대한임상검사학회지 : 36 권제 2 호, 193-198, 2004 PET/CT 결합영상진단검사에관한연구 안산 1 대학임상병리과 김종규 A Study on the PET/CT Fusion Imaging Kim, Jong Gyu Department of Clinical Laboratory Science, Ansan College PET/CT combines the functional information from a positron emission tomography (PET) exam with the anatomical information from a computed tomography (CT) exam into one single exam. A CT scan uses a combination of x-rays and computers to give the radiologist a non-invasive way to see inside your body. One advantage of CT is its ability to rapidly acquire two-dimensional pictures of your anatomy. Using a computer these 2-D images can be presented in 3-D for in-depth clinical evaluation. A PET scan detects changes in the cellular function - how your cells are utilizing nutrients like sugar and oxygen. Since these functional changes take place before physical changes occur, PET can provide information that enables your physician to make an early diagnosis. The PET exam pinpoints metabolic activity in cells and the CT exam provides an anatomical reference. When these two scans are fused together, your physician can view metabolic changes in the proper anatomical context of your body. PET/CT offers significant advantages including more accurate localization of functional abnormalities, and the distinction of pathological from normal physiological uptake, and improvements in monitoring treatment. A PET/CT scan allows physicians to measure the body's abnormal molecular cell activity to detect cancer (such as breast cancer, lung cancer, colorectal cancer, lymphoma, melanoma and other skin cancers), brain disorders (such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and epilepsy), and heart disease (such as coronary artery disease). Key Words : PET/CT, PET/CT Fusion Imaging 1)I. 서 론 현대의학에서질병진단에가장중요한요소의하나가영상진단이다. 모든병의진단및수술가능여부판정등은조직검사를시행하는것이이상적이나다발성이라든지조직검사가힘든부위등여러가지현실적인제약이있어영상진단은이러한제한을극복하는훌륭한의학적 교신저자 : 김종규, ( 우 )425-701 경기도안산시상록구일동 752 안산 1 대학임상병리과 Tel : 031-400-6937 E-mail : jkkim@ansan.ac.kr 역할을한다. 영상진단을발전단계에따라세단계로나누면컴퓨터단층촬영 (computer tomography, CT), 핵자기공명촬영 (magnetic resonance imaging, MRI) 과같은인체내부의형태변화를진단하는 1세대형태적영상진단법, 양전자방출단층촬영 (positron emission tomography, PET) 과같은인체내부조직의기능변화를진단하는 2세대기능적영상진단법이라한다면 (Wahl, 1997), PET와 CT를동시에촬영하여 PET의생화학적, 기능적영상정보와 CT의해부학적, 구조적정보를결합시킨 PET/CT는 1세대영상진 193
