2장 방사선 생물학과 방어
이 장은 방사선이 몸에 닿았을 때 무슨 일이 일어나는지와, 그 일을 줄이는 방법을 다룬다. 앞쪽은 생물학이다. 선량을 재는 단위 네 가지, 세포가 어떤 조건에서 방사선에 약해지는가, 결정적 영향(deterministic effect)과 확률적 영향(stochastic effect)의 구분, 두경부 방사선치료가 구강에 남기는 합병증의 기전이다. 뒤쪽은 방어다. 환자를 위한 수단과 술자를 위한 규칙, 선량한도(dose limit)를 모았다.
시험이 가르는 기준은 몇 개로 정해져 있다. 단위 사이의 곱셈(흡수선량 → 등가선량 → 유효선량), 감수성이 높은 세포의 조건, 문턱선량(threshold dose)이 있는가 없는가, 수단마다 줄이는 것이 선량인가 선예도인가다. 계산이 필요한 단위 절에는 같은 숫자로 풀어 본 예를 붙였다. 조직가중계수(tissue weighting factor), 수정체 선량한도, 최적화 원칙의 표현처럼 권고가 바뀐 곳은 옛 값과 새 값을 나란히 적었다.
X선이 어떻게 만들어지고 흡수되는가는 1장, 촬영 조건과 각 촬영법은 3장에 있다. 방사선치료 합병증의 임상 처치는 구강악안면외과학 5장에서, 소아의 방사선 방어 요약은 소아치과학 3장에서 볼 수 있다.
2.1 선량의 단위·방사선 감수성·세포 반응 최고 빈출
방사선의 양은 네 단계로 말한다. 공기에서 잰 조사선량(exposure), 물질이 흡수한 흡수선량(absorbed dose), 방사선의 종류를 반영한 등가선량(equivalent dose), 조직의 위험도까지 반영한 유효선량(effective dose)이다. 세포는 분열이 활발하고 분화가 덜 된 것일수록 방사선에 약하다.
선량의 단위
| 양 | 무엇을 재는가 | SI 단위 | 옛 단위 |
|---|---|---|---|
| 조사선량exposure | 공기 중 단위 질량당 만들어진 이온 전하량. X선과 감마선에만 쓴다 | C/kg | R(뢴트겐) |
| 흡수선량absorbed dose | 단위 질량의 물질이 흡수한 방사선 에너지 | Gy (1 Gy = 1 J/kg) | rad (1 Gy = 100 rad) |
| 등가선량equivalent dose | 흡수선량 × 방사선가중치(radiation weighting factor). 방사선 종류에 따른 생물학적 효과 차이를 반영 | Sv | rem |
| 유효선량effective dose | 조직마다 (등가선량 × 조직가중계수)를 구해 모두 더한 값. 인체 전체에 대한 위해도 | Sv | rem |
| 식 | 뜻 |
|---|---|
| H = Σ (w_R × D) | 등가선량 = 방사선가중치 × 흡수선량 |
| E = Σ (w_T × H_T) | 유효선량 = 조직가중계수(tissue weighting factor) × 등가선량의 합 |
방사선가중치는 X선·감마선 1, 알파선 20이다. 조직가중계수는 조직의 방사선 감수성(radiosensitivity)과 암 같은 확률적 영향(stochastic effect)의 위험도를 반영한다. 치과 촬영과 관련 있는 조직만 골라 국제방사선방호위원회(ICRP)의 1990년판(ICRP 60)과 2007년판(ICRP 103) 값을 나란히 놓았다. 현재 권고는 2007년판이고, 1990년판의 값은 옛 교재에 남아 있다.
