소동물 방사선학1 송 경 진

참고 문헌 정문각 Saunders 소동물 방사선 촬영(김남중,이영원,정성목) Textbook of Veterinary Diagnostic Radiology(Donald E. Thrall) Saunders Manual of Small Animal Practice

방사선학 총론 방사선의 발생 방사선관의 고장 요인 방사선 장치의 기술적 구성 노출 요소 영상의 수용 장치 필름 현상 방사선의 안전

방사선학 각론 방사선 촬영 기법의 평가 노출 조건표의 작성 방사선 촬영 시 보정법 부위별 방사선 촬영 기술 특수 촬영을 위한 조영법과 기술 초음파의 원리와 진단

X-선의 발견 Wilhelm Conard Roentgen이 X선 발견 (1895년 11월 8일) 빠른 의학적 이용 1895년 11월 28일 자신의 부인의 손을 직접 촬영 빠른 의학적 이용 1년 후 혈관 조영술 최소로 시행 100년에 걸친 발전과 영상 의학에 널리 사용

X-선의 기본 특성 X-선과 감마선 전자기 방사선의 일종 선원에 따른 구별 X-선 감마선 전자가 핵 바깥쪽에서 작용 불안정한 핵으로부터의 방출

X-선이란? X-선의 정의 가시 광선과 비슷하지만 훨씬 짧은 파장을 갖는 전자기선의 한 형태 전자가 타깃부의 원자에 의해 속도가 떨어지거나 정지할 때 발생 X-선관 내부에서 발생 X-선빔 파동 내에서 주행하는 에너지의 집합체 광자 에너지의 무 또는 양자 / 순수한 에너지

X선의 기본 특성 전자기 방사선 전기와 자기장으로 구성 속도(m/sec)=주파수(cycle/sec)*파장(m) 에너지(광속)=프랑크 상수*광속/파장 파장에 반비례 방사선 에너지는 파장이 짧을 수록 에너지는 커짐 짧은 파장을 갖는 X선 일수록 멀리 투과 기본 에너지 단위 eV(전자볼트) 진단용 x-선 1000배 이상의 에너지 사용 안전 수칙이 중요

X선의 기본 특성 X-선과 감마선 몸에 해로움 이온화란? 이온화의 특성 때문에 광자가 원자로부터 전자를 방출할 때 생김 음전하를 띠는 전자와 양전하를 띠는 원자는 이온쌍을 형성 이온화는 분자의 물리적, 기능적 특성을 변화시킴 DNA의 이온화 → ‘생물학적 증폭’ 응 야기

이온화의 원리

X선의 기본 특성 생물학적 증폭 세포 DNA 변화: 이후 세대에 걸쳐 많은 세포에 영향 변이율의 증가 자궁에 노출: 유산 및 태아의 기형률 증가 질병 감수성과 생명단축의 증가 암발생 증가 백내장의 증가

X-선과 감마선의 특징

방사선의 차폐 진단 방사선학의 목적 방사선의 단위 방사선의 노출량 최소의 피폭량으로 최대의 정보 뢴트겐(roentgen) 라드(rad) 방사선의 흡수 램(rem) 등가선량 방사선의 노출량 공기 중 x-선에 의해 생성된 전하인 이온화 된 수를 측정

노출량 입사하는 방사선에 의해 공기 중에 생성된 이온쌍의 수에 기초함 단위 기존 명칭:뢴트겐(roentgen) C/kg

흡수 선량 물체에 따라 x-선 흡수 능력 다름 단위 체내에서의 흡수 능력의 차이 Gy(그레이) 1Gy = 100라드 흡수된 에너지가 조직 1joule/kg과 같음 체내에서의 흡수 능력의 차이 방사선 사진을 만드는 기본

등가선량 정의 단위 서로 다른 종류의 방사선 ‘이온화 밀도’차이와 관련 생체 조직에 다른 종류의 방사선을 같은 양으로 조사하여도 생물학적 효과는 같지 않음 단위 Sv(시버트) 1Sv = 100렘

X선의 물리적 특성 1. 파장은 다양하며 방출되는 에너지와 관계한다. 2. 직선으로 진행한다. 방향은 변할 수 있지만 새로운 경로도 경사도 역시 직선을 띠게 된다. 3. 파장이 짧기 때문에 가시 광선으로 흡수되거나 반사되는 물체도 x선은 투과할 수 있다. 4. 형광 작용이 있어서 가시 광선을 발 할 수 있다.