단및 2세대영상진단의결합체로새로운제3세대의형태-기능적영상진단법은형태적영상과기능적영상을동시에획득하는것으로 2세대기능적영상진단법의단점을보완한것이다 (Diederichs 등, 1998; Eubank 등, 1998). PET와 CT의연구를비교한논문에서살펴보면, Dwamena 등 (1999) 은폐암환자의림프절전이에대해서 PET와 CT의성적을비교한분석에서 PET에서는 514명의폐암환자, CT에서는 2,226명의폐암환자의림프절전이를검사하여 PET와 CT는민감도가 79% 대 60%, 특이도가 91% 대 77% 로 PET가 CT에비해서민감도와특이도모두훨씬더높았다고보고하였고, 림프종 (Jerusalem, 1999), 결장 ( 직장 ) 암 (Valk 등, 1999), 유방암 (Vranjesevic 등, 2002), 많은다른악성종양을가진환자에서도 Dwamena 등 (1999) 의성적과비슷한성적을얻을수있었다. PET, CT 각각의대한연구와 PET와 CT를결합한영상진단기기의연구에서, Chin 등 (1995) 은폐암의림프절전이를측정한 30명의환자에게서 PET와 CT를결합한경우에 90% 로훨씬더높은진단적정확성이있었다고하였고, Weng 등 (2000) 은폐암의병기에대해서 PET나 CT를단독으로사용할때보다 PET와 CT를결합하여사용할때진단적정확성이훨씬더높았다고하였으며, Magnani 등 (1999) 은 CT와 PET 단독사용시에 28명의폐암환자에게서각각 21명, 22명의병기를결정하였는데비해, PET와CT를결합하여사용하였을때에는 28명의폐암환자에서 25명의병기를결정하였다고보고하였다. PET의종양핵의학분야에서의역할은악성종양의진단, 병기판정, 재발판정, 치료에대한반응등이다 (Kubota, 2001). PET의대사영상은병소의정확한위치를파악하기어려워 MRI와 CT 등해부학적영상을병행하여야하는경우가많으며따라서두영상검사는서로경쟁관계가아니라상호보완관계이다 (Vansteenkiste 등, 1997). 현재가장많이이용하는 PET 양전자방출추적자는포도당유도체인 F-18 fluorodeoxyglucose(fdg) 로악성종양세포에서포도당이용률이증가하는것을이용하며 (Strauss와 Conti, 1991; Gambhir 등, 2001), F-18 FDG PET는포도당대사능의전신영상을얻음으로써형태학적변화이전단계의생화학적대사능을영상화하여악성종양을진단한다. PET/CT는두가지다른영상을같은시간, 같은장소에서얻음으로써병변의진단과병변주변에대한위치 감별등기존의방법으로는어려움이많은진단을가능하게한다 (Beyer 등, 2000). 따라서국내뿐만아니라세계적으로 PET/CT 검사에대한관심과필요성이점차증가하고있으며 PET/CT 기기도입과이용도활발하게진행중에있다. 본논문에서는 PET/CT 검사의원리, PET/CT 검사의영상, PET/CT 검사의임상적용질환, PET/CT 검사전실시사항, PET/CT 검사의장점에대해서설명하고자한다. II. 본론 1. PET/CT 검사의원리암세포는활발히증식하는특징을가지며이를위해많은포도당을사용한다. PET/CT의검사원리는양전자방출체를추적자로표시한포도당유사체를이용하며, 인체내에주사된포도당유사체는암세포에집적되고방출된양전자 (+) 는주변의전자 (-) 를만나서소멸반응을일으킨후서로반대방향을가지는 511KeV 에너지의두개의감마선으로변환된다. 이감마선들은 PET/CT의원형스캐너에서검출되어서컴퓨터에위치정보를전달하게되고컴퓨터에서는인체내에어느곳에이상이있는지를영상으로표현해준다. 원형스캐너는양전자가소멸되어방출되는감마선을검출하는검출기와신호처리시스템, 동시계수회로 (coincidence circuit) 등으로구성되어있으며, PET/CT의제어, 영상재구성, 분석, 표현은컴퓨터를사용하여시행한다 ( 이, 1997)(Fig. 1). 현재 PET/CT검사에주로쓰이는방사성의약품은반감기 110분의포도당유사체인 F-18 fluorodeoxyglucose(fdg) 로서 F-18 FDG를주사한후뇌, 심장, 근육등에서포도당대사가이루어지는것을영상화하면정상이아닌암조직은비정상적으로훨씬많은양의포도당을소모하므로검사결과포도당소비량이아주높은곳은암조직일가능성을제시한다. 2. PET/CT 검사의영상 PET/CT의원형 (prototype) 은피츠버그대학의료원 (university of Pittsburgh medical center) 방사선과교수 194