| 조직 | ICRP 60 (1990) | ICRP 103 (2007) |
|---|---|---|
| 생식선 | 0.20 | 0.08 |
| 골수(적색) | 0.12 | 0.12 |
| 갑상선thyroid gland | 0.05 | 0.04 |
| 피부 | 0.01 | 0.01 |
| 뼈 표면 | 0.01 | 0.01 |
| 침샘 | 별도 값 없음 | 0.01 |
| 뇌 | 별도 값 없음(잔여조직에 포함) | 0.01 |
계산 예(가상의 숫자): X선으로 갑상선이 0.1 mGy, 침샘이 0.5 mGy를 흡수했다. 방사선가중치가 1이므로 등가선량은 각각 0.1 mSv, 0.5 mSv다. 2007년판 계수로 유효선량은 0.1 × 0.04 + 0.5 × 0.01 = 0.004 + 0.005 = 0.009 mSv다(다른 조직의 기여는 생략). 같은 흡수선량 1 mGy라도 알파선이면 등가선량은 1 × 20 = 20 mSv다.
함정 방사선가중치를 곱하면 등가선량, 여기에 조직가중계수를 곱해 합하면 유효선량이다. 조직가중계수를 흡수선량에 바로 곱하는 것이 아니다. 조사선량은 광자선(X선·감마선)에만 정의된다.
세포가 손상되는 방식
| 작용 | 내용 |
|---|---|
| 직접 작용 | 방사선이 DNA 같은 표적 분자를 직접 전리시킨다 |
| 간접 작용 | 물의 방사선분해(radiolysis)로 생긴 자유라디칼(free radical)(활성산소종)이 DNA를 손상시킨다 |
세포에서 치사 손상을 일으키는 가장 민감한 구조는 핵, 그중에서도 염색체 DNA다.
감수성을 높이는 조건
| 조건 | 변화 | 이유 |
|---|---|---|
| 선량률 증가 | 손상 증가 | 같은 총선량이라도 회복할 시간이 줄어든다 |
| 산소분압 상승 | 감수성 증가 | 산소효과(oxygen effect): 자유라디칼이 산소와 반응해 손상이 고정된다. LET이 낮은 X선·감마선에서 뚜렷하다 |
| 온도 상승 | 감수성 증가 | 세포 대사가 활발해진다 |
| 선에너지전달 증가linear energy transfer | 생물학적 손상 증가 | 선에너지전달은 LET이라 줄여 쓴다. 단위 길이당 전리 밀도가 높아져 상대생물효과비(relative biological effectiveness)가 커진다 |
| 어린 나이 | 감수성 높다 | 세포 분열이 활발하고 앞으로 거칠 분열이 많다 |
| 세포주기cell cycle | M기와 G2기 후반이 가장 민감 | S기 후반이 가장 저항성이 높다 |
Bergonié–Tribondeau 법칙과 조직의 감수성
| 조건 | 감수성이 높다 | 감수성이 낮다 |
|---|---|---|
| 분열 능력과 빈도 | 높다, 잦다 | 낮다 |
| 분화 상태 | 미분화 | 고도로 분화 |
| 앞으로의 분열 횟수 | 많다 | 적다 |
| 등급 | 조직 |
|---|---|
| 고감수성 | 골수(조혈조직), 림프조직, 생식선 |
| 중등도 감수성 | 타액선(salivary gland), 미세혈관, 갑상선, 피부 상피, 성장 중인 골과 연골, 결합조직 |
| 저감수성 | 고도로 분화된 신경세포와 근육세포, 성숙 골과 연골, 적혈구 |
골수는 적색골수가 혈구를 만드는 조혈을, 황색골수가 지방 저장을 맡는다. 방사선에 약한 것은 분열이 활발한 조혈조직이다.
세포의 죽음
| 형태 | 조건 |
|---|---|
| 생식사reproductive death | 세포가 분열 능력을 잃는다. 비교적 저선량에서도 생긴다 |
| 간기사interphase death | 분열하지 않고 간기에 죽는다. 훨씬 고선량이 필요하다 |
함정 감수성이 높은 세포는 분열이 활발하고 미분화된 세포다. 신경과 근육처럼 분화가 끝난 세포는 저감수성이고, 타액선은 중등도다.