X선의 물리적 특성 5. X선은 필름상에 보이지 않는 상을 형성하고 이 필름은 현상 과정을 통해 가시화 할 수 있다. 영향 받은 세포는 죽거나 손상된다.

X-선의 발생 고속전자가 금속과 충돌 할 때 생성됨 X-선 튜브 음극에서 생산→ 양극을 향해 주행 에너지:1%(방사선의 형태) + 99%(열) X-선 튜브 전자 가속과 금속성 표적과 상호 작용을 위한 장치 조절된 X-선을 생산하는 것이 목적 방사선의 투과력과 양 조절

X-선의 발생 X-선 생산에 필요한 몇 가지 요소 전자 전자를 가속화 시킬 수단 고속도의 전자가 이동할 수 있는 장애물이 없는 통로 전자가 작용하여 X-선의 형태로 에너지를 방출시킬 수 있는 타깃 전자들의 주행에 장해기 되는 공기 분자의 제거와 전자의 신속한 산화를 방지하기 위한 진공상태의 덮개(튜브)

X-선의 발생 X-선관의 구성 진공상태를 유지하는 유리 덮개 유리 덮개 내부 Window area X-선관의 외부 음극부(전기적 음전하) 양극부(전기적 양전하) Window area X-선관의 하부에 위치하는 얇은 층 X-선의 출구 역할 X-선관의 외부 금속 덮개 산란된 방사선의 유출을 막음 내부의 유리 덮개를 물리적 충격으로부터 보호

X-선관의 구조 모식도 및 실제 사진

전자의 흐름 열(99%) 백열 전구의 필라멘트에 열을 내는 것과 같은 방법 가열 시,전자를 방출하는 코일 형태의 필라멘트로 구성되어 있음 필라멘트 직경:0.2cm정도 / 길이는 1cm정도임 재료: 녹는점이 높고, 원자번호가 큰 텅스텐과 같은 재료로 제조 ‘전자 구름’ 형태로 필라멘트 표면에서 끓음 mA로 조절됨(백열 전구의 왓트수 증가의 원리)

음극과 전구의 필라멘트

전자의 흐름(음극) 양극과 음극 사이의 전압 차를 이용 전자 전자는 음극에서 생산되어 양극으로 주행 음전기를 띠고 있음 양극에 대해 끌리게 됨→ 표적과 충돌 생성된 x-선 에너지 양극에 충돌하는 전자의 힘에 의해 결정

음극에서 양극으로의 전자 흐름

전자의 흐름 전위 전압차 상호 작용 음극과 양극 사이의 전압차 X-선 장치에 있는 kilovoltage peak(kVp)에 의해 조정 전자의 속력의 가속화 → 더 큰 에너지 생성 상호 작용 충돌적 상호 작용 방사성 상호 작용

전자의 흐름(충돌적 상호 작용) 튜브 표면에서 고속도의 전자와 원자의 충돌 접근하는 전자 원자로부터 궤도 전자를 방출시킴 ‘특성 x-선’ 이라 불림 생성되는 총 x-선 중 일부

X-선 발생시 충돌 모식도

전자의 흐름(방사성 상호 작용) 접근하는 전자가 표적 원자핵을 지나감에 따른 방출되는 에너지 원자핵 주위에 도달하는 전자 굽어짐 속도 감속 ‘전자 자기 방사선 형태’로 에너지 방출 ‘제동 방사선’ 이라고 함 운동 에너지가 소실되면서 원자와 상호 작용을 함

X-선의 방사 또는 제동 모식도

X-선의 에너지 범위 mA와 kVp의 조합에 의해 생성 이유 2.양극과 충돌하는 전자 내에는 넓은 에너지 범위 존재 취할 수 있는 최대 x-선 에너지=kVp와 동등

