釋)한 다음 well형(型) scintillation counter로 $^{51}Cr$의 방사도(放射度)를 계측(計測)하고 혈액량(血液量)으로 환산(換算)한다. 뇨(尿는) 24시간(時間) 뇨(尿)를 전부(全部) 축뇨(蓄尿)한 다음 $3{\sim}5ml$의 시료(試料)를 채취(採取)하여 방사도(放射度)를 측정(測定)하고 1일(日) 뇨중(尿中)의 $^{51}Cr$ 배설량(排泄量)을 계산(計算)하는 한편(便) 혈액량(血液量)으로 환산(換算)한다. 혈액량(血液量)의 측정(測定): 적혈구수명측정(赤血球壽命測定)때와 같은 방법(方法)으로 처리(處理)하여 정주(靜注)한 후(後) 10분(分) 20분(分) 내지(乃至) 30분(分) 후(後)에 heparin을 첨가(添加)하여 $2{\sim}4ml$가량(可量) 채혈(採血)하고 그 방사도(放射度)를 측정(測定)하여 그 평균치(平均値)를 구(求)한다. 실험성적(實驗成績) $^{51}Cr$의 대변(大便) 및 뇨중(尿中) 배설(排泄)을 관찰(觀察)하는 한편 투여(投與)한 혈액량(血液量)($^{51}Cr$로 표지(標識)된)과의 상호관계(相互關孫)도 아울러 고찰(考察)할 목적(目的)으로 투여혈액량(投與血液量)을 달리하는 조건하(條件下)에 실시(實施)한 성적(成績)을 보면 다음과 같다. 즉(卽) 1) $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球)의 경구투여후(經口投與後)의 대변(大便) 및 뇨중(尿中)에의 $^{51}Cr$ 회수율(回收率) 및 배설률(排泄率) : $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球) 5ml, 10ml, 15ml 및 20ml를 각각(各各) 잠혈반응(潛血反應)이 음성(陰性)인 정상(正常) 건강인(健康人) 3명(名) 내지(乃至) 5명(名)에게 십이지장관내(十二指腸管內)에 주입(注入)한 후(後)의 대변내(大便內)의 $^{51}Cr$ 회수율(回收率)과 장관내흡수율(腸管內吸收率)(뇨중배설량(尿中排泄量)을 보면 Table 1, 2 및 3에서 보는 바와 같다. 즉(卽) 5 ml식(式) 주입(注入)한 검사군(檢査群)(A)에서는 대변내(大便內)의 $^{51}Cr$ 회수율(回收率)은 $85.7{\sim}90.7%$, 평균(平均) 87.8%이고 뇨중배설량(尿中排泄量)은 $0.5{\sim}1.2%$, 평균(平均) 0.8%로 총회수율(總回收率)은 $86.7{\sim}91.4%$, 평균(平均) 88.5%이었고 10ml식(式) 주입(注入)한 검사군(檢査群)(B)에서는 대변(大便)속의 $^{51}Cr$ 회수율(回收率)은 $87.5{\sim}92.5%$, 평균(平均) 90.0%, 뇨중배설량(尿中排泄量)은 0.5-1.5%, 평균(平均) 0.9%로 총회수율(總回收率)은 88.2%{\sim}94.0%, 평균(平均) 90.9%이었다. 한편(便) 15ml 내지(乃至) 20ml식(式) 투여(投與)한 검사군(檢査群)(C)에서 는 대변(大便)속의 $^{51}Cr$회수율(回收率)은 89.7{\sim}97.7%, 평균(平均) 94.3%, 뇨중배설량(尿中排泄量)은 0.5{\sim}1.2%, 평균(平均) 0.8%로 총회수율(總回收率)은 95.1%이었다. 2) $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球)의 정주후(靜注後)의 장관내배설(賜管內排泄) : $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球)를 정주(靜注)하면 $^{51}Cr$의 대부분(大部分)은 뇨중(尿中)으로 배설(排泄)됨이 알려져 있으나 그 이외(以外)의 배설경로(排泄經路)에 관(關)하여는 그다지 알려져 있지 않다. 