[비센의 재미있는 과학 이야기] 해부학적 영상진단과 기능적 영상진단
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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 홈페이지 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일14-07-27 05:57 조회2,793회 댓글0건관련링크
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석준영 비센교육원장PET 영상 이용하면 방출되는 에너지 세기 구별해 음성 종양세포 구별할 수 있어
의료 진단을 위한 영상 기법은 크게 해부학적 영상(Anatomical Image)와 기능적 영상(Functional Image)로 크게 나누어 집니다. 이때 해부학적 영상에 해당하는 대표적인 영상기법이 지난 칼럼에서 간략하게 설명드린 CT와 MRI입니다.
해부학적 영상이란 말 그대로 인체 내부를 해부해서 보는 것과 같은 영상을 보여주는 것으로 사진기로 찍듯이 얼마나 좋은 해상도로 선명하게 그 이미지를 보여주는 가가 해부학적 영상에서는 제일 중요합니다.
해상도를 최대한 높임으로써 몸 속에 아주 작은 이상물질도 확인할 수 있게 해주는 것이 이러한 해부학적 영상의 가장 큰 목적이기 때문입니다.
이에 반해 기능적 영상은 신체 내부의 모습을 자세하게 보여주는 것이 목적이 아니라 인체 내부의 장기 또는 세포들이 얼마나 활발하게 그 기능을 하고 있는지를 보여주는 영상을 뜻합니다. 이러한 기능적 영상의 가장 대표적인 영상방법은 양전자방출단층촬영법(Positron Emission Tomography, PET)과 기능성 MRI (functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)입니다.
fMRI기법은 뇌혈관의 흐름을 추적하는 등 미세한 혈관의 흐름의 세기를 젤 수 있기 때문에 뇌활동과 관련된 영상에 이용되는 방법인데, 이번 칼럼에서는 그보다는 보편적으로 암진단에 널리 사용되는 PET영상법을 이용해 기능성 영상에 대해 설명드리도록 하겠습니다.
양전자방출단층촬영법은 몸 속에 방사선 붕괴를 하는 의약품을 주사하면서 시작됩니다.
이 물질이 몸속에 들어가서 방사선 붕괴를 하며 방출하는 양전자와 몸속의 전자가 반응할 때 방출되는 에너지가 어디서 부터 나오고 있는지를 역추적하여 몸속의 영상을 만들어내는 방법을 사용합니다.
이 과정을 조금 더 쉽게 설명드리기 위해서 가장 일반적인 암진단에 사용되는 PET영상 방법을 예를 들어 설명드리도록 하겠습니다.
불소-18(Flourine-18)은 방사성 붕괴시 양전자를 방출하면서 반감기가 약 110분 정도로 비교적 짧기 때문에 인체에 주사된 후 약 하루 정도가 지나면 몸속에서 거의 전부 사라져 버립니다. 때문에 의료용으로 많이 사용되는 방사성 동위원소입니다.
이러한 불소-18을 일련의 공정을 거쳐 체내 세포가 대사활동을 하기 위해 에너지원으로 사용하는 탄수화물의 일종인 글루코오스(glucose)와 결합을 시킨 후 인체 내부에 주사합니다.
활발히 활동하는 세포일수록 더 많은 글루코오스를 흡수하고, 같은 이유로 비정상적으로 빠른 성장을 하는 종양세포는 더 많은 글루코오스를 흡수하게 됩니다.
이 때 함께 종양세포에 들어간 불소-18 동위원소로 부터 나오는 양전자(positron)라는 입자와 몸속의 전자(electron)와의 반응에서 방출되는 에너지를 추적하여 종양세포의 위치와 종양의 활동성을 찾아낼 수 있는 것입니다.
이때 종양세포의 활동성에 따라 축적된 불소-18의 양에 차이가 생기고, 그로부터 나오는 신호의 세기에 차이가 생기기 때문에, 신호의 세기를 측정하여 종양세포의 위치뿐 아니라 그 세기까지 동시에 알 수 있음으로 PET영상을 기능성 영상기법이라고 부르는 것입니다.