정리(음극) 음극의 필라멘트 1.일반적인 전구의 필라멘트와 거의 유사 2.필라멘트 가열 시, 전자가 원자의 인력에 덜 작용 받게 됨 전자가 흥분기에 도달하게 되는 것임 3.원자가 전자를 소유할 수 있는 에너지 이상으로 증가 4.전자군의 방출 5.전자를 필요로 하는 양극으로 주행이 가능하게 됨

정리(양극) 형태 일반적으로 텅스텐으로 제작 타깃의 기초 원통형의 기둥 위에 놓여 있는 경사진 타깃의 형태 고열에도 잘 견딤 열을 방산하는 역할 타깃의 기초 구리로 만듦(열전도체로 작용) 열을 유리시켜 방출하는 역할 X선 발생 시 1000⁰C가 넘음

정리(회전식 양극) 냉각 유리 덮개 위의 오일층 형성 열교환기(고열량 x-선 기기)

정리(양극) 양극의 형태 1. 고정식 양극 2. 회전식 양극 일정 정도 이상의 고열에 견디는 능력이 떨어짐 치과용 X선 기기, 소형의 휴대용 X선 기기 2. 회전식 양극 원판의 직경은 약 8cm 정도 테두리가 각을 진 형태를 취함 텅스텐 또는 유사한 합금으로 구성 ‘패임 현상’ 방지 고열에도 견딜 수 있음 최근의 고용량의 X선 기기에서 이용 원판형으로 튜브 중앙을 축으로 하여 회전

초점(focal spot) 정의 초점이 작을수록 방사선 사진 세밀 전자에 의해 충돌하는 표적 영역 X-선이 만들어지는 부위 초점을 가능한 작게 형성 양극 표적에 각을 형성 X-선의 초점을 더 작게 만듦 양극면적을 크게 하여 열 발산 용이

초점 모식도

노출 요소 밀리암페어(milliamperage)와 시간 킬로볼티지(kilovoltage) 거리 (distance)

밀리암페어와 시간 정의 mA의 증가= 전자수의 증가 필라멘트에서 가열시키는 전류의 표시 X –선의 수 X-서 빔의 강도에 영향 전자 구름 크기에 좌우 X-선 튜브가 에너지를 갖게 되는 시간에 비례 X-서 빔의 강도에 영향 생산된 x-선 양의 척도

밀리암페어와 시간 개념 X-선 튜브에서 발생되는 방사선의 총량 120와트 전구 = 60와트 전구의 2배 시간 전구 밀도가 2배이지만, 방사된 광선 총량은 같음 노출 시간에 영향을 받음 mA * time = mAs

밀리암페어와 시간 개념 높은 mA 시간을 줄어 들음 많은 x-선 생산 동물의 움직임에 의한 허상을 줄임 보정자의 피폭량 감소 두꺼운 부위 조사 가능

mA와 시간 조합에 따른 동일한 mAs

킬로볼티지(kilovoltage) 정의 용어 양극과 음극 사이의 전위 차이 Kilovoltage peaks(kVp) Peak X-선에 노출 시 양극의 전위> 음극의 전위 전자 구름 가는 선의 형태로 양극을 향해 방출 용어 Kilovoltage peaks(kVp) Peak 고정된 kilovoltage시 최대한 사용 가능한 에너지

킬로볼티지(kilovoltage) 높은 Kilovoltage X-선의 질을 결정 조직 투과 능력 결정 Santes 법칙 전자의 가속화가 빨라짐 x-선의 양의 증가 X-선의 질을 결정 조직 투과 능력 결정 Santes 법칙 (2* 촬영하고자 하는 부위의 두께[cm])+40=kVp 촬영하고자 하는 두께 캘리퍼 이용 40 x-선 튜브에서 x-선 필름까지의 길이

kVp의 수준과 투과에 미치는 영향

거리(Distance) 정의 X-선의 발생부위에서 x-선의 필름 도달까지의 거리 공식에서는 40으로 나타남 SID(source-image distance)라고 함 역자승의 법칙 SID의 감소하면, X-선의 강도 증가