잠혈반응(潛血反應)이 음성(陰性)인 정상건강인(正常健康人) 5례(例)에게 $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球) 15ml를 정맥주사(靜脈注射)한 후(後) 경시적(經時的)으로 타액(唾液), 위액(胃液), 십이지장액(十二指腸液) 및 대변(大便)을 채취(採取)하였다. 타액(唾液), 위액(胃液) 및 십이지장액(十二指腸液)(A- 담즙(膽汁) 및 B- 담즙(膽汁)으로 구별(區別)하였음)을 각각(各各) $2{\sim}5ml$식(式) 채취(採取)하였고 대변(大便)은 $4{\sim}5$일간(日間)(변비시(便秘時)에는 $7{\sim}10$일간(日間)까지)채취(採取) 전기로(電氣爐)로 회화(灰化)하여 각각(各各) 그의 방사능(放射能)을 계측(計測)하였고 대변(大便)속의 $^{51}Cr$방사도(放射度)는 혈액량(血液量)으로 환산(換算)하였으며 그 성적(成績)은 Table 4에서 보는바와 같다. 즉(卽) 타액(唾液)이나 B-담즙(膽汁)속에서는 거의 $^{51}Cr$방사능(放射能)을 발견(發見)할 수 없었는데 반(反)하여 위액(胃液) 및 담즙(膽汁) A속에서는 정주(靜注) $1{\sim}2$일(日) 이내(以內)에 약간(若干)의 방사능(放射能)을 검출(檢出)할 수 있었다. 한편 대변(大便)속에서는 1일(日) 0.5 내지(乃至) 1.5ml의 혈액(血液)에 해당되는 $^{51}Cr$의 방사능(放射能)을 관찰할 수 있었으며 이 정도(程度)(평균(平均) 0.9ml/혈액(血液)/일(日))의 $^{51}Cr$의 변중(便中) 출현(出現)은 진성출혈(眞性出血)과는 무관(無關)한 것으로 생각된다. 총괄(總括) Owen 등(等)은 2필(匹)의 개에서 $Na_2^{51}CrO_4$로 표지(標識)한 적혈구(赤血球)를 위내(胃內)에 주입(注入)하여 거의 대부분(大部分)이 대변(大便)으로 배설(排泄)되는 한편(便) 정주(靜注)로 주입(注入)한 $^{51}Cr$의 대부분(大部分)은 뇨중(尿中)으로 배설(排泄)됨을 발표(發表)하였고 그 후 Roche 등(等)은 $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球)를 십이지장관내(十二指腸管內)에 주입(注入)한 8례(例)에서 뇨중배설(尿中排泄)은 1.7%($0{\sim}5.3%$), 변중(便中) 회수율(回收率)은 96.7%($90.7{\sim}103.5%$), 총배설률(總排泄率)은 98.7%($91.5{\sim}105.7%$)라고 보고(報告)한바 있다. 저자(著者)의 성적(成績)을 보면 투여(投與)한 혈액량(血液量)이 많을수록 대변(大便)속의 회수율(回收率)은 높으며(Fig. 1) 대변(大便)속의 예민(銳敏)하고 높은 회수율(回收率)을 얻고저 할때에는 적어도 15ml 이상(以上)의 적혈구(赤血球)를 투여(投與)함이 타당(妥當)함을 알 수 있었다. 경구투여후(經口投與後)의 $^{51}Cr$의 위장관흡수율(胃腸管吸收率)(뇨중배설(尿中排泄))을 보면 대체(大體)로 1%이내(以內)($0.8{\sim}1.5%$)이며 투여혈액량(投與血液量)과는 무관(無關)함을 알 수 있었다. 한편(便) $^{51}Cr$의 정주후(靜注後)에는 대부분(大部分)이 뇨중배설(尿中排泄)의 경로(經路)를 취(取)하되 담관내(膽管內)의 출혈량(出血量)을 이 방법(方法)으로 계측(計測)하고저 할때에는 자관내(腸管內)의 chromium 배설유무(排泄有無)를 관찰(觀察)함이 필요(必要)하다. 