더 쉽게 비유해서 설명드리자면, 바다위에 조난 당한 배가 모든 방향으로 어떤 전파를 내보낸다고 가정 했을 때, 근처에 있는 여러 관측소에서 전파가 흘러온 방향을 거꾸로 추적하면, 많은 전파신호의 중심에 해당하는 위치에서 조난당한 배를 찾을 수 있는 것과 같은 이치입니다.
이러한 기능성 영상진단이 중요한 이유는 종양세포에는 악성종양과 양성종양 두가지가 있기 때문입니다. 양성종양이란 더이상 증식되지 않는 일종의 활동을 멈춘 ‘혹’과 같은 것인데, 이러한 양성 종양은 크기가 너무 커서 생활하는데 불편함을 주지 않는 한 몸속에 갖고 살아도 전혀 건강에 문제는 없습니다.
하지만, 그 크기가 작다 하더라도 음성종양, 다시 말해 악성이라면 이는 계속 증식 및 활성화하고 있는 종양세포로서 빨리 제거하지 않으면 온 몸에 전이를 일으켜 생명을 위협할 수 있는 우리가 통칭 암이라 부르는 질병의 근원인 세포입니다. 그러기에 이런 암진단에 있어서 가장 중요한 것은 어떻게 보면 우리 몸속에 종양세포가 있다면 그것이 얼마나 큰가, 어디에 위치하고 있나 보다는 그 종양세포가 악성인지 양성인지를 확인하는 것일 것입니다.
예를 들어 MRI 촬영을 통해서 몸속에 꽤 커다란 종양이 있다는 것을 발견했다고 가정해 봅시다. 이런 경우 MRI 영상이 매우 선명하게 그 종양을 보여주어서, 그 크기와 위치를 정확히 알 수 있다고 해도, 그 영상만으로는 악성인지 양성인지를 구별할 수 있는 방법이 없습니다.
그러기에 그런 종양이 발견되면 조직검사를 통해 악성, 양성을 구별하는 단계를 거쳐야 합니다. 하지만, 조직검사를 하기 위해서는 종양세포를 떼어내야하는데, 종양의 위치가 조직을 떼어내기 어려운 부위에 있다면 일정시간을 두고 다시 MRI촬영을 반복해서 해당 종양의 크기가 점차적으로 커지고 있는지, 아니면 변화가 없는지를 비교해 악성인지 양성인지를 구별해야 합니다.
하지만, PET 영상법을 이용한다면 해당 위치로 부터 방출되는 에너지의 세기를 구별하여 종양세포의 활동성이 얼마나 강한지, 약한지를 한 번의 촬영으로 바로 알아낼 수 있는 것입니다.
이러한 PET영상법도 단점이 있는데, 일단은 몸속에 방사성 물질을 주사해야 한다는 것과 영상의 해상도가 CT나 MRI의 해상도에 비교해 너무 안좋다는 것입니다. PET영상의 근본원리는 양전자와 전자와의 반응을 이용하는 것이라 설명드렸는데, 양전자가 전자와 반응하기 전에 약 0.5mm정도를 움직이기 때문에 신호가 나오는 것을 역추적해서 얻을 수 있는 정보는 어쩔 수 없이 원래의 종양위치로부터 0.5mm정도의 오차를 갖을 수 밖에 없습니다.
이렇게 PET자체의 해상도는 어느 이상 좋게 할 수 없기 때문에, 요즘은 PET과 CT를 하나의 기계로 합쳐 두 영상을 동시에 촬영하고, 얻어진 영상을 중첩시켜서 기능적 정보를 보여주는 PET영상과 해부학적으로 높은 해상도를 보여주는 CT의 영상을 함께 보여주는 PET/CT 영상법이 널리 활용되고 있습니다.
석준영 비센교육 원장
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