2.2 결정적 영향과 확률적 영향 빈출
결정적 영향(deterministic effect)은 문턱선량(threshold dose)을 넘으면 선량에 따라 심각도가 커진다. 확률적 영향(stochastic effect)은 문턱선량이 없고 선량에 따라 발생 확률만 커진다.
| 결정적 영향deterministic effect | 확률적 영향stochastic effect | |
|---|---|---|
| 문턱선량threshold dose | 있다 | 없다 |
| 선량이 늘면 | 손상의 심각도가 커진다 | 발생 확률이 커지고 심각도는 선량과 무관하다 |
| 예 | 백내장, 피부 홍반, 탈모, 불임 | 암(백혈병), 유전적 영향 |
함정 백내장과 불임은 결정적 영향이고, 백혈병과 유전적 영향은 확률적 영향이다.
참고 ICRP 103(2007)은 결정적 영향을 조직반응이라고 부른다. 시험과 교과서는 대개 결정적 영향이라는 이름으로 묻는다.
태아 피폭
| 시기(수정 후) | 주된 영향 |
|---|---|
| 착상 전(약 0–2주) | 전부 아니면 전무. 착상 실패나 배아 사망 |
| 주요 기관형성기(약 2–8주) | 선천성 기형이 주로 생긴다 |
백혈병의 구강 소견
방사선 피폭으로 생기는 백혈병은 확률적 영향이다. 백혈병 환자의 구강에서는 미만성 치은 비대(gingival enlargement)와 자발성 출혈이 나타나고, 방사선사진에서는 전반적인 치조백선(lamina dura) 소실과 치낭(dental follicle) 피질골(cortical bone) 파괴가 보인다. 치조백선을 치조경선이라고도 한다.
| 백혈병 | 약물유발 치은비대gingival enlargement | |
|---|---|---|
| 치은 | 미만성 비대, 자발성 출혈 | 섬유성 증식, 약물 복용력 |
| 영상 | 치조백선 소실, 치낭 피질골 파괴 | 이런 소견이 없다 |
2.3 방사선치료의 합병증 최고 빈출
두경부 방사선치료는 감수성이 높은 세포가 있는 조직(타액선, 미뢰, 혈관)을 손상한다. 임상 경과와 처치, 점막염·개구장애(trismus)·불소 도포는 구강악안면외과학에서 다루고, 여기서는 방사선생물학적 기전과 카드가 묻는 사실을 모았다.
| 합병증 | 기전 | 요점 |
|---|---|---|
| 미각 감퇴 | 미뢰(taste bud)의 미각세포가 방사선에 약하다 | 치료 초기(누적 약 10–20 Gy)부터 나타나고, 치료가 끝난 뒤 수 개월(약 2–4개월) 안에 대부분 가역적으로 회복한다 |
| 타액선 손상salivary gland | 장액 선포세포가 일찍 괴사하고 선포가 파괴되어 섬유화한다 | 순수 장액선인 이하선(parotid gland)이 가장 먼저 심하게 상한다. 누적 60 Gy 이상이면 분비 감소가 영구적이다 |
| 타액의 변화 | 분비량이 줄고 완충능(buffering capacity)이 떨어진다 | 타액 분비량 감소와 pH 산성화 |
| 방사선우식radiation caries | 타액선 파괴로 타액이 줄어 이차적으로 생긴다 | 치아 경조직이 직접 파괴되는 것이 아니다 |
| 방사선골괴사osteoradionecrosis | 혈관이 막히고 골수가 무혈관화되어 저혈관·저산소·저세포 상태에서 무균성 허혈 괴사가 생긴다 | 하악에 많다(피질골이 두껍고 혈액 공급이 적다). 치료 뒤 수 개월에서 수 년 지나 나타나는 만기 합병증이다 |
| 치아와 치배tooth germ | 성숙한 법랑질과 상아질은 세포 분열이 없는 광물화 조직이라 방사선에 강하다 | 성장기 치배는 형성 정지와 치근 왜소 같은 발육 장애가 생겨도 맹출은 방사선에 상대적으로 저항한다 |
쇼그렌증후군(Sjögren syndrome)도 방사선 타액선 손상처럼 구강건조증(xerostomia)을 만든다. 쇼그렌증후군은 방사선 조사 병력이 없고 자가항체(Anti-Ro/La)가 양성이다.
