Whole Body Positron Emission Tomography/Computed Tomography

서 론

양

전자방출촬영(Positron Emi- ssion Tomography, PET) 이란 양전자(Positron)를 방출하는 방사성동위원소와 결합한 방사성의 약품을 몸 안으로 투여한 후 스캐너 (scanner)를 이용, 그 물질의 체내분 포를 영상화하여 각 장기의 생화학적 또는 생리적 반응을 정량할 수 있는 핵의학 영상기법이다. 사용되는 양전 자방출 방사성동위원소로는 F－

18(반감기 110분), C－11(반감기 20분), N－13(반감기 10분), O－

15(반감기 2분)을 주로 사용하며 대 개 사이클로트론에서 생산된다. 몸 안으로 들어온 방사성의약품은 양전 자를 방출하게 되는데, 양전자는 방 출 후 1mm 이내에서 주위 전자와 만나 소멸하면서 서로 정반대 방향 으로 가는 511keV의 에너지를 가진 2개의 광자를 만든다. 이 때 방출되

Whole Body Positron Emission Tomography/Computed Tomography

W

hole body positron emission tomography (PET) using F－18 Fluoro- deoxyglucose (FDG) has been used for characterizing focal lesions, initial staging, monitoring recurrence, and post－therapeutic follow－up in various malig- nant tumors. A recently developed integrated PET/computed tomography (CT) scan- ner is able to perform hardware－based image fusion of functional PET and anatomi- cal CT images with ease and high registration accuracy. F－18 FDG PET/CT is more useful than conventional PET due to the shorter scan time and easy differential diag- nosis between physiological and pathological uptake, allowing for accurate anatomi- cal localization, improved diagnostic confidence and accuracy, and better radiation therapy planning. The application of F－18 FDG PET/CT in oncology practice is on its sharp rise in Korea due to the recent change of the reimbursement system to allow insurance coverage along with its wide range of clinical utilities. Whole body PET/CT deserves a particular attention as a useful diagnostic imaging modality in oncology practice.

Keywords : Positron emission tomography; PET/CT;

F－－18 Fluorodeoxyglucose; Cancer 핵 심 용 어 : 양전자방출단층촬영; 전신 CT 보정 PET;

F－18 Fluorodeoxyglucose; 암 최 준 영 · 김 병 태

성균관의대 핵의학과

Joon Young Choi, MD··Byung－－Tae Kim, MD

Department of Nuclear Medicine, Sungkyunkwan University School of Medicine E－mail : jynm.choi@samsung.com·btnm.kim@samsung.com

J Korean Med Assoc 2006; 49(11): 1027 - 34

Abstract

는 2개의 광자를 한 쌍의 검출기를 통하여 검출하게 되는 것이 PET의 근본원리이다(1).

기존 핵의학 영상에 비교하여 PET이 가진 장점은 첫 째, 511keV의 고에너지 광자를 동시검출(coincidence detection)방식으로 얻음으로써 영상의 해상도와 예민도 가 우수하며, 둘째, 반감기가 짧은 방사성의약품을 사용 함으로써 고용량의 투여와 단시간 내에 반복검사가 용이 하며, 셋째, 단층촬영기법이므로 3차원적으로 병변의 위 치를 알 수 있어 영상 해석이 용이하며, 넷째, 더 정확한 정량분석이 가능하다는 점이다(1). PET의 단점은 PET 스캐너와 사이클로트론 장비가 고가이며 유지비가 많이 든다는 것이다. 그러나 기존 X선 전산화단층촬영(Com- puted Tomography, CT)이나 초음파같은 영상방법이 주 로 해부학적 또는 구조적 정보를 주는 데 반하여 PET은 생 리적 또는 생화학적 역할을 하는 방사성의약품을 사용하여 질병에 의한 각 장기 기능의 변화 또는 이상을 조기에 찾아 낼 수 있으며, 전신촬영이 용이한 장점이 있다. 최근에 이 러한 PET 스캐너에 CT 스캐너를 하나로 결합시킨 PET/CT 스캐너가 개발 보급되어 그 이용이 전 세계적으 로 증가하고 있다(2). 우리나라에서도 최근 PET 영상은 대 부분 PET/CT 스캐너를 사용하여 얻고 있다.

