전산화 단층촬영에 의한 피폭방사선량 및 위험도 평가 방법론 개발 :

박일

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박일 (경희대학교, 경희대학교 대학원)

지도교수: 김광표

발행연도: 2019

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2019

전산화 단층촬영에 의한 피폭방사선량 및 위험도 평가 방법론 개발

박일 원자력공학과 2019.01 학위논문

2016

몬테카를로 방법론을 이용한 구내촬영 검사 시 환자 방사선량 평가

박일 , 김경호 , 오승철 외 3명 방사선산업학회지 2016.01 학술저널

2011

일반방사선촬영시 영상획득 장치에 따른 방사선량 비교

박일 , 성동욱 , 이기남 외 3명 대한방사선방어학회 학술발표회 2011.01 학술대회자료

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전산화 단층촬영(Computed Tomography; CT) 검사는 각종 질병 및 상처를 진단하기 위한 현대의학의 중요한 도구이다. CT 검사는 적용범위가 다양하며, 사용건수도 매년 증가하는 추세이다. 하지만 CT 검사는 방사선 피폭을 수반하며, 사용건수의 증가로 인해 환자의 총 방사선량도 증가하고 있다. 피폭방사선량의 증가는 방사선장해를 발생시킬 수 있으므로 방사선안전, 국민보건 관점에서 우려의 대상이다. CT 검사의 정당화와 최적화를 위해서는 CT 검사에 의한 환자선량 및 위험도 평가 등 정량적 평가를 통해 현재 상황에 대한 평가가 필요하다.
본 연구에서는 CT 검사로 인한 환자선량 평가 방법론을 개발하였으며, 이를 기반으로 누구나 쉽게 사용할 수 있는 선량평가 프로그램을 개발하였다. 또한 한국인 특성을 고려한 발암위험도 평가 방법을 개발하였으며, 최종적으로 선량평가 방법론과 발암위험도 평가방법론을 이용하여 실제 환자에 대한 선량 및 발암위험도를 평가하였다.
CT 검사로 인한 환자선량을 평가하기 위한 방법론을 개발하기 위해 환자선량에 대해 영향을 미치는 주요 인자를 도출하였으며, CT 장비의 방사선학적 특성을 평가하기 위해 반가층 측정, 선량분포, 침상에 의한 선량 감쇠율을 측정하였다. 그리고 몬테카를로 방법론을 이용하여 측정한 CT 장비의 방사선학적 특성의 모사?검증을 수행하였으며, 최신의 선량평가 모의체를 이용하여 CT 진단 시 환자의 장기선량 및 뼈선량 데이터베이스를 구축하였다.
구축한 장기선량 및 뼈선량 데이터베이스를 이용하여 CT 진단에 의한 환자선량 평가 프로그램인 ALARA-CT를 개발하였다. 프로그램 개발을 위해 다양한 CT 장비와 다양한 검사조건에 대해 적용할 수 있는 방법론 개발하였다. 본 연구에서 개발한 ALARA-CT는 인체유사팬텀의 이용, 최신의 뼈선량 평가방법 등을 이용하였을 뿐만 아니라 그래픽 사용자 인터페이스를 이용하여 모든 사용자가 쉽고 편리하게 사용할 수 있도록 개발하였다.