함정 방사선우식의 원인은 법랑질·상아질에 대한 직접 손상이 아니라 타액 감소다. 성숙 치아 경조직은 방사선에 강하다.
방사선골괴사의 임상과 예방
점막이 터져 뼈가 노출되고, 방사선사진에서 부골(sequestrum)을 동반한 골파괴가 보이면 방사선골괴사를 진단한다. 방사선 치료 뒤의 발치가 주된 유발 요인이라서, 치료 뒤에 우식이 진행된 치아는 발치보다 근관치료를 먼저 고려한다. 약물관련 턱뼈괴사(MRONJ)와 임상·영상 소견이 비슷하며, 원인이 방사선인가 약물인가로 가른다.
분할조사
방사선치료는 총선량을 나누어 여러 번 조사한다. 간격 사이에 정상 세포가 아치사 손상을 회복하고, 종양 세포는 재산소화와 재분포가 일어나 치료 효과가 높아진다. 같은 총선량이라도 한 번에 조사할 때보다 정상 조직의 손상이 완화된다.
2.4 방사선 방어의 원칙과 환자 방어 최고 빈출
환자의 방사선은 정당화와 최적화로 관리한다. 이득이 위해보다 큰 촬영만 하고, 선량은 가능한 한 낮게 유지한다. 선량한도(dose limit)는 환자의 진단·치료 피폭에는 적용하지 않는다.
| 원칙 | 뜻 | 환자 의료피폭 |
|---|---|---|
| 정당화 | 이득이 위해를 상회해야 한다 | 적용 |
| 최적화(ALARA) | 합리적으로 달성할 수 있는 한 낮게 | 적용 |
| 선량한도dose limit | 직업·일반인 피폭에 두는 상한 | 적용하지 않는다 |
참고 시험과 교과서의 최적화 원칙은 ALARA다. 최근 지침은 진단에 필요한 화질을 기준으로 삼는 ALADA(진단에 허용되는 한 낮게)를 쓴다. 소아 치과 영상에서는 여기에 적응증과 환자에 맞춘다는 뜻을 더한 ALADAIP를 쓴다.
환자 방어 수단
| 수단 | 줄이는 원리 | 요점 |
|---|---|---|
| 고감도 수용체 | 같은 영상 농도를 얻는 데 필요한 노출이 준다 | F-speed 필름이나 디지털 센서를 쓴다 |
| 긴 조사통position-indicating device | 초점-피부 거리가 늘어 선속의 발산이 줄고 피폭 체적이 준다 | 긴 조사통은 16인치(40 cm), 짧은 조사통은 8인치(20 cm). 반음영(penumbra)과 확대도 줄어 선예도(sharpness)가 높아진다 |
| 초점-피부 거리 | 피부 피폭을 줄이는 최소 기준 | 50 kVp를 넘는 장치는 20 cm(8인치) 이상 감수 |
| 직사각형 조사통position-indicating device | 조사야를 영상수용체(image receptor) 크기에 맞춰 피폭 면적을 줄인다 | 원형보다 피부 피폭 면적이 약 60% 이상 준다. 이상적인 조사야는 수용체 크기 |
| 직류 방식 | 관전압(kVp)이 일정해 영상에 기여하지 못하고 피폭만 늘리는 저에너지 X선이 적다 | 저에너지 X선 발생 비율 감소 |
| 납방어복lead apron | 구내촬영에서 산란선으로부터 생식선과 조혈조직을 지킨다 | 갑상선(thyroid gland)은 갑상선 보호대를 함께 써서 지킨다 |
| 갑상선 보호대thyroid gland | 구내촬영에서 감수성이 높은 갑상선을 지킨다 | 파노라마에서는 쓰지 않는다(1차 선속을 가려 인공음영) |
| 콘빔CT의 조사야 | 진단에 필요한 최소 크기로 제한해 주변 정상 조직의 피폭을 줄인다 | 조사야가 넓으면 산란선(scattered radiation)도 는다 |
함정 긴 조사통이 줄이는 것은 선속의 발산이고 직사각형 조사통이 줄이는 것은 피폭 면적이다. 둘 다 환자 선량을 줄이지만 원리가 다르다.
