오늘은 방사성동위원소의 이용 분야에서 마지막인 의료분야에 대해서 알아보려고 합니다.
하지만 소개하고자 하는 글이 길기 때문에 이 또한 몇 번에 걸쳐 소개하겠습니다.
앞으로 X-ray를 시작으로 CT, PET, 그리고 radiotherapy까지 소개하겠습니다.
그래서 X선을 통한 진단을 오늘 소개할 예정입니다.
그런데 사실, 이에 관한 포스팅은 예전에 한 적이 있습니다.
삼성전자: X선 피폭량 1/10로 줄여드립니다~ 에서 말이죠.
하지만 RI시리즈로 포스팅하고 있는 만큼 한번 더 소개하도록 하겠습니다.
X-ray란?
X선은 미지수 X에서 따온 말로 처음에 알 수 없는 빛이라 하여 X선이라는 말로 지었습니다.
X선은 원자핵 주위를 돌고 있는 전자가 여기되었다가 떨어지며 안정화가 되면서 에너지를 빛으로 방출한 결과물입니다.
조금 더 자세히 이야기하자면
양자역학 혹은 화학에서 핵의 주위를 돌고 있는 전자는 한 궤도가 아닌 여러 궤도를 가지며 이 궤도가 연속적이지 않고 불연속적으로 특정 궤도를 가진다고 합니다. 나무의 나이테를 떠올려보시면 원들이 동심을 가지고 있죠? 그런 것처럼 여러 원들이 각각의 궤도를 뜻합니다. 이를 반지름이 큰 원이 높은 에너지를 가졌다 하고 핵과 가장 가까운 궤도가 낮은 에너지를 가졌다고 합니다. 즉, 가까울수록 더 큰 지배를 받는다는 말입니다. 이를 가장 가까운 궤도부터 K 껍질, L 껍질, M 껍질, N 껍질이라고 합니다.
그렇다면 이 껍질들 사이 전자들은 어떻게 이동할까요? 양자역학에 근거하여 확률적으로 양자도약을 하게 됩니다.
그런데 우리가 반지름이 작은 안쪽 전자들에게 에너지를 준다고 보면 에너지가 높아진 전자는 높은 확률로 높은 에너지의 궤도로 전이가 됩니다. 하지만, 이 상태는 불안정합니다. 자연계는 외부의 힘이 없다면 안정한 상태로 돌아가려고 합니다. 이 전자도 마찬가지입니다. 다시 원래의 안정된 상태로 돌아가려고 합니다. 이 안정된 상태로 돌아가려면 어떻게 해야 할까요? 먹은 걸 다시 돌려줘야 합니다. 그래서 전자는 에너지를 방출시키고 떨어집니다. 이때 에너지를 방출하는 방법은 경쟁 관계에 의해 오제전자 혹은 X선으로 방출을 합니다. 이때의 X선을 특성X선이라 합니다.
우리는 이 X선을 사용하게 되는것이구요.
그리고 한 가지 다른 방법은 전자가 클롱힘을 통해 궤도가 휘게 될 때 전자기파를 방출하는데 이때의 전자기파를 연속 엑스선이라고 합니다. 연속인 이유는 다양한 에너지를 가진 빛이 방출이 되기 때문입니다.
이 X선을 평소 사진 찍는 취미가 있던 뢴트겐이 부인의 손을 찍어내는 결과를 만들어 내었고 의료분야의 진단 분야에서 유용하게 활용이 되기 시작합니다.
원리
원리는 단순합니다.
X선은 우리의 눈이 보는데 사용하는 가시광선보다 투과성이 높습니다. 그렇기에 인체를 투과하여 그 결과물을 받아낼 수 있습니다.
그런데 투과를 하면서 X선은 상호작용을 합니다. 왜냐하면 물질과 상호작용을 하면 광전효과 혹은 컴프턴산란 또는 쌍소멸의 방법으로 에너지를 내주게 됩니다. 그럼 투과를 못 하게 되거나 하더라도 에너지가 낮은 X선이 나오게 됩니다. 그럼 X선 다발을 생각해보죠. 수천만 개가 지나간다고 생각해봅시다.
그렇다면 X선 다발은 상호작용으로 에너지 밀도가 줄어듭니다.
그런데 줄어드는 정도가 물질에 따라 다릅니다. 물질마다 밀한정도가 다르고 각각의 물질을 이루고 있는 원자들 또한 다르기 때문입니다.
따라서 물질이 밀할수록 그리고 주기율표상에서 원자번호가 클수록 통과하기 힘든 물질이 됩니다.
활용
우리가 해야 할 일이 무엇일까요? 이 줄어든 결과물을 분석하면 됩니다.
과거 우리는 필름지를 활용해 이 결과물을 분석했습니다.
이 부분은 의료분야 전공이 아니기 때문에 지금도 사용하는지는 잘 모르겠습니다. 허나 제가 본최근 병원들은 다들 이 방법을 사용하지는 않는 것 같았습니다.
X선을 흡수한 물질이 감광하여 흔적이 나타나는데 뼈와 살 중에 뼈가 더 많은 상호작용을 통해 투과성이 더 낮습니다. 그래서 흔적에 차이가 생기게 되고 이를 분석하는데 사용하게 됩니다.
최근에는 검출기를 사용합니다. 디지털 검출기로 투과한 X선을 검출기를 통해 전자를 방출시키게 해서 이 전자를 계측하여 감쇠된 정도를 비교하게 됩니다. 그 결과를 이미지화해서 컴퓨터로 보게 되는 겁니다. 이 방법은 방사선 검출기에서도 동일하게 사용되는 방법이기도 합니다. 의료용은 시각적인 분석을 위해 이미지화를 한 차이가 있지만요.
X선을 얻는 방법?
얻는 방법은 방사성동위원소 중에 X선을 방출하는 동위원소를 밀봉시켜 보관하고 적절한 필터를 활용해 X선만 방출하도록 만든 장치를 활용할수 있습니다. 하지만 이 방법을 활용하면 보관이나 관리에 있어 까다로운 단점이 있습니다.
또 다른 방법은 전자를 가속시켜 금속판(텅스텐)으로 보내 부딪히면 위에서 언급한 특성 X선이 방출이 되는데 이 X선을 활용하는 방법이 있습니다. 이 장치는 가동을 하지 않는다면 방사선이 안나오는 장점이 있습니다.
마치며..
X선을 이용한 가장 기본적인 이 진단 방법은 뼈가 부러지거나 금이 갔을 때 정확하게 진단하는데 도움을 줍니다. 정말 현대 인류에 없어서는 안될 장비 중 하나입니다. 그렇기에 X선을 발견한 뢴트겐과 장치를 개발한 공학자들과 이 장치를 가지고 분석해 아픈 곳을 진단해주는 영상의학과 의사분들에게 감사하게 됩니다.
다음시간에는 CT장비에 대해서 간략하게 소개하도록 하겠습니다.
“해당 포스팅에 사용한 이미지는 구글 이미지임을 알립니다.”
“해당 포스팅은 스팀잇에서 작성한 글을 옮긴 포스팅입니다.”
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