인공방사성 동위원소의 종류와 특징

저번 글에선 방사선 치료에 주로 사용되었던 라듐에 대해 알아보았습니다. 하지만 과거 방사선 치료에 널리 사용되었던 라듐은 인체에 유해한 라돈 가스 방출, 밀봉 용기 내 압력 증가, 온도에 따른 내압 변화 등 여러 문제점을 안고 있었습니다. 이러한 문제점을 해결하고, 보다 안전하며 효과적인 치료를 위해 다양한 인공 방사성동위원소가 개발되어 라듐을 대체하게 되었습니다. 이번 글에서는 Cs-137, Co-60, Ir-192, Au-198, I-125, Pd-103, P-32, I-131 등 라듐을 대체하기 위해 개발된 주요 인공 방사성동위원소들의 특징과 임상적 활용에 대해 자세히 살펴보고, 각 동위원소가 가진 장단점과 실제 치료 적용 사례를 통해 방사선 치료 분야에서의 역할과 중요성에 대해 알아보겠습니다. 더 나아가, 이러한 인공 방사성동위원소들이 라듐에 비해 가지는 안전성, 효율성, 그리고 환자 맞춤형 치료 가능성에 대해 심층적으로 분석하여 현대 방사선 치료의 발전에 기여한 바에 대해 알아보겠습니다.

 

인공방사성 동위원소의 종류와 특징

 

Cs-137 (세슘-137)

 

 

Cs-137은 조직 내 조사 또는 강 내 조사에서 라듐 대신 사용되는 대표적인 인공 방사성동위원소입니다. 용해성이 없는 가루나 ceramic microsphere 형태로 스테인리스 스틸 바늘이나 튜브에 봉입 되어 사용됩니다. 라듐에 비해 반감층(HVL)이 낮아 차폐가 용이하고, ceramic microsphere 형태로 제작되어 위험성이 적다는 장점이 있습니다. 약 30년의 긴 반감기를 가지고 있어 연간 약 2%의 방사능 감소율을 보이며, 임상적으로 약 7년 정도 선원 교체 없이 이용할 수 있습니다. Cs-137은 0.662 MeV의 감마선을 방출하며, 베타 붕괴를 통해 137Ba로 변환됩니다. 이후 Barium-137(준안정 상태)는 붕괴하면서 93.5%의 감마선을 방출합니다. 방사선 치료에는 이러한 감마선만을 사용하기 위해 베타선과 저에너지 특성 X선은 스테인리스 스틸 밀봉 용기에 흡수되도록 설계합니다. Cs-137에서 방출되는 감마선의 투과력은 조직 내에서 226Ra과 거의 유사하며, 심부 선량 또한 유사한 것으로 보고되었습니다. 다만, Cs-137은 단일 파장의 감마선을 방출하는 반면, 라듐은 다양한 에너지 범위의 감마선을 방출하므로 여과에 따른 차이가 발생할 수 있습니다.

 

 

Co-60 (코발트-60)

 

 

Co-60은 비방사능이 큰 고선량률 선원으로, 선원의 크기가 매우 작아 주로 remote after-loading 방식의 근접 치료에 사용됩니다. 그러나 높은 에너지에 대한 차폐 문제, Cs-137보다 높은 가격, 짧은 반감기(5.26년)로 인한 빈번한 교체 등의 문제로 인해 최근에는 사용 빈도가 낮아지고 있습니다. Co-60 선원은 보통 백금-이리듐 합금(Pt-Ir) 또는 스테인리스 스틸로 봉입 되어 와이어 형태로 제작됩니다.

 

 

Ir-192 (이리듐-192)

 

 

Ir-192는 최근 근접 치료 분야에서 이용이 증가하는 추세입니다. 이리듐은 74.2일의 반감기를 가지며, 최대 에너지 0.67 MeV의 베타선과 0.136~0.613 MeV 범위의 11가지 감마선을 방출합니다. 대부분의 베타선은 스테인리스 스틸 캡슐에 의해 제거되며, 평균 감마선 에너지는 0.38 MeV이고, 납 반감층은 3mm입니다. 이리듐 선원은 보통 직경 0.5mm, 길이 3mm의 시드(seed) 형태로 제작됩니다. 이리듐 시드를 함유한 나일론 리본은 시드 간격, 리본 길이, 시드 방사능 등으로 특성이 결정됩니다.

 

 

Au-198 (금-198)

 

 

Au-198은 64.7시간의 짧은 반감기를 가지며, 약 0.412 MeV의 감마선을 방출합니다. 보통 시드나 그레인 형태로 제작되며, 짧은 반감기 때문에 영구 자입(permanent implant)에 적합합니다. Au-198은 완전히 붕괴한 후 조직에 부작용이 없기 때문에 영구적으로 삽입할 수 있습니다. 과거에는 영구 자입에 라돈을 사용했으나, 현재에는 대부분 금으로 대체되고 있습니다. 이는 라돈이 다양한 스펙트럼의 감마선을 방출하여 방사선 안전에 문제가 있지만, Au-198은 단지 3개의 감마선(최대 에너지 0.412 MeV)만을 방출하여 방사선 안전성이 높고 개인 피폭 선량을 감소시킬 수 있기 때문입니다. 또한, 라돈은 붕괴 후 딸핵종으로부터 감마선을 방출하는 문제점이 있지만, Au-198은 붕괴 후 방사능이 없어 이러한 문제가 없습니다.

 

 

I-125 (아이오딘-125)

 

 

I-125는 보통 시드 형태로 제작되어 영구 자입뿐 아니라 일시 자입에도 사용합니다. 반감기는 59.6일이며, 0.05mm 티타늄으로 싸여 있고, 0.0274~0.0355MeV의 X선을 방출합니다.

 

 

Pd-103 (팔라듐-103)

 

 

Pd-103의 반감기는 17일입니다. I-125와 비슷한 방법으로 선원을 밀봉하며, 평균 에너지 0.021 MeV의 X선을 방출합니다.

 

 

P-32 (인-32)

 

 

P-32는 주로 치료 목적으로 만들어지며, 반감기는 14.3일이고 최대 1.71 MeV의 베타선을 방출합니다.

 

 

I-131 (아이오딘-131)

 

 

I-131은 감마선과 베타선을 모두 방출합니다. 최대 0.723 MeV의 베타선 에너지뿐만 아니라 다양한 영역의 에너지가 방출되기 때문에 사용 시 주의가 필요핳ㅂ니다.