여기에서는 전신 PET/CT에 사용하는 대표적인 방사 성의약품, 전신 PET/CT 영상법, 전신 PET/CT의 임상 이용 및 유용성 등에 대하여 요약하고자 한다.

전신 PET 영상용 방사성의약품

전신 PET은 종양 분야에서 주로 사용하므로 종양 조 직에 섭취가 많이 일어나는 방사성의약품을 사용한다. 여 기에는 조직의 포도당 대사를 반영하는 F－18 Fluoro－

deoxyglucose(FDG), 아미노산 대사를 반영하는 C－11 Methionine, 세포 증식능을 평가할 수 있는 F－18 Fluorothymidine 등이 있다. 그 중 F－18 FDG가 실제 임상에서 가장 널리 사용되고 있으며, 현재 일반적으로 PET이라고 말하면 이 F－18 FDG PET을 의미한다.

암세포가 정상세포와 대사적으로 다른 특징 중의 하나 가 바로 포도당 대사율이 정상세포보다 증가되어 있는 것 이다. 이 기전으로는 세포막의 포도당수송체(glucose transporter, GLUT)의 발현 증가, 세포 내 hexokinase 의 활성도 증가 등이 알려져 있다(3, 4). F－18 FDG는 포도당 유사체로서 혈류에 비례하여 조직으로 운반된 다 음 포도당과 같은 포도당수송체에 의하여 세포 안으로 들 어가게 된다. 포도당 대사의 첫 단계인 hexokinase에 의 하여 F－18 FDG－6－phosphate로 변환되지만, 이후 단계부터는 3차원 구조가 달라 효소의 기질로 사용되지 못하고, 수용성이라 세포막도 투과하지 못하여 대사적으 로 세포 안에 고립된다(Figure 1)(3, 4). 이러한 성질을 이용하여 PET 영상을 얻는다.

전신 F－18 FDG PET/CT 영상법 기존 F－18 FDG PET 영상은 금식상태에서 방사성의 Figure 1. Cellular uptake mechanism of F－18 FDG as a PET

tracer compared with that of glucose

약품인 F－18 FDG를 정맥주사하고, F－18 FDG가 조 직에 충분히 섭취될 때까지 약 45~60분 정도 환자가 안 정을 취한 다음 25~35분 정도 전신 PET 방출영상 (emission scan)을 얻고, 이어서 15~20분 정도 전신 PET 투과영상(transmission scan)을 얻는 영상법을 일 반적으로 사용한다. 여기서 외부 511keV 방사선 선원을 이용한 PET 투과영상은 PET 방출영상에서 몸 깊은 곳 에서 나오는 광자가 조직에 의한 감쇠(attenuation)로 의해 신호가 감소하는 것을 보정하는 그대로 감쇠지도 (attenuation map)를 얻는 데 사용된다(5). 이러한 감 쇠보정(attenuation correction)은 정확한 영상판독과 표준섭취계수(standardized uptake value, SUV) 계산 과 같은 정량화에 필수적인 과정이다. F－18 FDG PET/CT에서는 외부 X선을 사용한 전신 CT 영상이 PET 투과영상을 대치하여 감쇠보정에 사용된다(5, 6).

전신 CT 영상을 전신 투과영상 대신 사용함으로써 PET/CT 영상은 기존의 PET 영상에 비하여 다음과 같 은 장점을 가지게 된다(2, 5~7).

1. 검사시간의 단축

15~20분 정도 걸리던 투과영상 대신에 1~2분 정도 걸리는 CT 영상을 사용함으로써 전체 PET 영상획득에 필요한 시간이 대폭 감소하여 환자의 검사 순응도가 향상 되고, PET 스캐너당 처리할 수 있는 검사 건수가 증가하 여 장비의 효율성이 좋아졌다.

2. 감쇠지도의 잡음 감소

CT 영상을 이용한 감쇠지도는 투과스캔을 이용한 감 쇠지도보다 약 10⁶정도 광자수가 많다. 즉, 광자수의 증 가로 인하여 감쇠지도의 잡음이 대폭 감소하여 보다 정확 한 화소단위의 측정 감쇠보정(measured attenuation

correction)이 가능해졌다. 이는 신호대비잡음도가 향상 된 감쇠보정 PET 영상을 제공해준다.

