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문제 정의
- 이 논문에서는 현재 활발하게 연구개발 중이거나 사용하고 있는 소동물 핵의학 영상기기 현황을 논하고자 한다.
- 지금까지 본 논고에서 방사성의약품의 분포 연구 및 신약품개발, 유전자 발현이나 치료, 암 진단, 질병의 동물 모델 연구 등에 필요한 소동물 핵의학 영상기기를 소개하였다. 앞으로 소동물 핵의학 영상기기는 고밀도의 섬광결정 및 CZT, APD와 같은 슬림형 고효율의 반도체 검출소자, 반응깊이 검출 기술, 고속 데이터처리 회로의 개발로 공간분해능, 민감도 정량적 정확도 진단성능, 소형화, 경제성을 향상하는 방향으로 발전할 것이다.
제안 방법
- 5, 1, 2, 3 mm)을 목적에 맞게 선택적으로 사용할 수 있다. 좌우 한 쌍의 검출기를 사용하여 180도 회전만으로 360도 영역의 데이타를 얻을 수 있도록 하여 영상획득 시간을 줄이고 민감도를 높일 수 있도록 하였다.한 개의 검출기는 22 mmx22 mm 검출영역을 가지는 Hamamatsu R5900을 배열하여 구성하였다.
- V imager%는 15~ 250 keV 에너지에 해당하는 모든 방사선원을 영상화 할 수 있도록 6가지 종류의 다양한 평행구멍 조준기를 설계하였고 이를 마우스용 및 렛용으로 구분하여 목적에 맞게 사용할 수 있도록 제작되었다. 고분해능 영상획득 목적의 구멍지름 1.
- 8 cm 지름의 원형으로 배열된 형태이다. 섬광결정의 서로 다른 감쇠시간(LGSO: 40 ns, GSO: 60 ns)을 측정하여 반응이일어난 섬광결정을 구별하는 방법을 사용한다. 스캐너 중심에서의 공간분해능은 2 mm, 민감도는 1.
- 성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 핵의학과에서 한 쌍의 검출기 모듈을 이용한 고분해능 소형 PET을 개발하였다. 검출기모듈은 2 mm><2 mmxlO mm 픽셀의 12x12 배열형 LSO와 PSPMT로 구성되었고 중심에서 1.
- 32) PET 검출기는 LSO 배열형 섬광 결정과 4 m 길이의 광섬유 다발을 통해 연결된 다채널 PSPMT로 구성되어, 영상획득 시에 섬광결정은 MRI 자석 내에, 광증배관은 자기장으로부터 차폐된 외부에 설치할 수 있도록 제작하였다. 소동물용 고분해능 섬광카메라를 개발한 미국 Jefferson 연구소에서는 소동물용 SPECT/CT 융합 시스템을 개발하였다(Fig.
대상 데이터
- A-SPECT™는 2 mmx2 mmx6 mm 크기의 배열형Nal(Tl) 섬광결정을 사용하였으며 위치민감형 광전자증배관(Position Sensitive Photomultiplier Tube: PSPMT)을 검출기로이용한다. 바늘구멍조준기를 사용하고 구멍부위는 텅스텐 물질로 제작하였으며 크기가 다른 바늘구멍(0.
- 좌우 한 쌍의 검출기를 사용하여 180도 회전만으로 360도 영역의 데이타를 얻을 수 있도록 하여 영상획득 시간을 줄이고 민감도를 높일 수 있도록 하였다.한 개의 검출기는 22 mmx22 mm 검출영역을 가지는 Hamamatsu R5900을 배열하여 구성하였다. 이 검출기의 최대 시야는 130 mm X130 mm 이며 유효시야는 이보다 약간 작다.
- 3). 여러 개의 PSPMT를 배열하여 제작한 A-SPECT™와 달리 시야가 100 mm인 Hamamatsu R3292 한 개의 PSPMT로 검출기를 구성하였다. 평행구멍조준기를 사용하여 고분해능과 동시에 고민 감도 영상을 얻을 수 있기 때문에 동적영상 획득이 용이하다.
