Ⅰ. 서 론

양전자방출단층촬영/전산화단층촬영(Positron emission tomography/computed tomography, PET/CT)은 핵의학 검사 방법 중 하나로 양전자를 방출하는 방사성동위원소를 체내에 주입하여 체내 대사 과정을 시각화하고 측정하는 영 상기법이다. 이러한 PET/CT 영상은 생리학적인 정보를 담 고 있어 진단에 매우 유용한 영상기법이다[1]. 또한 PET/CT 영상은 방사선치료계획에 유용하다. 방사선치료계획의 목 표는 정상조직의 불필요한 피폭을 줄이고 치료 표적에 집중 적으로 선량을 전달하는 것이기 때문에 PET/CT 영상의 이 용이 점차 늘어나는 추세이다[2]. 암의 방사선치료계획 시 PET/CT 영상으로 생리학적인 변화를 참고해 생물학적표적 체적(Biological target volume, BTV)을 결정하여 더욱 정 확한 치료 표적 설정에 도움이 될 수 있다.

표준섭취계수(Standardized uptake value, SUV)는 인 체 내에 주입한 방사성의약품이 균등하게 섭취된다는 가정 하에 종양 내의 분포가 평균보다 높게 섭취되는 정도를 평 가하기 위해 가장 흔히 사용되는 평가 지표이다[3]. 환자의 SUV를 산출하는 데 필요한 몸무게, 방사성동위원소의 방사 능량 등과 같은 인자들이 각각 다르므로 반정량 분석이라 칭하기도 한다[4]. SUV를 계산하기 위해서는 기본적으로 방사성동위원소 투여 시간, 촬영 시작 시간, 방사능량, 방사 성핵종 반감기, 감쇄보정법 등이 필요하다. 여기에 환자의 몸무게(Body weight, BW)를 고려해 SUV_bw를 산출할 수 있 다. 여기에 환자의 키까지 고려한 것이 체적(Body surface area, BSA)을 이용한 SUV_bsa이다. 체형에 대한 변동성을 줄일 수 있는 SUV_bsa가 SUV_bw보다 정확한 SUV를 계산할 수 있다[5]. 그렇지만 지방조직의 포도당 흡수율이 낮으므 로 SUV_bw나 SUV_bsa가 비만환자에서 과대평가 될 수 있다. 이 때문에 체중에서 지방량을 제외한 실질체중(Lean body mass, LBM)을 고려한 SUV_lbm이 권장된다[6].

부분체적효과(Partial volume effect)는 PET 영상의 질 저하를 초래하는 주요 원인으로 장비의 고유 특성인 제한된 분해능으로 인해 발생한다[7]. 열소의 크기가 장비 분해능 을 나타내는 반치폭(Full width at half maximum, FWHM) 의 2∼3배 미만일 경우 발생하며 종양의 크기가 작아질수록 방사능이 실제보다 낮게 측정될 수 있다. 이로 인해 SUV가 실제 값보다 낮게 측정되어 악성 여부가 모호한 병변이 위 음성으로 진단되는 경우가 발생할 수 있다. [8]. 부분체적효 과는 종양의 크기에 크게 의존하므로 종양이 작을수록 SUV 를 과소평가할 가능성도 커지게 된다[9].

따라서 팬텀 측정과 공식을 통해 부분체적효과로 인한 SUV의 과소평가를 보정할 수 있는 회복계수(Recovery coefficient, RC) 산출 실험을 진행하였다. 멈춘 상태의 측 정 팬텀 실험을 구와 배후 방사능의 비 8:1을 기준으로 하였 다[10]. 추가로 ±10% 값인 9:1, 7:1의 비율도 함께 진행하 였다. 그리고 인체는 멈춰 있는 것이 아니라 호흡에 의한 움 직임 때문에 PET/CT 검사 중 인체 내 장기의 위치변화가 일어난다[11]. 이러한 움직임에 의한 회복계수의 변화를 알 아보기 위해 분당 15회의 호흡속도로 인체의 머리-둔부 방 향 움직임이 구현 가능한 동적 팬텀을 사용하여 실험을 진 행하였다.

이번 연구에서는 본래 구와 배후 방사능농도(㏃/㎖) 계산 값과 구와 배후 방사능농도 실측값을 획득하여 멈춘 상태와 움직이는 상태의 회복계수를 각각 산출해 움직임 여부에 따 른 회복계수의 변화를 비교하였다. 그리고 산출된 회복계수 를 적용하여 멈춘 상태와 움직이는 상태, 구와 배후 방사능 비, 구의 크기에 따른 SUV 최대값의 보정치를 확인해 보고 자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 대상