함정 파노라마에서 복부나 생식선에 닿는 방사선은 장치의 누설선이 아니라 두경부에서 생긴 산란선이다. 1차 선속은 두경부를 지나 수용체의 슬릿에서 차단된다.
2.5 선량한도와 술자 방어·포터블 장비 빈출
선량한도(dose limit)는 방사선작업종사자의 직업 피폭과 일반인 피폭에 나누어 적용한다. 환자의 의료피폭과 자연방사선은 선량한도의 대상이 아니다.
선량한도 (ICRP 권고)
| 대상 | 항목 | 한도 |
|---|---|---|
| 방사선작업종사자 | 유효선량(effective dose) | 5년 평균 연 20 mSv, 어느 한 해도 50 mSv 이하 |
| 방사선작업종사자 | 수정체 등가선량(equivalent dose) | 5년 평균 연 20 mSv, 어느 한 해도 50 mSv 이하(ICRP 2011 권고). 이전 권고는 연 150 mSv |
| 방사선작업종사자 | 피부·손발 등가선량 | 연 500 mSv |
| 일반인 | 유효선량 | 연 1 mSv |
| 임신을 알린 여성 종사자 | 남은 임신 기간의 태아 선량 | 일반인 수준(1 mSv)이 되도록 추가로 제한 |
감수
술자 방어
| 항목 | 규칙 |
|---|---|
| 거리 | 관구와 환자의 머리에서 2 m(6 ft) 이상 떨어진다 |
| 위치 | 주 선속에 대해 90–135°. 산란선(scattered radiation)이 약한 방향이다 |
| 차폐 | 거리를 확보하지 못하면 방사선을 막는 차폐벽 뒤에서 노출한다 |
| 수용체 | 손으로 잡지 않고 유지기구를 쓴다 |
| 개인선량계personal dosimeter | 착용해서 피폭을 기록한다 |
포터블 장비
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 적응증 | 거동이 불가능한 환자나 이동 진료처럼 고정형 장치를 쓰기 어려운 상황. 일반 진료실에서 고정형을 대체하는 일상 사용은 권장하지 않는다 |
| 후방산란선 차폐체 | 환자에게서 되돌아오는 산란선을 막으려 조사통(position-indicating device) 끝에 장착한다. 환자에게 최대한 밀착시키고, 술자는 차폐체 바로 뒤에 선다 |
| 개인 방어용구 | 차폐체가 있어도 술자는 납방어복(lead apron)을 입는다. 차폐벽 밖에서 촬영할 때는 납방어앞치마와 갑상선보호대(thyroid collar)를 함께 착용한다 |
함정 후방산란선 차폐체는 술자 몸이 아니라 조사통 끝에 달고 환자에게 밀착한다. 차폐체는 술자의 납방어복을 대신하지 않는다.