- 이탈리아 Ferrara 대학에서 개발한 YAPPETee 30 mm 두께의 배열형 YAP 섬광결정을 사용하였고, 공간분해능은 TierPET과 비슷하며, 민감도는 50 keV의 낮은 에너지창 설정을 통하여 1.7%의 높은 값을 얻었다(Fig. 9B). 4개의 검출기 모듈 중 2개의 검출기 모듈에 조준기를 부착시켜, SPECT 영상과 PET 영상을 동시에 측정할 수 있다.
- 미국 Indiana 대학에서 개발한 소형동물 영상용 PET인 IndyPETee 회전형 겐트리에 부착된 2개의 검출기 모듈로 구성되어 있다(Fig. 10A). 두 모듈의 거리는 22 cm에서 42 cm까지 조절이 가능하고 각각의 모듈에는 8개의 Siemens/CTI HR 검출기 블록이 들어있다.
- 두 모듈의 거리는 22 cm에서 42 cm까지 조절이 가능하고 각각의 모듈에는 8개의 Siemens/CTI HR 검출기 블록이 들어있다. 각각의 검출기 블록은 7x8 배열형 섬광 결정과 4개의 PMT로 구성되어 있고, 중심에서 2.8 mm의 공간분해능을 가지며, 시야는 횡축방향으로 18 cm, 종축방향으로 5 cm이다. 현재는 4개의 검출기 모듈을 이용한 고민감도의 시스템으로 개선되었다
- 12A). 이 스캐너는 단면적 2 mmx2 mm, 두께 7 mm의 LGSO와 두께 8 mm의 GSO 섬광결정 두 층으로 이루어진 9x9 배열형 섬광결정과 PSPMT로 구성된 검출기 모듈 18개가 11.8 cm 지름의 원형으로 배열된 형태이다. 섬광결정의 서로 다른 감쇠시간(LGSO: 40 ns, GSO: 60 ns)을 측정하여 반응이일어난 섬광결정을 구별하는 방법을 사용한다.
- Crystal Clear CoUaboration (CCC) 에서 개발중인 Clear-PET18'19^ 4개의 링으로 구성된 지름 11.4 cm의 시스템으로 검출기 모듈은 2 mmx2 mmxlO mm 픽셀의 LSO와 LuYAP 두 층으로 이루어진 8×8 배열형 섬광결정과 64 채널 PSPMT로 구성되어 있다(Fig. 12B). 반응 깊이 측정을 통하여 스캐너 시야 내에서 균일하게 고분해능을 얻을 수 있는 시스템으로 섬광 결정의 감쇠 시간의 차이에 의해 발생하는 출력 신호의 파형 변화를 분석하여 반응이 일어난 섬광결정을 판별한다.
- 모듈을 이용한 고분해능 소형 PET을 개발하였다. 검출기모듈은 2 mm><2 mmxlO mm 픽셀의 12x12 배열형 LSO와 PSPMT로 구성되었고 중심에서 1.6 mm의 공간분해능과 0.12% 의 민감도 성능을 나다내었다. Fig.
- 캐나다의 Sherbrooke 대학에서 3 mmx5 mmx20 mm 크기의 BGO 섬광결정과 APD로 구성된 512개의 검출기를 원형 배열한 소동물 PET26)을 개발하였다. 10 mm의 종축시야와 120 mm 의 횡축시야를 가지며, 2.
- 19A).331 SPECT 시스템은 PSPMT와 배열형 CsI(Tl) 섬광결정으로 엑스선 CT는 5 cm의 시야를 갖는 소형 형광투시 엑스선시스템 (fluoroscopic x-ray system) 으로 구성되었다. 감마선 검출기와 엑스선 선원 및 검출기는 18 cm의 지름을 갖는 겐트리에 부착되어 SPECT/CTe 결합된 단층영상을 획득한다.
- 331 SPECT 시스템은 PSPMT와 배열형 CsI(Tl) 섬광결정으로 엑스선 CT는 5 cm의 시야를 갖는 소형 형광투시 엑스선시스템 (fluoroscopic x-ray system) 으로 구성되었다. 감마선 검출기와 엑스선 선원 및 검출기는 18 cm의 지름을 갖는 겐트리에 부착되어 SPECT/CTe 결합된 단층영상을 획득한다.