CT 검사에 대한 정당화와 최적화를 위한 또 다른 정량적 평가 방법은 발암 위험도 평가이며, 본 연구에서는 한국인 특성을 고려한 발암 위험도 평가 방법론을 개발하였다. 다양한 위험도 추정 방법론 중 BEIR VII의 발암위험도 추정 방법론을 선정하였으며, BEIR VII 모델에 한국인의 기저 암발생률, 연령별 인구분포, 생존확률을 적용함으로 한국인 특성을 고려한 발암위험도 평가 방법론을 개발하였다.
발암 위험도는 0.1 Gy 피폭 시 10만 명 당 암 발생수를 의미하는 생애귀속위험도 (Life Attributable Risk; LAR)로 나타내었다. 한국인 남성의 LAR은 일반적으로 대장, 위, 폐, 간, 방광, 전립선 순으로 높게 나타났으며, 여성의 LAR은 유방, 폐, 위, 대장, 간, 방광, 난소, 자궁 순으로 높은 위험도를 나타내었다.
본 연구에서는 실제 CT 진단을 받은 15-43세 환자 약 890명에 대해 앞서 수행한 연구내용인 CT 진단 시 환자선량 평가방법론과 발암위험도 평가방법론을 이용하여 장기선량 및 발암위험도를 평가하였다. 또한 자동선량조절 기법을 적용함으로써 장기선량 평가 시 실제 진단 조건과 동일하게 모사하였다.
복부 CT 진단 시 남성의 평균 장기선량은 4.9 - 17 mGy 범위로 나타났으며, 여성의 평균 장기선량의 범위는 5.5 - 21 mGy으로 나타났다. 남성의 장기선량은 여성 장기선량에 비해 평균 20% 낮게 나타났다. 성별에 따른 선량 평가 시 선량이 가장 높은 장기는 대장으로 나타났으며, 선량이 가장 낮은 장기는 폐로 나타났다.
복부 CT 진단으로 인한 남성의 발암위험도는 10만 명당 평균 95 명으로 추정되었다. 각 장기별 발암 위험도 분석 시 대장, 위, 기타 고형암, 간, 방광, 폐, 백혈병, 전립선 순으로 높게 나타났으며, 각각의 평균 위험도는 10만 명 당 26 명, 20 명, 16 명, 14 명, 6.6 명, 5.0 명, 4.8 명, 2.4 명으로 추정되었다. 여성의 발암위험도는 10만 명당 평균 140 명으로 추정되었다. 각 장기별 발암 위험도 분석 시 유방, 대장, 위, 기타 고형암, 폐, 간, 방광, 백혈병, 난소, 자궁 순으로 높게 나타났으며, 각각의 평균 위험도는 10만 명 당 33 명, 32 명, 26 명, 16 명, 9.9 명, 6.5 명, 6.4 명, 4.6 명, 4.1 명, 2.2 명으로 추정되었다.
본 연구에서 개발한 선량평가 방법론, 선량계산 프로그램, 발암위험도 평가 방법, 그리고 실제 CT 진단 환자에 대한 장기선량 및 발암위험도 평가 결과는 CT 검사의 프로토콜 개발, 국가적 정책 결정 등의 기초자료로 활용될 수 있으며, 궁극적으로는 CT 진단으로 인한 이득은 최대화하면서 의료피폭 저감화에 기여할 것으로 판단된다.