Fig. 3. The PET/CT system combines highest-performance PET and high-performance CT technology in a single, combined gantry. Fig. 1. The radiotracer metabolizes throughout the body and emits signals that are imaged by the PET/CT scanner. Townsend 가 CTI, Siemens 와함께제작한것이다 (Beyer 등, 2000; Townsend 등, 2000)(Fig. 2). 이장비는크리스탈을절약하기위하여회전하는 BGO(bismuth germanium oxide) 결정으로구성된 PET 와 단일검출기나선형 CT로구성되어있고, 최근의상품화된 PET/CT는대부분원형으로구성된 PET와다중검출기나선형 CT로구성된다 (Charron 등, 1999; Beyer 등, 2001; Kluetz 등, 2001)(Fig. 3). PET 회전부앞에 CT의회전부를붙여하나의갠트리로만든형태로 CT 촬영시발생하는 X-선펄스는 PET 데이터에영향을줄수가있어두회전부사이에 60cm의간격을두고 CT와 PET를동시에촬영하지않고순차적으로촬영한다. 프로토타입에서의일반적인촬영방법은다음과같다. 260MBq의 FDG를환자에게주사하고 60분뒤먼저 CT를촬영한다. CT영상은정찰 (scout scan) 을하여촬영할길이를정하고각분절당 40초간촬영한다. 환자는촬영중숨을깊게들이쉰뒤 40초간참아야하며, CT촬영에는 Fig. 2. Prototype PET/CT scanner. (A) combined PET/CT scanner, (B) CT component, (C) PET component. 195
Fig. 4. The PET/CT fusion image (A) CT data (left) and PET data (right), (B) PET/CT fusion image. 대략 5~10분정도소요된다. CT촬영이끝나면바로침대를 PET촬영위치로옮겨서분절당 6~10분동안방출촬영을하며전체방출영상을얻는데는 45~60분정도걸린다. 그러나 FDG 방사능이 CT 영상에영향을주지않아투과영상을교정할필요는없었다. CT 촬영시발생하는 X 선펄스는 PET 데이터에영향을줄수있어 CT와 PET를순차적으로촬영하였다. 그리고 CT 영상을획득하는데걸리는시간은 PET 영상획득시간의 6~8% 정도로 CT 와 PET 영상을동시에획득하는것에비하여큰차이는없었다. PET/CT 검사의영상은기존 PET가방사선영상인 CT 또는 MRI와비교시해부학적인해상력이떨어져병변부위에대한정확한해부학적위치를규명하지못하였던단점을보완하기위하여 PET에 CT를접목시켜 CT 영상을밑그림으로이용하고그위에생화학적인 PET 영상을겹쳐 PET에서발견된병변의위치와크기에대한정확한판단을가능하게한다 (Fig. 4). 3. PET/CT 검사의임상적용질환 PET/CT 는여러질환에서이용되는데임상적으로 PET/CT 검사가적용이되는질환들은다음과같다 ( 이, 1997). 종양진단에있어서각종암의조기진단, 악성여부판단, 병기결정, 치료효과판정, 암의재발여부판정, 원발병소진단, 예후여부, 전이여부평가등, 종양환자에다양한목적으로가장많이이용되고있다. 특히악성종양의치료중완치율이가장높은것이근치적수술이어서 PET/CT 에의한암의조기발견이매우중요하다. 뇌신경질환의진단에있어서는뇌종양병변의중증도평가와치료후재발진단, 수술이예정된간질병변의국소화, 알쯔하이머형치매등치매의조기진단및감별진단에유용하다. 심장질환에있어서는관상동맥질환의발견및심한정도의평가, 혈관성형술, 회로이식술, 심장이식또는내과적치료를위한조직생존력의평가, 관상동맥질환진단시심근의생존능평가에주로이용되고있다. 국내 PET의임상이용현황을보면, 초기에는이용분야가뇌신경분야가주이던것이시간이흐름에따라종양질환의진단및평가를위한상대적, 절대적활용건수가늘어나고있다. 또한 PET/CT의이용이가장활발한미국에서는폐암, 대장암, 림프종, 두경부암, 식도암, 흑색종등의암진단과추적관찰시, 유방암의전이병변을찾아재병기결정시에 PET/CT 검사를실시하고있으며, 유럽에서가장활발히 PET/CT을이용하고있는독일의경우는갑상선암, 식도암, 췌장암, 대장암, 유방암, 난소암, 두경부암및원인불명암, 폐암, 악성림프종, 악성흑색종, 골격암, 뇌종양등의진료에적용하고있다. 4. PET/CT 검사전실시사항 1. 검사전 6시간이상금식하여야한다. 2. 검사전 500ml 이상의수분을섭취하여야한다. 3. 전문의상담시당뇨, 고혈압, 수술력등과거병력의특이한사항을이야기하여야한다. 4. 당뇨병환자들은검사전혈당을철저히조절하여검사오류를방지해야한다. 5. 대장조영술, 위투시, CT 촬영같은조영제를사용한다른검사는 PET/CT 검사에영향을주므로며칠간격을두고검사를하거나, 같은날에할경우는 PET/CT 검사를먼저한다. 6. 촬영전주사실화장실에서소변을보고방광을완전히비워야한다. 7. 검사직전과격한운동을피해야한다. 196