성능/효과
- 2는 A-SPECT™로 획득한 정상 마우스의 99mTc-MDP 영상과 유방암 발현 마우스의 f-Sestamibi 영상이다. 예시한 등뼈 및 암조직 영상에서 1 mm FWHM 분해능에 근접하는 고분해능 실험영상 획득이 가능함을 볼 수 있다.
- 또한 APD array는 양자효율이 PSPMT에 비해 월등히 높다 Fig. 15에서 보면 Hamamatsu R7600 PSPMT는 가장 높은 양자효율이 400 nm 영역에서 약 20%에 불과한 반면 Hamamatsu S8550 APD array는 400 nm 영역에서 70% 가까이 되는 것을 확인 할 수 있다.25) 600-700 ran 파장 영역에서는 약 85%에 해당하는 양자효율을 얻을 수 있다.
- 15에서 보면 Hamamatsu R7600 PSPMT는 가장 높은 양자효율이 400 nm 영역에서 약 20%에 불과한 반면 Hamamatsu S8550 APD array는 400 nm 영역에서 70% 가까이 되는 것을 확인 할 수 있다.25) 600-700 ran 파장 영역에서는 약 85%에 해당하는 양자효율을 얻을 수 있다.
- 16B). 이 기기는 1.5 mm FWHM의 높은 공간분해능 성능을 가지며 마우스 심근영상 재구성 결과 심근이 뚜렷이 구분되었다. 현재, MAD-PET 검출기를 바탕으로 두층 APD 모듈을 이용한 원형 스캐너가 개발 중에 있다.
- 반도체 검출기 중 감마선을 직접 검출하는 방식으로 CZT 검출기가 가장 일반적으로 사용되고 있다. 이 검출기는 상온에서 낮은 누설전류 특성이 있기 때문에 별도의 냉각장치 없이 실내온도에서 사용할 수 있는 장점을 가질 뿐만 아니라, 우수한 감마선검출능력과 빠른 응답특성을 보이며, 최근에는 여러 개의 CZT 배열을 사용하여 위치검출 및 영상화가 가능하게 되어 섬광체와 PSPMT를 한꺼번에 대체할 수 있는 고성능 검출기로 부각되고있다.23,24) Fig.
후속연구
- 광다이오드 및 애벌란시 광다이오드(Avalanche Photodiode; APD)는 가시광선을 검출하며, Cadmium-Zinc- Telluride (CdZnTe; CZT), Si(Li), HPGe, PIN, Hglz, CdTe,GaAs, Pblz 등은 감마선을 직접 검줄하는 부류이다. 현재 두 가지 방식 모두 활발하게 연구되고 있으며, 향후 연구 발전이 더 진행되어야 할 과제이다. 이러한 여러 종류의 반도체 검출기 대부분은 잡음특성 때문에 상온에서 사용하지 못하고 액체질소를 이용하여 낮은 온도로 냉각 시켜야 하기 때문에 큰 부피의 주가 적 냉각장치 관리가 수반되는 불편함이 있었다.
- 필요한 소동물 핵의학 영상기기를 소개하였다. 앞으로 소동물 핵의학 영상기기는 고밀도의 섬광결정 및 CZT, APD와 같은 슬림형 고효율의 반도체 검출소자, 반응깊이 검출 기술, 고속 데이터처리 회로의 개발로 공간분해능, 민감도 정량적 정확도 진단성능, 소형화, 경제성을 향상하는 방향으로 발전할 것이다. 또한,대표적인 영상기기인 PET, SPECT, CT, MRI 시스템 등을 2개또는 그 이상 융합하여 각 영상기기의 장점을 취하는 융합형 영상기기의 발전이 예상된다.
- 폭 넓게 이루어져야 한다. 고민감도 고분해능의 소동물 핵의학 영상기기의 발전은 진단 영상기기 기술 및 핵의학 발달과 더불어 여러 분야의 유기적 학문연결 및 발전에 기여할 것이며, 더욱 다양하고 정확한 소동물 연구를 가능하게 하여 기초 과학 및 의학 연구발전에 많은 공헌을 할 것이다.
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