[논문]차세대 융합의료영상시스템 PET-MRI의 기술동향

이재성; 송인찬; 홍성종

차세대 융합의료영상시스템 PET-MRI의 기술동향
Trends in PET-MRI Technology, Next-Generation Hybrid Medical Imaging System 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.25 no.1 = no.202, 2008년, pp.63 - 71

이재성 (서울의대 핵의학교실, 의과학과 및 방사선의학연구소) , 송인찬 (서울대병원 영상의학과 및 방사선의학연구소) , 홍성종 (서울대의대방사선의학연구소)

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문제 정의

양 전자방출 핵종의 원자핵에서 방출된 양전자가 물질 내의 전자와 결합하면 2개의 511 keV 감마선을 거의 180º로 방출하는 데 이를 검출하여 양전자가 방출된 핵의 위치를 알아내는 것이 PET 의기 본 원리이다. 감마선을 검출하기 위해서는 BGO, LSO, LGSO, LYSO 와 같은 섬광결정을 사용하며, 섬광결정에서 발생된 섬광빛은 광전증 배관 또는 광다이오드에 의해전기신호로 바뀌며, 신호처리장 치는 2개의 감마선을 동시에 검출한 신호를 판별해 낸다.
이 종설에서는 PET 과 MRI 의 기본 원리 및 기술 동향에 알아보았으며, 현재 활발하게 그 연구가 진행되고 있는 일체형 PET-MRI 에 대한 연구개발 동향에 대하여 알아보았다. 반도체 광전소자를 이용하여 동시영상획득이 가능한 PET-MRI 에 대한 연구가 활발하나 선진국에서조차 초기 개발단계에 있는 실정이다.
높아지고 있다. 이에 본 논문에서는 PET 과 MRI 의 기본 원리 및 현재 기술 동향에 대하여 소개하고, 일체형 PET-MRI 의 연구개발 현황 및 전망에 대하여 개괄하고자 한다.

가설 설정

-신호 상승 시간이 빨라 시간 분해능이 우수하다.
-온도나 장기간 동작 특성이 우수하다.

제안 방법

이러한 PET-CT는 특히 공간 해상력이 낮고 해부학적 정보가 상대적으로 적은 PET 영상에서 발견된 병변의 정확한 위치와 크기를 CT 를 통해서 알 수 있는 진단적 장점이 있다.' 또한, 정량적으로 정확한 PET 영상을 얻기 위하여 필수적인 인체에 의한 감마선의 감쇠 보정 (attenuation correction)을 별도의 감마선 투과스캔(transmission scan) 없이 CT 영상을 이용하여 시행함으로써 PET 촬영시간을 획기적으로 줄일 수 있게 되었다.
원리이다. 감마선을 검출하기 위해서는 BGO, LSO, LGSO, LYSO 와 같은 섬광결정을 사용하며, 섬광결정에서 발생된 섬광빛은 광전증 배관 또는 광다이오드에 의해전기신호로 바뀌며, 신호처리장 치는 2개의 감마선을 동시에 검출한 신호를 판별해 낸다. PET 에서 사용되는 양전자를 방출시키는 대표적인 핵종으로는 1SF, nC, 13N와 , 50 등이 있으며, 이들 핵종으로 인체의 대표적 구성물질인 'H, 12C, 14N와 160 등을 대체시킨 방사성 추적자를 생산하여 사용한다.

성능/효과

연구하기 위해 제작되었다." 또한 동일 연구진에 서 PET-MRI 를 위한 APD-PET 을 개발하고 있으며, PET 링을 RF 코일 안쪽과 바깥쪽에 두는 두 가지 방법을 고려하고 있는데 MRI 자장과 RF 가없는 상태에서는 15% 에너지 분해능을, 4 T 의 MRI 자장과 RF 가 가해진 상태에서는 16% 에너지 분해능을 얻었다.12
특히 폐회로를 이루는 도체 내에는 열린 회로를 이루는 도체보다 훨씬 큰 전류가 유도된다. PET 에 통상 사용되는 대부분의 물질이 MRI 에큰 영향을 줄 정도는 아니지만 최근 APD 를 이용한 PET 시스템을 7T MRI 에서 시험한 결과 PET 전자장치로 인하여 MRI 의 신호 대잡음비가 크게 감소할 수 있음을 보여주는 연구결과가 발표되었다. 9 이는 가능한 한 최소한의 PET 전자장치를 MRI 내에 위치시킬 필요성으로 인해 신호증폭율이 큰 GAPD 가 APD 보다 유리할 수 있음을 보여주는 것이다.
이러한 고자 장의 MRI 가 개발되면서 보다 깨끗한 영상과 정밀한 영상을 획득할 수 있게 되고 영상 단면의 공간적 해상력을 향상시킬 수가 있었으며, 또한 높아진 신호감도로 인하여 촬영 시간을 대폭 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있게 되었다. 또한 자장의 세기 증가를 위해 고가의 액체 헬륨을 사용해야 하는 극저온 초전도체를 대신하여 액체질소만으로 운전이 가능한 저온 초전도체의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

