40. 방사성의약품 탐지법

지금까지 방사성의약품에 대하여 이야기를 하였는데 잠시 방향을 바꾸어 보자. 방사성의약품을 사용하려면 이를 탐지할 수 있어야 한다. 방사성의약품의 탐지는 방사성의약품에서 방출되는 방사선을 탐지함으로써 이루어진다. 방사선은 각종 물질에 부딪히면 전자를 퉁겨내어 그 물질을 이온화 또는 여기시킨다. 이렇게 이온화 또는 여기된 물질의 전기적인 혹은 분광학적인 특성을 이용하여 이를 전기 신호로 바꾸어 주면 방사선을 탐지할 수가 있다.

방사선에 의하여 이온화 또는 야기되는 물질은 공기, 반도체, 유기용매, 이온성 용액, 각종 결정체, 필름 등 수 많은 종류가 있는데 가장 기본적인 것은 공기이다.

두 개의 전극 사이에 있는 공기는 방사선에 의하여 이온화가 되면 전극에 전압을 걸어서 이온을 포집할 수가 있고, 이 때 전기신호로 쉽게 전환이 가능하다. 이러한 방사선 탐지기를 통틀어 '기체탐지기'라 부른다.

기체탐지기는 여러 가지 종류가 있어서 전극에 가해 주는 전압이 낮은 것부터 전리함, 비례계수관, G-M계수관으로 나눌 수 있는데, 가해주는 전압이 높을수록 방사선을 더 민감하게 탐지할 수 있다. 가장 민감도가 낮은 탐지기인 전리함은 비교적 높은 방사능을 측정하는데 사용할 수 있다. 병원의 핵의학과에서 테크네슘 제너레이터에서 얻은 테크네슘의 방사능이나, 사이클로트론에서 생산한 각종 방사성의약품의 양, 환자에 투여하기 위하여 주사기에 취한 방사성의약품의 방사능 등을 측정하는데 널리 사용한다. 가장 민감도가 높은 G-M계수관은 크기가 작고 가벼워 들고 다니면서 적은 양의 방사능이 오염된 곳이 있는지 탐지하는데 널리 사용한다. 따라서 가장 널리 보급되어 있는 방사선 탐지기라 볼 수 있다. 비례계수관은 방사선의 에너지에 비례하여 전기 신호의 크기가 달라지므로 에너지를 구별한 방사능 측정이 가능하다. 이는 정밀한 전기장치를 사용하므로 크기가 크고 가격이 비싸 특수한 장비에 부착하여 사용하는 경우가 많아서 비교적 드문 장비이다.

기체탐지기는 방사선이 밀도가 낮은 기체를 이온화를 시켜야 탐지되므로 투과성이 강한 감마선 같은 경우는 기체를 이온화 시키지 않고 통과할 확률이 높아 측정효율이 떨어진다. 따라서 밀도가 높은 탐지기를 사용하면 감마선 측정 효율을 높일 수 있다. 반도체 탐지기는 반도체가 방사선을 받으면 내부 전자가 떨어져 나와 이온화가 되어 전압을 걸어주면 전기 신호로 바꿀 수가 있다. 따라서 기본적으로 기체 탐지기와 원리가 같다고 할 수 있다. 가장 널리 사용되는 반도체는 게르마늄인데 최근에는 CdZnTe(CZT) 탐지기가 개발이 되었다. 이러한 반도체 탐지기는 기체에 비하여 밀도가 훨씬 높기 때문에 감마선처럼 투과력이 강한 방사선도 높은 효율로 탐지하는 장점이 있다. 반도체 탐지기의 가장 큰 특징은 에너지 분별력이 강하다는 것이다. 그래서 백그라운드 방사능이 높은 곳이나 여러 가지 동위원소가 섞여 있을 경우도 특정 방사성동위원소를 탐지해 낼 수가 있다. 내가 미국 NIH에 있을 때 실험을 하다가 아주 미량의 방사성요드가 실험복에 묻었는데도 게르마늄 탐지기로 정확하게 탐지해내는 것을 보고 놀랐던 적이 있었다. 다른 탐지기로는 그 것이 백그라운드인지 아닌지 알 수가 없을 정도로 미량의 방사능이었던 것이다. 앞으로 반도체 탐지기는 더욱 더 발전을 하여 핵의학 발전에 크게 기여할 것으로 보인다.

신틸레이션 탐지기는 방사선을 받아서 빛을 내는 물질을 사용하는데 핵의학에서 가장 널리 사용되는 것은 요드화나트륨 결정이다. 이는 맑은 결정으로서 감마선을 받으면 빛을 발생하므로 신틸레이션 탐지기라고 부른다. 이렇게 감마선이 부딪혀 반짝하고 방출된 빛은 그 뒤에 있는 광전증배관이라고 하는 진공관에 들어가고 거기서 전기 신호로 바뀌게 된다. 신틸레이션 탐지기는 밀도가 높아서 높은 효율로 감마선을 탐지할 수가 있어서 미량의 감마선을 탐지하는데 널리 사용을 한다. 또한 감마선을 더 높은 효율로 빛으로 전환시키기 위하여 탈륨을 소량 넣어 준다. 감마선의 에너지가 높으면 투과력도 높아지기 때문에 요드화나트륨 결정을 사용하여도 투과하여 버리는 감마선의 양이 많아진다. 따라서 에너지가 매우 높은 감마선을 탐지하려면 더 밀도가 높은 신틸레이션 탐지기를 사용하는데 BGO, LSO, GSO 등의 탐지기가 개발되어 있다. 이러한 새로 개발된 탐지기들은 가격이 비싸다는 흠이 있다.

지금까지 이야기한 방사선탐지기들은 방사성동위원소의 양을 측정할 수가 있지만 핵의학  영상을 만들 수는 없다. 핵의학 영상을 만들기 위하여 가장 먼저 개발된 것은 리니어스캐너이다. 이는 감마선 탐지기로 방사성의약품을 투여한 환자에서 나오는 방사선을 스캔 할 수 있도록 만든 장치로서 탐지기의 출력단에 방사선신호가 올 때마다 종이에 잉크를 찍어 줄 수 있는 장치를 하여 스캔한 정보로 종이에 그림을 그리도록 만든 장치다. 이는 방사성의약품 투여 환자의 영상을 얻기 위하여 사용된 최초의 획기적인 장치였다. 그러나 요즈음은 스캔 하는 시간이 너무 오래 걸리고 영상의 질도 떨어져서 사용하지 않는다.

2005년 1월 31일