3. 하드웨어적 영상 융합

핵의학 영상같은 기능적 영상(functional imaging)과 CT같은 해부학적 영상(anatomical imaging)을 서로 융합하여 새로운 정보를 얻고, 영상 판독의 정확도를 높일 수 있다는 것은 잘 알려져 있었다. 그러나 기존 영 상융합은 주로 소프트웨어적 방법을 사용함으로써 방 법이 복잡하고 시간이 많이 걸리며, 영상융합의 정확도 가 떨어지는 단점이 있었다. PET/CT 스캐너는 기능적 영상인 PET 스캐너와 해부학적 영상인 CT 스캐너가 하드웨어적으로 하나의 장비에 통합되어 있으므로 간 단하고 아주 정확하게 서로 다른 2가지의 영상을 융합 할 수 있다. Figure 2는 대표적인 PET/CT 스캐너의 예이다.

Figure 2. Representative example of a commercialized inte- grated PET/CT scanner

전신 F－18 FDG PET의 임상이용

전신 F－18 FDG PET은 종양 영역에서 다음과 같은 임상적 유용성이 잘 알려져 있다(8, 9).

1. 결절/종괴의 감별진단

F－18 FDG PET은 결절/종괴가 있을 경우 악성과 양 성의 감별진단에 유용하다. 특히, 단일폐결절의 감별진 단, 췌장암과 종괴형성췌장염의 감별, 유방촬영술이나 조 직검사 결과가 불충분한 유방암의 진단 등에 좋은 결과가 보고되었다.

2. 악성 종양의 초기 병기결정

암의 치료방침 결정에 있어서 가장 중요한 것은 병기이 다. PET은 폐암, 식도암, 육종, 악성 림프종, 악성 흑색 종 등 많은 종양에서 기존의 해부학적 영상보다 병기결정 에 더 정확하거나 추가적인 정보를 얻을 수 있다. 또한,

일차병소를 모르는 종양 환자의 약 25~50%에서 PET이 일차병소를 찾는 데 도움이 된다.

3. 반흔과 잔류 또는 재발 종양의 감별 / 재발 진단 방사선치료 또는 항암치료 후의 반흔과 잔류 또는 재 발 종양의 감별이 해부학적 영상으로는 어려울 때가 있 다. F－18 FDG PET은 폐암, 두경부 종양, 뇌종양 등 에서 치료 후의 반흔과 잔류 또는 재발 종양이 감별에 유 용하며, 대장/직장암의 CT 추적 관찰상 비결정성 종괴 가 있을 때 이의 악성 여부 진단에 도움이 된다고 알려져 있다. 임상적으로 또는 혈청 내 종양표지자 수치가 올라 가서 종양의 재발이 의심되는 경우 F－18 FDG PET이 재발진단에 도움이 된다. 종양표지자는 대장/직장암, 유 방암, 폐암, 갑상선암, 췌장암 등에서 치료 후 추적관찰 에 사용되고 있으며, F－18 FDG PET이 해부학적 영상 에서 발견 못한 작은 크기의 재발 종양을 발견하는 데 도 움이 된다.

Table 1. Current conditions for medical insurance coverage of F－18 FDG PET for cancer in Korea Disease－－based coverage

1) Initial diagnose & staging, monitoring recurrence, therapeutic response evaluation (including restaging)

2) Monitoring recurrence, therapeutic response evaluation (including rest- aging)

Limitation of coverage times 1) Initial diagnose & staging 2) Follow－up

Lung cancer, colorectal cancer, esophageal cancer, stomach cancer, head & neck cancer, uterine cervical cancer, ovarian cancer, breast cancer, malignant melanoma, malignant lymphoma, thyroid cancer, hepatoma, hepatobiliary cancer, pancreas can- cer, metastatic brain tumor, glioma, sarcoma, neuroblastoma, Wilms’ tumor, cancer of unknown primary

Other solid cancers except tumors mentioned in 1)

Once

A) Post surgery (including interventional therapy): Once B) During chemotherapy or radiation therapy: 2 times

C) Long－term follow－up after A or B: 2 times per year for 2 years, after then once per 2 years