후속연구

Zaidi 등은 MR 영상 분할을 통하여 PET 감쇠보정 하는 방법을 개발하였는데 PET 영상과 공간적으로 정합(registration)된 MR 영상을 공기, 연조직, 뼈 등의 여러 영역으로 분할한 후 분할된 영역에 따라 미리 정의된 감쇠계수를 할당하여 MR 영상에 기반한 감쇠지도를 얻었다.16 같은 연구진은 MR 표준지도(standard template)를 이용한 감쇠보정 방법을 제안하였는데 이 또한 PET-MRI 에서 적용할 수 있는 보정 방법으로 생각된다" 즉, PET/MR 영상에서 개개인의 MR 영상을 얻을 수 있을 것인데, 이 MR 영상을 MR 표준지도로 공간 정규화(spatial normalization) 시킨 다음, 이때 얻은 공간 정규화 변수들을 역변환하여 표준 감쇠 지도에 적용하면 개개의 PET 영상을 감쇠 보정 할 수 있는 감쇠지도를 얻을 수 있을 것이다.
그러나 이러한 MR 영역 분할이나 표준지도를 이용한 감쇠 보정 기법들은 비교적 분할 및 공간 정규화가 용이한 뇌 영상에 대해서만 적용되어 왔으며 향후 이러한 기술들을 전신 PET-MR 영상에 적용하기 위한 연구들이 계속되어야 할 것으로 보인다.
할 것이다. 또한 PET 정규화 보정에 있어 마그네틱 코일 등의 MRI 구조물이 정규화 영상에 어떤 영향을 미칠지에 대한 연구도 필요할 것으로 보인다.
또한 전신용 PET/MRI 기술은 종양, 감염 둥 PET 과 MRI 가 활용되는 전 분야에 걸쳐 진단기술의 새로운 패러다임을 제시할 것으로 예측되며 현재 PET 또는 MRI 단독으로는 진단적 정확성이 떨어지는 각종 임상 분야에서 새로운 검사 기법으로 사용될 가능성도 높다.
최근에는 손목, 무릎 등 특정 부위의 관절을 집중하여 촬영할 수 있는 소형 MRI 의 수요 증대로 부분 촬영이 가능한 저가 및 소형 MRI 와 관절 촬영용 전문 장비의 개발이 큰 이슈를 이루고 있다. 또한, MRI 영상 유도 초음파 수술 시스템과 같이 주로 진단만을 사용하여 온 MR 영상이 앞으로는 수술 및 치료절차에 함께 사용되는 중재 의학적 MRI 형태로 응용이 확대되어 실시간 영상 가이드와 치료 효과를 검사하는 목적으로 사용될 전망이다. 그리고 인체질환의 감별표식자가 결합된 조영제을 사용한 MRI 분자 영상기법들은 영상 측정단위가 나노레벨까지 진화하여 해부학적 영상정보 뿐만 아니라, 분자 영상의 영역까지 확대되고 있는 것이 큰 특징으로 보인다.
CT, PET 과 함께 대표적인 현대 의료영상 장치인 MRI는 PET 이나 SPECT 가 제공하는 기능 및 생리적 정보와 CT 가 지닌 우수한 공간 해상도의 장점을 고루 갖춘 영상 진단 기기로서 CT 에 비해 MRI 가 갖는 여러 장점들(다양한 생화학적 특성의 영상을 얻을 수 있고, 방사선 피폭이 없으며 연조직 대조도가 높은 점 등)과 전신 MRI 의 빠른 발전으로 인하여 PET-MRI 에 대한의료계의 요구가 높은 실정이다. 또한, 융합된 PET-MRI는 생체의 해부학적, 생리학적, 대사적, 분자적 측면을 모두 관찰할 수 있다는 장점이 있어 인체를 포함한 생체연구의 새로운 장을 열 수 있을 것이라 판단된다.
반면 얇은 막 형태의 방사선원을 사용할 수도 있을 것인데, 이러한 경우 PET 산란계수의 영향은 줄어들지만 PET 의 기하학적 요인에 따른 검출 효율을 계산하기 위하여 서로 다른 위치에서 PET 데이터를 얻거나 혹은 몬테카를로 전산 모사 혹은 기하학적 차이 해석적 분석을 통하여 검출 효율을 계산하여야 할 것이다. 또한 PET 정규화 보정에 있어 마그네틱 코일 등의 MRI 구조물이 정규화 영상에 어떤 영향을 미칠지에 대한 연구도 필요할 것으로 보인다.
반도체 광전소자를 이용하여 동시영상획득이 가능한 PET-MRI 에 대한 연구가 활발하나 선진국에서조차 초기 개발단계에 있는 실정이다. 이러한 PET-MRI 의성 공적 개발을 위해서는 여러 분야의 지속적인 연구가 필요할 것으로 보이며 특히 MRI 상용화에 성공하여 국제적인 임상용 MRI 제작 기술을 보유하고 있으며, 소형 PET 시스템 및 각종 PET, 방사선 계측 관련 소자 개발 등에 대한 경험이 축적되어 있는 국내 연구진에 의한 PET-MRI 개발이 기대된다.
예상된다. 즉, 간질, 치매, 뇌졸중 등 각종 난치성 뇌질환에 따른 뇌조직의 생화학적 변화와 형태적인 변화를 동시에 평가할 수 있어 진단율을향상시키고 불필요한 추가 검사 비용을 줄이는 효과를 가지고 올 것으로 보인다.
현재 다중셀 GAPD는 실리콘 광증배기(SiPM: silicon photomultiplier), 금속 저항 반도체 (MRS: metal resistor semiconductor) 다이오드, 실리콘 상태 광증 배기(SSPM: solid state photomultiplier), 가이거사태 광증배기(GAPM: Geiger avalanche photomultiplier) 등의 다양한 이름으로 개발되고 있으며 이들의 동작전압, 양자 효율, 신호 붕괴 시간 등이 다양하며, 장기간 동작 특성 또한 다양하리라 예상되어 PET-MRI 시스템의 사용을 위한 많은 연구가 필요하리라 본다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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