8. 방사선의약품을투여받은후대기하는동안눈을감고편안히쉰다. 9. 촬영중호흡은평상시처럼고르고편안하게한다. 10. 검사에사용되는시약은반감기가짧아예약일이후에는사용할수가없으므로부득이한사유로예약변경시에는최소 4일전에알려야한다. 5. PET/CT 검사의장점 PET/CT는기존 PET에서가능한암의조기발견, 전이여부의판별, 악성여부판정및치료방법이가능할뿐만아니라 PET의판독에서쉽지않았던암세포의정확한위치까지파악할수있다. 암세포의정확한위치의판별은암치료에있어서어떠한방법으로암을치료하는것이효율적인지를결정할수있어임상적인가치가매우높다. PET/CT에서는 CT scan 방식을사용하며, 기존의 PET 검사시시행하던전도 (transmission) scan을 CT scan으로교체하여 10분이상소요되던전도 scan을 30초의 CT scan으로대신하여검사시간을최대 40% 절약함으로써불편한환자의불편을감소시키고병원의생산성도높인다. 기존암검사는흉부 X-ray로부터흉부 CT, PET 또는감마카메라, 조직검사, 다시 CT등복잡한과정을가지고있어환자가암세포가있더라도이를검사하는데많은시간과단계를거쳐야하였다. 그러나 PET/CT로는한번의검사로암세포의진단과전이정도의파악이가능하여 PET/CT 검사결과를바로치료에사용할수있어검사의과정을간소화시킬수있다. III. 결론 PET/CT는 PET의대사영상에 CT의해부학적영상을결합하여기능과구조를함께평가할수있는새로운영상진단장비이다. CT는인체의해부학적변화를정확하게반영하여병소의위치와형태를관찰하는데좋지만병소의특성평가와조기진단이어렵고, 치료후병소변화에대한평가도어려운점이있다. PET는해부학적변화가일어나기전단계인대사이상을정확하게찾아내므로 CT에비해종양의조기진단이 가능하며, 질환의병기결정, 종양의악성여부판정및효율적인치료방법결정, 치료후재발여부판정에좋은검사방법이다. 그러나 PET는 CT보다해상도가낮아병소의정확한위치나주위장기와의관계등을정확하게파악하는데어려운점이있다. 이러한 PET의단점을보완하고 CT의장점을결합하여등장한것이 PET/CT이다. PET/CT는조직검사나수술, 방사선치료를위한정확한해부학적위치를찾을수있으며, 작은병변과움직이는장기의병변을찾을수있어조기진단및정확한진단이가능하며정상장기와구분이쉬워위양성이나위음성을줄일것으로예상되며, 검사시간의단축으로환자의편의증진및검사수익이증대되는장점이있다. PET/CT는유방암, 폐암, 결장 ( 직장 ) 암, 림프종, 흑색종과다른피부암등의악성종양, 알쯔하이머병, 파킨슨병, 간질등의뇌신경계질환, 관상동맥질환등의심장질환의임상분야에서이용되고있다. 참고문헌 1. Beyer T, Townsend DW, Brun T, Kinahan PE, Charron M, Roddy R, et al. A combined PET/CT scanner for clinical oncology. J Nucl Med 41: 1369-1379, 2000 2. Beyer T, Watson CC, Meltzer CC, Townsend DW, Nutt R. A premium dual-modality PET/CT tomography for clinical oncology. Electromedica 69:120-126, 2001 3. Charron M, et al. Whole-body FDG PET and CT imaging of malignancies using a combined PET/CT scanner. J Nucl Med 40(5): 256, 1999 4. Chin R Jr, Ward R, Keyes JW, et al. Mediastinal staging of non-small-cell lung cancer with positron emission tomography. Am J Respir Crit Care Med 152(6 Pt 1):2090-2096, 1995 5. Diederichs CG, et al. Prospective comparison of FDG-PET of pancreatic tumors with high end spiral CT and MRI. J Nucl Med 39(5): 81, 1998 6. Dwamena B, Sonnad SS, Angobaldo JO, Wahl RL. Metastases from non-small cell lung cancer: Mediastinal staging in the 1990s<Meta-analytic comparison 197
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