1) PET/CT

PET 영상을 획득하기 위한 초기 단계로 환자에게서 방출 되는 감마선을 감지하기 위한 섬광체로는 원자번호가 높은 무기섬광체가 사용된다(Fig. 1). 다양한 무기섬광체들이 있 으나 일반적으로 PET에 사용되는 섬광체로는 감마선 검출 에 적합한 특성을 지니고 있는 BGO(Bismuth germanate), LSO(Lutetium oxyorthosilicate), LYSO(Lutetium-yttrium oxyorthosilicate) 등이 있다[12]. 실험에 사용된 Ingenuity TF (Philips Healthcare, Netherland) PET/CT 장비의 섬 광체는 LYSO이다. 각 섬광체의 크기는 4 × 4 × 22 ㎣이고 28,336개로 구성되어 있어 빠른 감쇄 시간으로 TOF(Time of flight) 기능이 가능하고 축 방향으로 180 ㎜의 FOV Field of view) 크기를 가진다. 다른 특성으로는 고밀도, 비 흡습성, BGO에 비해 3∼4배 높은 섬광효율 등이 있다. CT 는 128채널로 절편(Slice) 개수가 128개이기 때문에 기존 장 비에 비해 검사속도가 향상되었다.

장비의 촬영 인자로는 PET은 가로 방향 FOV 576㎜, 절편 두께 4 ㎜, 반복(Iteration) 횟수 3, 부분집합(Subset) 수 33 으로 하였고 CT는 관전압 120 ㎸, 관전류량 100 ㎃s, 절편두 께 4 ㎜, pitch 0.826, rotation time 0.5 sec로 하였다.

2) 측정용 팬텀

PET 측정용 팬텀으로는 PET-CT Phantom (Biodex Medical System, USA)을 사용하였다(Fig. 1). 총 부피는 9.7 ℓ이고 팬텀의 내부 길이는 180 ㎜이다. 내부에 물을 채울 수 있는 직경 28 ㎜, 22 ㎜, 17 ㎜, 13 ㎜, 10 ㎜의 구 5개가 있다[13].

배후 방사능을 구현하기 위해 메인 실린더에 9.7 ℓ의 물 을 채워 넣고 ㎖ 당 18 k㏃의 ¹⁸F-FDG를 투여하여 충분히 교반 해주었다[14]. 총 배후 방사능량은 173.9 M㏃ (4.7 mCi)이다. 열소(Hot spot)를 구현하기 위해서는 크기가 다 른 각각의 구는 물 1 ℓ에 ¹⁸F-FDG 155.4 M㏃ (4.2 mCi), 138.75 M㏃ (3.75 mCi), 122.1 M㏃ (3.3 mCi)을 섞어 충분 히 교반 후 주사기를 이용해 주입하였다.

구와 배후 방사능의 비율은 각각 9:1, 8:1, 7:1이 된다.

3) 호흡 팬텀

움직이는 상태의 팬텀의 영상 획득을 위해 인체의 머리- 둔부 방향 움직임이 구현 가능한 AZ-733V Respiratory Phantom (Anzai Medical Co, Japan)을 사용하였다(Fig. 1). 호흡 팬텀은 분당 15회, 10회 두 가지로 호흡속도를 설 정할 수 있다. 사람의 일반적인 호흡 횟수는 분당 12∼20회 이므로 분당 15회로 설정하여 영상을 획득하였다[15].

호흡 팬텀이 잘 움직일 수 있도록 아크릴 재질의 판에 바 퀴를 설치하였고 그 위에 측정용 팬텀을 위치하였다. 접착 붕대를 이용하여 측정용 팬텀과 호흡 팬텀을 연결하여 호흡 팬텀의 움직임에 측정용 팬텀이 따라 움직이도록 하였다.

2. 측정 방법

1) 영상 획득 및 분석

팬텀에 방사성동위원소를 투여하기 위해 정해진 만큼의 방 사능을 측정한 시점부터 1시간 후에 스캔을 시작하였다. 먼저 멈춘 상태의 팬텀 영상을 획득하였다(Fig. 2). 그리고 같은 촬영조건으로 호흡 팬텀을 사용하여 움직이는 팬텀 영상을 획득하였다. 영상 획득 범위는 1분절(Bed), 시간은 90초로 하여 리스트 모드로 촬영하였다. 구와 배후 방사능의 비 9:1, 8:1, 7:1로 각각 시행하였다. 영상 재구성 방법은 3D OSEM (Ordered subset expectation maximization)이다.

영상 분석은 Extended Brilliance Workspace (Philips Medical System, Netherland) 프로그램으로 구의 크기별 직경과 같은 관심영역을 설정하여 구와 배후의 방사능농도 를 구하였다.

2) 방사능농도 및 표준섭취계수 측정

회복계수 산출을 위해 획득된 영상의 구의 최대 방사능농 도(㏃/㎖)와 배후의 평균 방사능농도를 측정하고 최초 결정 된 구와 배후 방사능농도를 계산하였다[16]. 서로 다른 크기 (28 ㎜, 22 ㎜, 17 ㎜, 13 ㎜, 10 ㎜)의 구의 방사능농도는 각각 측정하였다. 해당 구의 크기가 가장 크게 보이는 영상 부분에서 구와 같은 직경의 관심영역을 그려 방사능농도 최 대값을 측정하고, 같은 크기로 관심영역을 복사하여 팬텀의 주변부 배후 영역에 12개를 그려 방사능농도 평균값을 측정 하였다(Fig. 3). 해당 영상 부분의 앞, 뒤 영상 부분 2장씩 총 5장의 영상에서 같은 작업을 반복하여 하나의 구에 해당 하는 배후 방사능 관심영역은 총 60개가 된다[13]. 60개 관 심영역의 평균을 계산하면 그것이 해당 구의 평균 배후 방 사능농도가 된다. 그리고 위와 같은 방법으로 구의 SUV 최 대값과 배후 영역의 SUV 평균값을 측정하였다.

