41. 감마카메라와 SPECT

지난 호에는 방사성의약품에서 방출되는 방사선을 탐지하는 장치와 가장 초보적인 영상화 장치인 스캐너에 대하여 이야기하였다. 이번 호에서는 실제로 현재 핵의학영상에 널리 사용되는 장치인 감마카메라에 대하여 이야기해 보자.

환자에서 나오는 감마선은 모든 방향으로 복사되어 나오는데 이를 특정 방향으로 나오는 것만 걸러 주어야 영상을 만들 수 있다. 이러한 작용을 하는 장치를 조준기(collimator)라고 한다. 가장 널리 사용되는 조준기는 납으로 된 판에다가 일정한 간격으로 평행하게 수많은 구멍을 뚫어 놓은 평행조준기이다. 환자의 몸에서 나온 감마선은 조준기를 지나면서 한쪽 방향으로만 지나가도록 걸러지게 된다. 이는 카메라나 눈의 렌즈와 같은 역할을 한다.

카메라의 필름이나 눈의 망막 혹은 디지털 카메라의 촬상소자(CCD 혹은 CMOS)의 역할은 감마카메라에서는 지난 호에서 이야기하였던 신틸레이션 탐지기의 원리를 사용하여 요드화나트륨 결정으로 구성된 결정판과 그 뒤에 배열된 광전증배관 (PM tube)이 한다. 지난 호에 이야기했던 것처럼 요드화나트륨 결정은 감마선을 받으면 빛을 방출한다. 따라서 감마카메라를 신틸레이션카메라라고도 한다. 실제로는 원자번호가 큰 탈륨을 소량 넣어서 빛을 방출할 확률을 높인다. 이렇게 나온 빛을 탐지하여 전기 신호로 바꾸어 주는 장치가 광전증배관이다. 이는 음극에 빛을 받으면 전자를 잘 방출하는 금속을 쓰고 단계적으로 전압을 높인 여러 단의 양극을 두어 음극에서 나온 전자가 차츰 증폭이 되도록 만든 진공관이다.

광전증배관에서 생성된 전기신호는 펄스 형태로 나타나는데 이는 신호를 키우기 위한 증폭기를 통과하여 컴퓨터에 입력된다. 이 때 펄스의 크기, 즉 전압은 감마선의 에너지에 비례하여 나타나므로 펄스의 전압을 알면 입사한 감마선의 에너지를 알 수 있고, 그러면 핵종이 무엇인지도 추정이 가능하다. 또한 파고분석기(Pulse Height Analyzer)를 이용하여 특정 전압을 가진 펄스만 측정하도록 조정하면 대체로 에너지가 낮은 백그라운드 방사능에 의한 펄스나 감마카메라 내부의 전기 장치에 의한 노이즈 등은 배제가 되므로 백그라운드가 낮은 깨끗한 영상을 얻을 수가 있게 된다.

걸러진 펄스가 컴퓨터에 입력이 되면 각 펄스의 좌표를 계산하고 각종 정량분석이나 영상화 프로그램을 거쳐 모니터에 영상으로 나타내게 된다. 과거에는 영상을 필름에 보내어 인화를 하여 흑백 영상을 출력하여 이를 질병의 진단에 주로 사용하였으나 현재는 PACS를 이용하여 모니터를 직접 보고 판독을 하든지 컬러프린터로 출력하는 경우가 많다.

감마카메라의 원리

SPECT의 종류

현재 널리 사용되는 감마카메라는 에너지가 140keV인 테크네슘-99m으로 영상을 얻는데 적당한데 이는 가장 널리 사용되는 방사성의약품이 테크네슘-99m을 사용하기 때문에 조준기를 이에 맞게 만들었기 때문이라고 볼 수 있다. 또한 에너지가 테크네슘-99m보다 훨씬 높은 감마선은 더 두꺼운 조준기를 사용하여야 하고, 요드화나트륨 결정을 투과할 확률이 더 높아져서 측정효율도 떨어진다. 측정효율을 높이기 위하여 더 두꺼운 요드화나트륨 결정을 사용하면 영상의 분해능이 떨어진다. 따라서 요드화나트륨이 아닌 다른 결정을 사용해야 하는데 그럴 경우 가격이 매우 높아진다. 현재 요드화나트륨이 아닌 다른 결정을 사용한 감마카메라는 실용화된 것이 없다.

원래 감마카메라는 평면영상을 얻는데 사용하는 것이지만 이를 환자 둘레로 돌아가면서 영상을 찍은 다음 그 영상을 컴퓨터로 재구성하면 단층영상이나 입체영상을 얻을 수가 있다. 이러한 방법을 '단일광자단층촬영(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)'이라고 한다.

감마카메라 한대로 360도 방향을 모두 촬영하려면 시간이 오래 걸리므로 2대의 감마카메라를 장착한 이중SPECT, 3대의 감마카메라를 장착한 삼중SPECT 등이 보급되었고, 두뇌부분을 360도 방향에서 모두 촬영할 수 있는 두뇌전용 SPECT도 개발이 되었다. 그런데 심장을 촬영할 경우 오른쪽은 촬영할 필요가 없으므로 이중SPECT의 카메라를 수직으로 배치하여 촬영을 하면 매우 효율적으로 촬영이 가능하여 현재는 이중SPECT가 가장 널리 보급이 되고 있다.

2005년 2월 14일