D) Other significant changes in patients’ conditions

4. 치료 후 추적관찰 / 재병기 결정

F－18 FDG PET은 치료효과를 조기에 판정할 수 있 는 것으로 알려져 있다. 즉 방사선치료나 항암제 치료 후 에 해부학적 영상으로 미쳐 크기가 감소되기 전에 FDG 섭취가 먼저 감소하므로 F－18 FDG PET은 치료 효과 를 조기에 판정하여 향후 치료방침 결정에 도움이 될 수 있다. 또한 임상적으로 의심되지 않은 전이/재발 병변을 찾는 데도 도움이 된다. 특히 악성 림프종, 유방암, 육종, 난소암, 두경부암, 폐암, 대장/직장암 등에서 좋은 결과 가 보고되고 있다.

5. 예후 추정

F－18 FDG의 종양섭취 정도 및 PET 소견이 여러 종 양에서 종양의 악성도 및 환자의 예후를 반영하는 것으로 알려져 있다. 뇌종양에서 FDG 섭취는 종양의 조직병리 학적 등급과 잘 일치하여 환자의 예후를 반영하는 것으로 알려져 있으며, 폐암, 식도암, 두경부암 등에서도 FDG 섭취가 높거나 섭취병변이 많을수록 더 예후가 나쁜 것으 로 알려져 있다(9~11).

이러한 유용성으로 인하여 전신 F－18 FDG PET은 2006년 6월 1일부터 우리나라에서도 종양 영역에서 의료 보험이 광범위하게 인정되어 요양급여가 시작되었다 (12). 현재 우리나라의 의료보험급여 지급기준은 Table 1과 같다(12).

전신 F－18 FDG PET/CT의 유용성

2006년 9월 현재 우리나라에서는 72대의 PET 스캐너 가 운영중에 있다. 이 중 78%인 56대가 PET/CT 스캐너 이다. 통계에서 보는 것처럼 대부분 PET 스캐너가 PET/CT 스캐너인 것은 PET/CT 영상이 PET 영상보다

많은 장점을 가지고 있기 때문이다. 앞서 전신 F－18 FDG PET/CT 영상법에서 언급한 장점들로 인하여 실제 임상에서 PET/CT 영상은 기존 PET 영상보다 다음과 같은 점에서 더 유용하다(2, 7, 13~20).

1. 생리적 섭취와 병적 병변의 감별

F－18 FDG는 포도당 대사를 반영하므로 정상적으로 포도당 대사가 증가되는 뇌, 근육, 위장관 등의 조직에 섭취되며, 또 소변으로 배출되므로 신장, 요관, 방광 등 의 비뇨생식기에 섭취가 된다. PET 영상만 보았을 경우 에는 때때로 이러한 정상 생리적 섭취가 병적 섭취와 유 사한 양상을 보일 수 있어 감별이 어려울 때가 있다. 그러 나 PET/CT에서는 CT와 융합된 영상을 제공하므로 생 리적 섭취를 병적 섭취와 쉽게 감별하여 판독의 정확도를 높인다.

2. 정확한 해부학적 위치 제공

PET 영상에서 병적 섭취를 보이는 곳의 정확한 해부학 적 위치를 아는 것은 영상의 정확한 판독에 중요하다. 특 히, 병기결정에 있어서는 병변의 위치가 바로 병기를 결정 한다. 기존 PET 영상에서는 PET 영상판독에 대한 경험 과 다른 해부학적 영상과의 비교로 병적 섭취를 보이는 병 변의 위치를 알 수 있었는데, PET/CT 영상에서는 CT와 의 영상융합으로 보다 쉽고 정확하게 병변의 위치를 알 수 있다. 또한, 임상의사들도 융합영상을 통하여 PET/CT 영 상을 수술 등의 진료에 직접 활용하기가 용이하다. Figure 3은 PET/CT가 병변의 정확한 해부학적 위치를 제공함으 로써 환자의 병기결정에 영향을 미친 증례이다.