멈춘 상태와 움직이는 팬텀의 구와 배후의 방사능비 9:1, 7:1, 8:1 영상을 각각 획득하였다. 계산된 최초 구와 배후 방 사능 및 실제 측정된 구와 배후 방사능을 회복계수(Recovery coefficient, RC) 산출 공식(1)에 대입하였다[16].

산출된 회복계수를 이용하여 부분체적보정(Partial volume correction, PVC) 공식(2)에 대입하여 각 조건별 구의 SUV 최대값을 보정하였다[16].

Ⅲ. 결 과

1. 회복계수 산출

회복계수는 0.08∼0.72로 산출되었다(Table 1). 구의 크기 가 작아질수록 회복계수가 감소하는 결과를 보였다(Fig. 4). 이는 PET/CT의 제한된 공간 분해능으로 인해 발생되는 부 분체적효과 때문임을 알 수 있다. 그리고 움직이는 상태에 서의 회복계수가 멈춘 상태보다 19.7∼56.5% 감소하였다 (Table 2). 움직임 또한 회복계수에 크게 영향을 미치는 결 과를 보였다(Fig. 5).

2. 부분체적보정

멈춘 상태에서의 보정 전 구의 SUV 최대값은 보정 후 1.33∼4.02배 증가하였다(Table 3), (Fig. 6). 움직이는 상 태에서 구의 SUV 최대값은 1.75∼6.15배 증가하였다(Table 4), (Fig. 7). 이 또한 구의 크기가 일정 크기 이하로 작아질 수록 부분체적효과에 의해 SUV가 과소평가 되기 때문임을 알 수 있었다.

Ⅳ. 고 찰

FDG를 사용한 핵의학 PET/CT는 악성 종양 진단에 유용 한 촬영 기법이며, SUV는 악성도 감별을 위해 널리 이용되 는 지표이다[1,3]. PET/CT는 장비의 고유 특성인 제한된 공 간 분해능으로 인해 발생하는 부분체적효과로 영상의 질 저 하가 초래되어 SUV에 영향을 미친다[7,8]. 이를 위해 회복 계수를 산출하여 병변의 SUV 최대값을 보정하는 방법이 소 개되었으나 환자의 호흡에 의한 움직임까지는 고려하지 않 았다[16].

검사 중 환자는 호흡을 하고 있어 이로 인해 인체 내 장기 의 위치가 변하게 되므로 영상 분석 시 장기의 움직임으로 발생한 영상 흐려짐이 SUV 산출에 영향을 미친다[11]. 이에 본 연구에서는 멈춰 있는 팬텀뿐만 아니라 호흡에 의한 움 직임이 구현 가능한 호흡 팬텀을 이용하여 영상을 획득하였 다. 획득한 영상으로 멈춘 상태와 움직이는 상태의 결과값 을 분석하여 회복계수의 차이를 비교하였다. 또한 움직일 때의 회복계수를 적용하여 SUV 최대값을 보정함으로써 호 흡으로 인해 저하되는 SUV를 보정하고자 하였다.

그러나 사람의 호흡 움직임은 입체적인 반면 호흡 팬텀은 머리-둔부 방향의 단순 움직임만 구현 가능하여 실제 호흡 과는 차이가 있는 제한점이 있었고 구와 배후 방사능 비는 8:1을 기준으로 ±10% 값인 9:1과 7:1만을 추가하여 실험을 진행하였다.

이번 연구의 호흡에 의한 회복계수 변화 및 SUV 보정치 를 기초자료로 활용하고 위의 제한점을 보완한다면 추후 움 직임에 대한 더욱 정확한 SUV 보정이 가능하리라 여겨진 다. 그리고 실제 환자의 종양과 배후 방사능 비는 매우 다양 하므로 팬텀의 구와 배후 방사능 비율을 세분화하여 함께 실험을 진행한다면 부분체적효과와 장기의 움직임으로 인 한 SUV 보정의 왜곡 가능성을 최대한 줄일 수 있을 것이다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서는 구의 크기와 팬텀의 움직임 여부에 따른 회복계수의 변화를 알아볼 수 있는 실험을 진행하였다. 멈 춰 있을 때의 팬텀 영상과 호흡의 움직임을 구현한 팬텀 영 상을 분석하여 각 상태별 회복계수를 도출하였다. 이를 이 용하여 PET의 부분체적효과와 환자의 움직임으로 과소평가 된 SUV 최대값을 적절히 보정한다면 악성 종양의 진단과 치료에 더욱 정확한 정보를 제공할 수 있다고 생각한다.