잠혈반응(潛血反應)이 음성(陰性)인 정상건강인(正常健康人)에게 $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球)를 정주(靜注)하였을때 대변(大便)속에서 출혈(出血)과 관계(關係)없는 $^{51}Cr$의 방사능(放射能)을 계측(計測)할 수 있으며 이때의 $^{51}Cr$의 방사능(放射能)을 혈액량(血液量)으로 산출(算出)한 연구(硏究)들이 보고(報告)되고 있다. 즉(卽) Roche 등(等)은 정상인(正常人)에서 1.27ml/d, Ebaugh 등(等)은 $0.3{\sim}2.0ml/d$, Hushes-Jones는 2ml/d이하(以下)의 출혈(出血)을 볼 수 있었다고 하고 Nakao는 1.0ml전후(前後)의 혈액(血液)에 해방되는 출혈(出血)을 보았다고 한다. 저자(著者)는 평균(平均) 0.9ml의 혈액(血液)에 해방되는 출혈(出血)과는 전연(全然) 무관(無關)한 $^{51}Cr$의 방사능(放射能)을 발견(發見)할 수 있었다. 정주투여시(靜注投與時)의 뇨중(尿中) 이외(以外)에 $^{51}Cr$배설(排泄)의 경로(經路)를 관찰하기 위하며 경시적(經時的)으로 위액(胃液), 타액(唾液) 및 십이지장액(十二指腸液)(A 및 B 담즙(膽汁)으로 구별(區別))은 채취(採取)하여 그속으로 배설(排泄)되는 $^{51}Cr$의 방사능(放射能)을 측정(測定)해본 즉 주입초기(注入初期)에 위액(胃液) 및 A담즙(膽汁)속에서 약간(若干)의 방사능(放射能)을 발견(發見)할 수 있었으며 상술(上述)한 출혈(出血)과 무관계(無關係)한 $^{51}Cr$의 사용배설(使用排泄)은 주(主)로 담즙(膽汁) 및 위액(胃液)을 통(通)한것이 아닌가 생각된다. 결론(結論) $Na_2^{51}CrO_4$를 사용(使用)하여 적혈구(赤血球)를 표지정주(標識靜注)한 후 대변(大便)속으로 배설(排泄)되는 방사능(放射能)을 측정(測定)하여 소화관내(消化管內)의 출혈량(出血量)을 측정(測定)하는 방법(方法)에 관(關)한 기초적(基礎的) 임상실험(臨床實驗)을 하여 다음과 같은 성적(成績)을 얻었다. 1. 잠혈반응(潛血反應)의 음성(陰性)인 정상건강인(正常健康人) 16례(例)에서 $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球)를 경구투여(經口投與)하였을때 대변내(大便內)의 평균(平均) 회수율(回收率)은 90.7%($83.7{\sim}97.7%$)로 투여혈액량(投與血液量)이 많을수록 변중회수율(便中回收率)은 높으며 따라서 검사시(檢査時)에는 적어도 15ml이상(以上)의 혈액(血液)을 사용(使用)함이 적당(適當)하다고 생각된다. 한편(便) 이때의 뇨중(尿中) 배설(排泄)은 평균(平均) 0.8%($0.5{\sim}1.5%$)이었다. 2. $^{51}Cr$표지적혈구(標識赤血球)를 정상건강인(正常健康人)에게 정주(靜注)하였을때 $^{51}Cr$의 방사능(放射能)을 변(便)속에서 검출(檢出)할 수 있었으며 혈액량(血液量)으로 환산(換算)하여 0.9ml에 해당한다. 이 방사능(放射能)은 출혈(出血)과는 무관계(無關係)하여 주(主)로 A- 담즙(膽汁) 및 위액(胃液)으로 배설(排泄)되는것으로 생각된다. 따라서 적어도 2.0ml이상(以上)의 혈액량(血液量)에 해당되는 $^{51}Cr$의 방사능(放射能)이 있을때 임상적(臨床的)으로 의의(意義)가 있다고 본다.

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