42. 양전자단층촬영법

양전자는 양전자 방출 핵종에서 방출되어 나오자마자 음전자와 결합하여 소멸하면서 두개의 511keV의 방사선을 정반대 방향으로 방출한다. 따라서 양전자 방출 핵종은 얼핏 생각하기에 감마선 촬영장치인 감마카메라나 SPECT를 사용하여 촬영하면 될 듯하지만 실제로는 별로 좋은 영상을 얻지 못한다.

이는 소멸반응에서 나오는 방사선이 테크네슘-99m보다 훨씬 높은 에너지를 가지고 있어서 일반적으로 테크네슘-99m을 촬영하기에 적당한 감마카메라로는 효율이 떨어질뿐더러 조준기도 적절하지 못하기 때문이다.

이를 촬영 할 수 있는 감마카메라를 제작하려면 요드화나트륨 결정의 두께를 매우 두껍게 해야 하고 또한 조준기도 두꺼우면서 구멍의 간격이 커야 한다. 요드화나트륨 결정의 두께를 두껍게 할 경우 영상의 품질인 해상력이 떨어지고 조준기 구멍 간격을 늘이면 이를 통과할 수 있는 방사선의 효율이 떨어지므로 영상이 매우 나빠지게 된다. 따라서 양전자 방출 핵종을 이용한 영상법은 다른 방법을 사용해야 한다.

PET의 원리
양전자 소멸반응에 의하여 나온 방사선이
동시에 두개의 탐지기에 잡혀서
컴퓨터에 들어간 다음 영상으로 되어 나온다.

양전자에서 방출되는 방사선은 두개로서 정반대 방향으로 방출된다는 점에 착안하여 만든 영상법이 양전자단층촬영(Positron Emission Tomography: PET)이다. 동시에 방출된 방사선은 환자의 주위를 둘러싸고 있는 방사선 탐지기에 동시에 탐지되어 전기신호로 변하고 컴퓨터에서 영상을 만들게 된다. 이때 하나의 탐지기에만 신호가 잡히면 이는 버리고 두개의 방사선 탐지기에 동시에 탐지된 신호만을 선택하여 영상을 만드는데 이렇게 하는 것을 동시탐지법(coincidence detect)이라 한다. 동시탐지법을 사용하면 양전자의 소멸반응에 의하여 생긴 두개의 방사선 중 하나가 다른 물질에 부딪혀 촬영기 밖으로 나가 버려 하나만 탐지된 방사선이나, 촬영기 내의 전기적인 잡음에 의하여 생긴 노이즈 같은 것을 제거하여 깨끗한 영상을 얻을 수가 있다. 게다가 감마카메라와 같은 조준기도 필요가 없어서 높은 효율로 영상화가 가능하다.

소멸반응에 의하여 생긴 방사선은 에너지가 511keV로 높아서 감마카메라처럼 요드화나트륨을 이용한 탐지기를 사용할 경우 결정의 두께가 두꺼워져야 하는데 그러면 해상도가 떨어지게 된다. 따라서 요드화나트륨보다 밀도가 높아서 에너지가 높은 감마선도 잘 탐지할 수 있는 결정을 사용하는 것이 좋다. 이런 목적으로 개발되어 가장 널리 사용된 것이 BGO 결정으로서 요드화나트륨보다 여러 가지 장점이 있지만 가격이 비싼 단점이 있다. 그래서 PET 촬영기의 가격은 SPECT 촬영기의 가격보다 5배 이상 비싸다. 최근에는 BGO보다 더 효율이 좋은 LSO, GSO 등의 탐지기들이 개발되어 PET의 성능이 더욱 더 향상되었다. 그러나 이러한 신제품들은 가격이 더 비싸다는 단점이 있다. 외국에서는 신틸레이션 탐지기가 아닌 반도체 탐지기를 이용한 PET 촬영기도 연구 중인데 이러한 연구가 성공하게 되면 해상도가 획기적으로 개선될 것이다.

PET은 모든 장기가 다 보이지는 않고 암이나 심장과 같은 특정 부위만 밝게 나타나게 된다. 따라서 암 조직이 PET으로 발견이 되어도 그 부분이 정확하게 인체의 어느 부분인지 알아내기 어려운 경우가 많다. 따라서 인체의 모든 장기가 다 나오는 CT나 MRI도 촬영하여 비교하게 되는데, 이렇게 촬영한 영상들을 컴퓨터로 계산하여 서로 겹쳐 보이게 만들면 PET에서 보이는 부위가 실제로 인체의 어느 부위인지 정확하게 알 수가 있다. 그러나 이러한 작업은 노력과 시간이 많이 들기 때문에 PET과 CT를 같이 붙여서 한꺼번에 촬영할 수 있도록 한 PET-CT가 개발이 되어 PET을 이용한 진단에 큰 진전이 있었다. 앞으로는 PET-MRI도 개발이 될 것으로 기대된다.

PET으로 사람을 촬영하려면 장비가 매우 커야하고 값비싼 탐지기도 많이 들어가야 하므로 가격이 비싸지만 흰쥐처럼 작은 동물 전용으로 만들면 훨씬 적은 재료비로 만들 수가 있다. 이러한 동물용 PET은 과거에는 수요가 거의 없어서 제작이 되지 않다가 최근에는 PET 연구의 활성화와 더불어 수요가 크게 늘어 제품으로 나오기 시작하였다. 실제로 앞으로는 사람보다는 동물을 PET으로 촬영하는 연구가 훨씬 더 증가할 것으로 보이므로 제작이 비교적 쉬운 동물용 PET 연구가 더욱 더 활성화를 띠게 될 것이다.

2005년 2월 21일