주민오염감시 수행을 위한 전신계수기의 전산모사 기반 교정

Abstract

주민오염감시의 효율적 수행을 위해서는 정확한 내부오염 측정이 필요하다. 하지만 기존 교정용 물리 팬텀의 한계로 인해 현재 전신계수검사에서는 측정 대상의 다양성 및 오염 핵종의 체내 분포에 대한 계측효율 영향은 고려하지 못하고 있다. 이러한 영향은 전신계수검사의 계통오차로 작용하여 내부오염 검사의 부정확성을 초래한다. 기존 물리 팬텀의 한계를 보완하기 위해 전산모사 인체 팬텀을 바탕으로 한 전산모사 기반 교정이 여러 연구를 통해 제안되었으며, 전산모사 기반 교정을 사용하여 기존 전신계수검사에서 발생할 수 있는 계통오차의 보정이 가능하다. 본 연구에서는 오염 핵종의 체내 분포 및 측정 대상의 다양성으로 인해 발생하는 계통오차를 보완하고자 전신계수기에 대한 전산모사 기반 교정을 수행하였다. 본 연구는 한국원자력의학원에서 운영 중인 두 가지 종류의 전신계수기를 활용하였으며, 각각의 전신계수기는 NaI(Tl) 검출기 기반의 입식형 전신계수기, HPGe 검출기 기반의 침대형 전신계수기로 구분할 수 있다. 주민오염감시 수행 시 다양한 대상에 대한 측정 수요가 발생하고, 다양한 피폭 시나리오에 따라 일반인에 대한 내부피폭이 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 주민오염감시의 다양한 측정 대상을 모사하기 위해 메시형 남녀 연령별(5세, 10세, 15세, 성인) 전산모사 인체 팬텀을 사용하였다. 그리고 섭취 핵종의 체내 분포가 계측효율에 미치는 영향을 고려하기 위해 방사선 사고 이후 일반인에게 발생할 수 있는 총 9개의 피폭 시나리오에 대한 체내 분포를 계산하여 남녀 연령별 전산모사 인체 팬텀에 적용하였다. 방사성 핵종의 섭취 후 1일부터 365일의 시간 범위에 대한 입식형, 침대형 전신계수기의 계측효율을 계산하였다. 그리고 전산모사 인체 팬텀에서 섭취 핵종의 체내 분포를 고려한 계측효율과 성인 BOMAB 팬텀에서의 계측효율 사이의 비를 계산하여 계측효율 보정인자를 산출하였다. 137Cs, 134Cs의 경우 흡입 섭취 시 초기 외흉부기도의 잔류량으로 인해 불균등한 체내 분포를 보였지만, 10일 이후부터는 전신 균등한 분포를 나타내었다. 취식 섭취의 경우 섭취 직후부터 전신 균등한 분포를 보였다. 방사성 세슘의 경우 오염 핵종의 체내 분포에 대한 영향보다 측정 대상의 다양성으로 인한 영향이 전신계수 계측효율에 더 크게 작용하였다. 60Co는 흡입 섭취 시 폐, 외흉부기도, 대장에 많은 잔류량을 나타내었으며, 취식 섭취 시 대장, 인체 조직, 간에 많은 잔류량을 나타내었다. 60Co의 체내 거동 특성 때문에 섭취 초기부터 불균등한 체내 분포를 보였다. 131I은 흡입, 취식 섭취 모두 갑상샘에 높은 잔류량을 나타내어 불균등한 체내 분포를 계속하여 나타내었다. 60Co, 131I의 경우 섭취 후 불균등한 체내 분포로 인한 영향이 전신계수 계측효율에 영향을 주는 것을 확인할 수 있고, 기존 물리 팬텀 기반의 전신계수검사를 두 방사성 핵종(60Co, 131I)에 대해 수행할 경우 내부오염 검사 결과의 과대평가를 초래할 수 있다. 본 연구에서 산출한 계측효율 보정인자의 적용으로 기존 물리 팬텀의 한계로 인해 발생하는 계통오차를 최소화할 수 있어 전신계수검사의 정확도를 높일 수 있다. 그리고 기존 전신계수검사에서는 전신 균등 분포를 보이는 방사성 핵종에 대한 측정만 수행하였으나, 계측효율 보정인자의 적용으로 불균등한 체내 분포를 보이는 방사성 핵종에 대한 측정이 가능해져 주민오염감시의 효율성을 높일 것으로 기대한다.|Whole body counters (WBCs) are available for conducting large-scale population monitoring after a nuclear accident. Calibration of WBCs is typically performed using the bottle manikin absorber (BOMAB) phantom, which simulates a homogeneously contaminated individuals. Despite the usefulness of the BOMAB phantom in the calibration of WBCs, it has limitations relating to differences of anatomy, attenuation properties and activity distribution between the physical phantom and a realistic human body. Notably, inhaled or ingested radionuclides are distributed heterogeneously in the human body due to the biological movement of a radionuclide; this can influence the counting efficiency To overcome these limitations, virtual calibration based on the Monte Carlo method combined with a computational human phantom has been proposed in several studies which state that this method can improve measurement accuracy. Therefore, this study aims to produce the time-dependent correction factors taking into account the biodistribution of radionuclide in whole-body counting measurement. Two commercial WBCs currently in operation at the Korea Institute of Radiological and Medical Sciences were used in this study: a stand-up type WBC with NaI(Tl) detectors, and a bed type WBC with HPGe detectors. The ICRP adult and pediatric (5, 10, and 15 years) reference computational phantoms that represented contaminated individuals were used to calculate the counting efficiency. Age-specific biodistribution of intake radionuclides (137Cs, 134Cs, 60Co, 131I) was estimated depending on the exposure scenarios for population monitoring and calculated activity distribution was applied to the computational phantoms to calculate the counting efficiency as a function of elapsed time after intake. The biodistributions of 137Cs and 134Cs are not significantly influenced in counting efficiency since the caesium isotopes are uniformly distributed in all body tissues after intake. Regarding the intake of 60Co and 131I, however, the inhaled or ingested radionuclides are heterogeneously distributed in the human body. The results demonstrated that counting efficiency is significantly influenced by the activity distribution of the intake radionuclide and anatomical discrepancies between the physical phantoms and measured individuals. Correction factors were derived based on the ratio between the counting efficiencies obtained considering activity distribution and those obtained using the BOMAB phantom. A set of age- and gender-specific correction factors can be applied to counting efficiency obtained by physical phantoms to minimize the influence of biodistribution and size dependency on the counting efficiency in the whole-body counting measurement, which can help minimize the systematic errors in calibration and provide more accurate measurements of WBCs in the population monitoring.