복습
헷갈리는 쌍
| 쌍 | 가르는 기준 |
|---|---|
| 흡수선량 vs 등가선량absorbed dose · equivalent dose | Gy, 방사선 종류를 반영하지 않는다 vs Sv, 흡수선량 × 방사선가중치(radiation weighting factor) |
| 등가선량 vs 유효선량equivalent dose · effective dose | 한 조직에 대한 값 vs 조직가중계수(tissue weighting factor)로 합한 전신 위해도 |
| 조사선량 vs 흡수선량exposure · absorbed dose | 공기 중 이온 전하량(C/kg), X선·감마선만 vs 물질이 흡수한 에너지(Gy) |
| 결정적 영향 vs 확률적 영향deterministic effect · stochastic effect | 문턱선량(threshold dose)이 있고 선량에 따라 심각도가 커진다 vs 문턱선량이 없고 확률만 커진다 |
| 직접 작용 vs 간접 작용 | 표적 분자가 직접 전리된다 vs 물의 방사선분해(radiolysis)로 생긴 자유라디칼(free radical)이 손상시킨다 |
| 생식사 vs 간기사reproductive death · interphase death | 분열 능력을 잃는다, 저선량에서도 생긴다 vs 분열 없이 죽는다, 고선량 |
| 방사선골괴사 vs 약물관련 턱뼈괴사osteoradionecrosis | 원인이 방사선이다 vs 원인이 비스포스포네이트 같은 약물이다 |
| 방사선 타액선 손상 vs 쇼그렌증후군salivary gland · Sjögren syndrome | 방사선 조사 병력, 이하선(parotid gland) 장액세포 괴사 vs 조사 병력이 없고 자가항체 양성 |
| 정당화·최적화 vs 선량한도dose limit | 환자 의료피폭에 적용한다 vs 직업·일반인 피폭에 적용한다 |
| 긴 조사통 vs 직사각형 조사통position-indicating device | 선속의 발산을 줄인다 vs 피폭 면적을 줄인다 |
| 구내촬영 vs 파노라마의 갑상선 보호대thyroid gland | 착용한다 vs 착용하지 않는다(1차 선속을 가려 인공음영) |
| ICRP 60 vs ICRP 103의 생식선 조직가중계수tissue weighting factor | 0.20 vs 0.08 |
확인 문제
흡수선량의 SI 단위는?
Gy
등가선량을 구할 때 흡수선량에 곱하는 것은?
방사선가중치
유효선량을 구할 때 등가선량에 곱하는 계수는?
조직가중계수
조사선량이 적용되는 방사선은?
X선과 감마선
2007년판(ICRP 103)에서 생식선의 조직가중계수는?
0.08
세포 속에서 치사 손상에 가장 민감한 구조는?
핵
같은 총선량에서 손상을 늘리는 선량 조건은?
선량률 증가
세포주기에서 방사선에 가장 민감한 시기는?
M기와 G2기 후반
문턱선량이 있는 영향은?
결정적 영향
백혈병이 속하는 영향의 종류는?
확률적 영향
이하선이 방사선에 가장 약한 이유는?
순수 장액선이라서
침샘 기능이 영구히 떨어지는 누적선량은?
60 Gy 이상
방사선골괴사가 많이 생기는 턱뼈는?
하악
방사선치료 뒤 우식이 진행된 치아에 먼저 고려하는 처치는?
근관치료
환자 의료피폭에 적용하는 두 원칙은?
정당화와 최적화
50 kVp를 넘는 장치의 최소 초점-피부 거리는?
20 cm
파노라마에서 복부에 닿는 방사선의 주된 원인은?
두경부에서 생긴 산란선
방사선작업종사자의 유효선량한도(5년 평균)는?
연 20 mSv
술자가 주 선속에 대해 서야 하는 각도는?
90–135°
포터블 장비에서 후방산란선 차폐체를 다는 위치는?
조사통 끝
이 장은 치과의사 감수를 받는 중입니다. 틀린 곳이 보이면 아래 메일로 알려 주세요.
감수 목록
주소 끝이 #review일 때만 보입니다. 본문에 노란 감수 표시로도 붙어 있습니다.
- 2.4 방사선 방어의 원칙과 환자 방어 — 카드는 20 cm. 미국 기준(21 CFR 1020.31)과 일부 영문 교재는 18 cm(7인치). 국내 규칙의 치과 구내촬영 장치 검사기준 값 확인
- 2.5 선량한도와 술자 방어·포터블 장비 — 표는 ICRP 권고값이다. 카드는 임신 종사자에 일반인 한도 수준의 추가 제한이라고만 적었다. 치과의 방사선관계종사자에 적용하는 현행 국내 규칙(진단용 방사선 발생장치의 안전관리에 관한 규칙)의 유효선량·수정체·임신 종사자 한도가 표와 다른지 확인