[논문]핵의학 영상시스템

임기천; 정진호; 허윤석; 최용

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임기천 (서강대학교 전자공학과) , 정진호 (서강대학교 전자공학과) , 허윤석 (서강대학교) , 최용 (서강대학교 전자공학과)

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문제 정의

본 논문은 핵의학 영상시스템의 공통기술인 섬광결정, 광센서, 신호처리부, 영상 재구성방법을 소개하고 감마카메라, SPECT, PET 및 융합 핵의학 영상시스템의 특징적인 구성원리에 대해 서술하고자 한다.

제안 방법

<그림 7> PET에서 비행시간 측정방법. 양전자 소멸 위치에 따라 검출기에 도착시간차 발생.
감마카메라 또는 SPECT에서 사용하는 단일광자를 방출하는 방사성동위원소로는 ^99mTc, ¹²³I, ²⁰¹Tl, ¹³³Xe, ⁶⁷Ga, ¹³¹I, ¹¹¹In 등이 있다. 감마카메라는 생체 내에 단일광자를 방출하는 방사성동위원소를 표지한 방사성의약품을 주입하여 생체 내에 섭취된 방사성동위원소에서 발생하는 감마선을 검출한다. 감마카메라 영상 획득 과정은 <그림 2>와 같다^[16-19].
PET의 경우에는 정해진 시간 (약 10 ns)안에 동시에 검출된 감마선을 검출하는 동시계수 신호처리기가 추가로 있다. 광센서에서 변환된 전기 신호 펄스는 핵의학 영상시스템 신호처리장치를 이용하여 정형화되고 방출한 감마선 검출 위치와 수를 계수하기 위해 분석된다. 최근에는 고민감도 영상기기 구현 등을 위해 저잡음, 고민감도 고속 신호처리 기술 연구가 활발히 진행되고 있다^[11-13].

대상 데이터

<그림 8> TOF 기술로 획득한 대장암 진단 영상. (a) 복부 CT 영상, (b) TOF를 적용하지 않은 영상, (c) 종양 부분의 대조도가 향상된 TOF 영상^[6]

성능/효과

최근 TOF 기술을 적용한 상용 PET 스캐너를 개발하여 판매하고 있으며 <그림 8>은 상용 TOF PET 스캐너로 획득한 TOF 영상이다. TOF를 적용하였을 경우 적용하지 않았을 경우에 비해 대조도가 향상되어 종양의 위치가 선명하게 보이는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

종래에는 핵의학영상기기 및 융합 핵의 학영상기기는 전량 수입에 의존하였고 국내에서는 핵의학영상기기 개발을 위한 연구보다 대학을 중심으로 핵의학영상기기를 활용한 임상 및 전임상 응용연구가 이루어졌다, 그러나 최근에는 핵의학영상기기 개발 핵심 기술을 확보한 가운데 검출기를 포함하여 신호처리부 및 영상처리부 모두 국내 기술력으로 자체 개발하기에 이르렀다. 따라서 몇 년 내로 국내 자체 제작한 핵의학 영상기기 또는 융합 핵의학영상기기가 상용화될 것으로 기대한다.
이는 핵의학 영상시스템 성능 개선을 위한 연구 개발뿐만 아니라 핵의학 영상시스템과 해부학적 영상시스템의 융합을 이용하여 새로운 의료 영상시스템 개발을 의미한다. 융합 핵의학 영상시스템 개발은 개발 초기 단계에 있으며 국내 연구진들의 공동 연구로 경쟁력있는 새로운 융합 핵의학 영상시스템 개발이 가능할 것으로 기대된다. 종래에는 핵의학영상기기 및 융합 핵의 학영상기기는 전량 수입에 의존하였고 국내에서는 핵의학영상기기 개발을 위한 연구보다 대학을 중심으로 핵의학영상기기를 활용한 임상 및 전임상 응용연구가 이루어졌다, 그러나 최근에는 핵의학영상기기 개발 핵심 기술을 확보한 가운데 검출기를 포함하여 신호처리부 및 영상처리부 모두 국내 기술력으로 자체 개발하기에 이르렀다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

섬광결정의 역할은?

섬광결정은 방사성의약품에서 방출되는 감마선을 검출하고 검출된 감마선을 빛으로 변환시키는 역할을 한다. 핵의학 영상시스템의 성능 특성과 검출하는 감마선 에너지에 따라 사용하는 섬광결정의 종류와 구조가 결정되며, NaI(Tl), BGO, LSO, GSO, LYSO, BaF2 등을 많이 사용하고 있다<표 1>.

핵의학 영상시스템이란 무엇인가?

핵의학 영상시스템은 인체에 주사 또는 흡입된 방사성의약품의 시간적, 공간적 체내 분포를 비침습적으로 영상화하는 대표적 분자영상장비로서 생물 현상의 측정이나 질병 진단, 치료 후 예후 판정 및 치료 계획 등에 유용하게 이용되고 있다. 생체 기능영상을 제공하는 핵의학 영상시스템은 단일 광자 감마선을 검출하여 평면 영상을 제공하는 감마카메라, 감마카메라를 회전시켜 단층 영상을 획득하는 SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography, 단일광자방출단층촬영기)와 양전자 소멸 감마선을 검출하여 단층 영상을 만드는 PET (Positron Emission Tomography, 양전자방출단층촬영기)으로 나눌 수 있다.

MR 기기 안에 핵의학영상기기를 삽입하는 방법의 한계점은?

두 번째 방법은 MR 기기 안에 핵의학영상기기를 삽입하는 것이다[1]. 이 방법은 필요에 따라 영상장비를 개별 동작시키거나 함께 사용할 수 있어 시스템 활용도가 높고 PET과 MRI 동시영상을 획득할 수 있는 장점이 있는 반면, MRI 보어 내 한정된 공간에 핵의학 영상장비를 삽입해야한다는 공간제약성과 이에 따라 시야가 축소된다는 한계점이 있다. 세 번째 방법은 핵의학영상기기와 MRI 영상기기를 일체형으로 만드는 것이다[54].

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