역자승의 법칙

방사선 조사와 물질 상호 관계 광자와 물질 사이의 상호 작용(가능성 있는 기전 종류) 1.간접성 산란 2.광전 효과 3.전자에 의한 광자의 탄성 산란 현상 4.전자쌍의 생성 5.원자핵의 붕괴

방사선 조사와 물질 상호 관계 간접성 산란 광자가 물체와 상호 작용하여 방향이 변함 매질에 대한 흡수의 변화와 광자 에너지의 변화는 없음 방사선 사진에서 사진의 질을 떨어뜨림

방사선 조사와 물질 상호 관계 광전 효과 진단 방사선에서 매우 중요함 검체에 흡수되는 광자가 조직 원자에서 특성화 방사선을 만들어냄 검체에 흡수되어 방사선 사진에는 영향이 없음 광전자의 과정과 검체의 원자 번호 사이: 중요한 관계 이점 검체의 조직 흡수 능력에 따라 사진의 대비도 나타남 방사선 종사자에게 거의 노출 없음 단점 검체에 많은 노출

광전 효과의 모식도

방사선 조사와 물질 상호 관계 탄성 산란 현상 모든 산란 방사선의 결과 탄성 반응 다가오는 X-선 광자가 검체 주변의 껍질 전자와 상호 작용 하는 것 이때 산란 된 전자 ‘Compton 전자’ 또는 ‘Recoil 전자’ 라 함 검체의 전체 전자수에 관계 방사선 사진의 질을 떨어뜨림

콤프톤 흡수 과정

X선관의 고장의 요인 X선 튜브 고장 요인 고가의 부분 튜브 사용 방법에 따라 수명을 좌우함 음극의 파손 양극의 파손 베어링 파손 타깃 파손 유리 덮개의 손상 튜브 하우징의 비정상

음극의 파손 X선 튜브의 대부분의 파손 원인 필라멘트 노출 시 마다 가열됨 손상 시 전자군의 발생X → 노출되지 않음 현상 시 투명하게 됨 계기판의 지시침이 움직이지 않음

음극의 파손 파손의 예방 예비 노출 낮은 온도에서의 필라멘트 가열 사용을 안 할 시에는 끄는 것이 중요 장기간 노출 시 필라멘트 손상

양극의 파손 베어링의 파손 회전식 양극의 예비 노출의 목적 열에 의해서 야기됨 1. 필라멘트 예열 2. 전자 충돌에 대비하여 양극 원판을 최고 속도로 회전 시킴 열에 의해서 야기됨 불필요한 예비노출 단추의 사용은 음극이 회전할 때 열을 축적시키는 결과를 초래 열의 축적으로 베어링이 마모되어 수명 단축 양극의 회전시 발생되는 소리의 변화로 감지

양극의 파손 양극의 회전 속도가 감소 혹은 중단 타깃의 과열 고장

양극의 파손 타깃 파손 과도한 열로 인해 손상 표면이 용해되어 불규칙해진 타깃 표면 불충분한 열 발산 촬영시 과도한 고열 발생에 기인 표면이 용해되어 불규칙해진 타깃 표면 전자와 충돌 생산된 X선속은 강도가 일정하지 않게 됨

유리 덮개 손상 원인 1. 타깃의 과열로 인한 유리 내측 면에 금속이 침착되어 일어나는 손상 금속의 침착 : 필라멘트에서 생산된 전자를 견인하는 이차적인 양극의 역할 2. 유리 덮개 내에 공기가 존재하여 완전 진공 상태가 이루어지지 않게 되는 것 공기 분자들이 전자의 흐름을 방해 타깃에 충돌하는 전자수가 감소 X선속이 감소

튜브 하우징의 비정상 매우 드묾 원인 1. 금속 덮개 내의 유리 덮개의 위치 변환 2. 금속 덮개 외부로 오일이 유출되는 것 생산된 X선속 중 일부가 금속 덮개로 흡수 사진 상에서 일부만 노출됨 2. 금속 덮개 외부로 오일이 유출되는 것 오일은 절연작용 및 열발산작용 오일이 고갈되면 튜브가 과열되어 손상