3. PET 영상 판독의 확신도 및 정확도 향상

위에서 언급한 것처럼 PET/CT 영상은 생리적 섭취와

병적 병변의 우수한 감별능과 정확한 해부학적 위치 정보 를 제공함으로써 기존 PET 영상에 비하여 핵의학 의사 의 PET 영상 판독에 대한 확신도와 정확도를 유의하게 향상시킨다. 여러 연구에서 PET/CT는 PET 영상에 비 하여 판독이 애매한 병변의 수를 약 50% 정도 감소시키 며, 전체 환자의 약 50%에서 추가적인 정보를 제공하고, 이로 인하여 15~30%의 환자에서 치료방침 결정에 영향 을 끼쳤다(13, 14). 폐암, 두경부암, 식도암 등에서는 PET/CT가 PET보다 통계적으로 유의하게 더 정확한 것

으로 보고되고 있다(15~17). 또한 PET/CT는 이차성 원발종양(second primary cancer)을 발견하는 데에도 PET보다 더 유용하다(18).

4. 방사선치료 계획 수립

종양 환자에서 방사선치료 계획 수립에 조영증강 CT 가 주로 사용되어 왔다. 최근에는 조영증강한 PET/CT를 이용하여 해부학적 병변의 크기와 대사적 병변의 크기를 동시에 고려하여 계획을 수립하고 방사선치료를 시행하 Figure 3. A 60－year－old female patient with right lung cancer had an abnormal focal F－18 FDG uptake in the right lower neck area mimicking N3 lymph node metastasis. However, fused PET/CT images revealed that it was a focal lesion in the right thyroid gland, which was proved to be a papillary thyroid cancer by fine needle aspiration cytology and biopsy

는 시도가 계속되고 있다. 폐암, 두경부암 등에서 PET/

CT를 이용하여 방사선치료를 계획한 경우 기존 방법보 다 종양억제확률(tumor control probability)을 향상시 키고, 표적과 각종 표적체적(target volume)을 정하는 데 영향을 미친다(19, 20).

결 론

전신 F－18 FDG PET/CT는 종양 영역에서 결절/종 괴의 감별진단, 암의 초기병기 결정, 재발 판정, 치료 반 응 평가 및 추적관찰에 유용한 검사이다. PET/CT는 PET보다 검사시간이 짧고, 융합영상의 제공으로 영상판 독의 확신도 및 정확도를 향상시키고 방사선 치료 계획 수립에 도움이 된다. 따라서 종양에서는 PET보다는 PET/CT 스캐너로 영상을 얻는 것이 더 좋다. 우리나라 에서는 PET/CT 스캐너의 보급 증가와 최근의 의료보험 급여 개시로 인하여 종양에서 전신 PET/CT가 적은 환자 의 비용 부담으로 쉽게 할 수 있는 검사가 되었다. 향후 전신 PET/CT의 사용이 보다 많이 증가하여 의료의 질 향상에 기여할 것으로 기대한다.

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Peer Reviewer Commentary

본 논문은 최근 의료보험급여가 적용되어 암환자의 진료에 큰 도움을 주고 있는 전신 CT 보정 PET(일명 PET－

CT)에 대한 기계적 특징의 소개와, 이 기기를 이용한 암 진단과 치료에 대한 전반적 원리, 적응증, 장점 등을 포괄적 으로 정리하여 핵의학을 전공하지 않는 의료진들의 이해를 돕게 기술되어 있다. CT를 부착한 PET 기계는 논문에서 기술하였듯이 해부학적 진단까지 추가로 얻을 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 기존 PET으로는 촬영 시간이 오래 걸려 중증 질환 환자에게는 고통스러운 검사일 수 있었던 점을 CT로 감쇄보정을 시행함으로써 약 20분 정도의 촬영 시간을 단축시켜 불편함을 줄일 수 있는 장점도 가지고 있다. 이 기기를 이용하여 다양한 암 질환의 진단적 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 예후 추정이 가능하고 항암제 혹은 방사선 치료의 반응을 조기에 확인함으로써 치료 방침 의 변화를 줄 수 있는 획기적 진단 방법으로 알려져 있다. 그러나 모든 암 환자에게 적용되거나 도움을 줄 수 있는 것은 아니며, 조기 위암, 대장 폴립, 1cm 미만의 작은 암 및 일부 암세포에서는 포도당 대사가 높지 않은 경우가 있 으므로 PET－CT의 한계를 정확히 숙지할 필요가 있음을 고려하여야 하겠다.

이 종 두 (연세의대 핵의학과)