Computed Tomography (CT) is valuable imaging tool and provides great medical benefits in modern medicine. However, medial imaging results in radiation exposure to patients and it may cause negative health effects. Therefore, radiation exposure due to medical imaging is a concern from the aspect of public health and radiation safety. For justification and optimization of CT examinations, it is necessary to evaluate the current situation through quantitative evaluation such as patient dose and cancer risk assessment from CT examinations.
In this study, a methodology was developed to evaluate the patient dose from CT examination, and developed a dose evaluation program that can be easily used by anyone based on this method. And a cancer risk assessment method was developed considering the characteristics of Koreans and finally evaluated the dose and cancer risk for patients using dose assessment methodology and cancer risk assessment methodology.
In order to develop a methodology for evaluating the patient dose from CT examination, the main factors influencing the patient dose were derived. To evaluate the radiological characteristics of the CT equipment, radiation dose was measured on half value layer, distribution of dose, rate of decrease by couch. And Monte Carlo methodology was used to simulate and verify the radiological characteristics of the CT equipment and organ dose and bone dose database were constructed for the CT diagnosis using the human phantom.
ALARA-CT, which is a patient dose evaluation program from CT examinations, was developed by using the established organ dose and bone dose database. To develop the program, we developed a methodology that can be applied to various CT equipment and various scan setting parameters. ALARA-CT developed in this study not only utilizes the human-like phantom, but also the latest bone dose evaluation method, and developed it to be easy and convenient to use by all users by using graphical user interface.
Another quantitative evaluation method for justification and optimization of CT examinations is the risk assessment of carcinogenesis. In this study, the cancer risk assessment method was developed considering the characteristics of Koreans. We have selected BEIR VII methodology for estimating the cancer risk, and developed a risk assessment methodology based on the characteristics of Koreans by applying the baseline cancer incidence rate, population distribution and survival probability of Koreans to BEIR VII model.
The cancer risk is expressed as Life Attributable Risk (LAR), which is the cancer incidence per 100,000 people at 0.1 Gy exposure. The LAR of Korean males was generally higher in the order of colon, stomach, lung, liver, bladder, and prostate at 0.1 Gy exposure. Females had a higher risk of breast, lung, stomach, colon, liver, bladder, ovary and uterus.
In this study, we evaluated the organ dose and cancer risk of the 890 patients(15-43 years) who were actually diagnosed from abdominal CT by using the patient dose assessment method and the cancer risk assessment method in the previous study. In addition, by applying the dose modulation technique.
The average organ dose of males in the abdominal CT examination ranged from 4.9 to 17 mGy and the mean organ dose of females ranged from 5.5 to 21 mGy. The organ dose of males was 20% lower than female. In the dose evaluation according to gender, the organs with the highest dose appeared as large intestine, and the organs with the lowest dose appeared as lung.
The cancer risk of male from abdominal CT was estimated to be 95 per 100,000. The cancer risk was higher in colon, stomach, stomach, liver, bladder, lung, leukemia, prostate and the calculated risks were 26, 20, 16, 14, 6.6, 5.0, 4.8, and 2.4 respectively. The cancer risk of women was estimated to be 140 per 100,000 people. The risk of cancer was higher in breast, colon, stomach, stomach, lung, liver, bladder, leukemia, ovary, uterus. The calculated risks were 33 per 100,000, and the calculated risks were 32, 26, 16, 9.9, 6.5, 6.4, 4.6, 4.1, and 2.2 respectively.
The dose assessment methodology, dose calculation program, cancer risk assessment method, and results of organ dose and cancer risk assessment for patients from CT examination developed in this study can be used as basic data for the development of protocol for CT examination and national policy decision. Also the benefit from CT examination will be maximized and contribute to the reduction of medical exposures.

#전산화 단층촬영 #선량 평가 #선량 계산 프로그램 #발암 위험도

제 1 장. 서론 1
제 1 절. 연구배경 1
제 2 절. 문헌 조사 4
1. CT 검사 시 환자의 방사선량 계산 프로그램 4
2. 한국인 특성을 고려한 발암위험도 평가 방법론 개발 필요 8
제 3 절. 연구목표 및 연구내용 10
1. 연구목표 10
2. 연구내용 10
제 2 장. 전산화 단층촬영에 의한 피폭방사선량 평가 방법론 개발 11
제 1 절. CT 검사에 의한 피폭방사선량 평가 방법 11
1. CT 검사로 인한 환자선량 평가를 위한 필요한 인자 도출 11
가. 환자 정보 12
나. CT 장비의 방사선학적 특성 12
다. 검사조건 13
라. 유효선량 평가 방법 13
2. CT 장비의 방사선학적 특성 평가 및 선량 측정 15
가. CT 방사선량 측정 장비 선정 15
나. 반가층 측정 실험 16
다. Bowtie 필터에 의한 X선 방사선량 분포 측정 18
라. 침상에 의한 방사선량 감쇠율 측정 19
3. 몬테카를로 방법론을 이용한 CT 검사 시 환자선량 평가 방법론 개발 21
가. 몬테카를로 기법 프로그램 선정 21
나. 에너지 스펙트럼 결정 21
다. CT 장비의 모사 방법론 결정 23
라. 반가층 측정 모사 25
마. X선 방사선량 분포 모사 25
바. 침상에 의한 X선 감쇠율 모사 26
4. CT 슬라이스별 환자의 장기선량 데이터베이스 구축 27
가. 선량평가 모의체의 선정 27
나. 장기선량 및 뼈선량 계산 방법론 결정 32
제 2 절. 피폭방사선량 평가 방법론 개발 결과 37
1. CT 스캐너의 방사선학적 특성 평가를 위한 선량 측정 및 모사결과 37
가. 반가층 측정 및 모사 결과 37
나. X선 방사선량 분포 측정 및 모사 결과 38
다. 침상에 의한 방사선량 감쇠율 측정 및 모사 결과 39
2. CTDI 팬텀을 이용한 CTDI 측정 및 모사 결과 39
가. 환산인자 결정 40
나. CTDI 팬텀을 이용한 CTDI 측정 및 모사값 검증 41
3. 개발된 방법론을 이용한 CT 슬라이스별 환자선량 데이터베이스 구축 45
가. CT 검사로 인한 환자의 장기선량 데이터베이스 구축 45
나. 뼈 선량 데이터베이스 구축 47
제 3 장. CT 검사로 인한 환자의 방사선량 계산 프로그램 개발 48
제 1 절. CT 검사로 인한 환자선량 계산 프로그램의 개발 방법 48
1. 선량계산 프로그램 개발을 위한 프로그래밍 48
2. 프로그램 개발 시 적용한 장기선량 데이터베이스 및 선량평가 방법론 49
가. 장기선량 데이터베이스 선정 49
나. 다양한 스캐너에 적용할 수 있는 선량평가 방법론 52
다. 다양한 검사조건에 따른 선량평가 방법론 55
라. 검사유형에 따른 선량계산 58
마. 유효선량 평가 방법 60
제 2 절. CT 검사 시 환자의 방사선량 평가 프로그램 개발 결과 61
1. CT 진단 시 환자선량 계산 프로그램 (ALARA-CT) 61
2. 개발한 프로그램의 장점 62
가. 환자선량 평가 시 고려인자 62
나. 사용자 편의성을 위한 기능 63
다. ALARA-CT 프로그램의 장점 요약 66
3. 상용화 CT 선량계산 프로그램과의 비교 67
제 4 장. CT 검사에 대한 발암위험도 평가 방법론 개발 71
제 1 절. 발암위험도 평가 방법 71
1. 인체에 대한 방사선의 영향 조사 71
가. 발암평가의 용어 정리 71
나. 인체에 대한 전리방사선의 영향 75
다. 인체에 대한 저선량 방사선의 영향 77
라. 발암 위험도 모델의 추정 방법 79
2. 발암 위험도 추정방법론 조사 84
가. 전리방사선 생물학적 영향위원회 85
나. 국제방사선방호위원회 109
다. 유엔과학위원회 121
라. 발암위험도 추정방법의 비교 및 선정 136
3. BEIR VII 발암위험도 모델의 국내 적용 방법 141
가. 한국인의 기초자료 조사 141
나. BEIR VII 발암위험도 모델 기반 한국인 생애귀속위험도 평가 방법론 145
다. 기타 고형암에 대한 생애귀속위험도 추정 방법 145
제 2 절. 발암위험도 평가 방법론 개발 결과 147
1. 한국인에 대한 생애귀속위험도 추정 147
가. 한국인에 대한 암 종류별 생애귀속위험도 추정 147
제 5 장. (임상연구) 복부 CT로 인한 환자의 피폭방사선량 및 위험도 평가 152
제 1 절. 재료 및 방법 152
1. 선량 및 위험도 평가를 위한 환자 특성 및 진단 정보 수집 152
가. CT 검사 선정 152
나. 환자 정보 153
다. 복부 CT 진단 정보 수집 154
2. 환자선량 평가 시 자동선량조절 기법의 적용 156
가. 자동 선량조절 기법 156
나. 자동 선량조절 기법의 적용 방법 158
다. 자동 선량조절 기법 적용 시의 문제점 162
라. 자동 선량조절 기법 적용 시 장기선량의 영향 164
제 2 절. 결과 167
1. 복부 CT 진단에 의한 환자선량 167
가. 복부 CT 진단 시 성별 장기선량 167
나. 복부 CT 진단 시 성별에 따른 제조사별 장기선량 169
2. 복부 CT 진단 시 환자의 생애 귀속 위험도 172
가. 복부 CT 진단 시 성별 생애 귀속 위험도 172
나. 복부 CT 진단 시 성별에 따른 제조사별 생애 귀속 위험도 173
제 6 장. 결론 175
참고문헌 178
Abstract 181

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	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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