» èD ß D Ô Ý ÿ 2 ñnewmain.kofst.or.kr/userfiles/att_bbs/정밀 핵의학... · 2012-03-29 · ¤ ´ > Ý ÿ Ñ ( : y ù * L y Ú º t d J à ¤ z % Ñ ñu 8 * Þ Ý $ ç Õ

정 핵의학 의료 상기술 동향

이충희(전문연구위원)

- i -

< 목 차 >

제1장 서론 ·····························································································1

1. 의료 상기술의 개요 ··············································································1

가. 의료 상기술의 분류 및 정의 ·······················································2

나. 의료 상기기의 기술변천 ·······························································8

2. 핵의학의료 상기술의 정의 및 응용 ················································10

가. PET ···································································································10

나. SPECT ······························································································15

제2장 정 핵의학 상기술의 연구개발 동향 ························19

1. PET ··········································································································19

가. PET의 원리 ·····················································································19

나. 의료용 사이클로트론과 양전자 방출체 표지

방사성의약품제조기술 ···································································22

다. 감마선 검출시스템 ·······································································25

라. 상재구성기술 ···············································································35

마. 3차원 데이터획득과 상재구성 ·················································40

바. 주요국의 PET기술 관련 Link ·····················································44

2. SPECT ·····································································································49

가. SPECT의 원리와 SPECT시스템 설계 ········································49

나. 단일광자방출체 표지 방사성의약품 제조기술 ·························52

다. 감마선 검출용 섬광카메라기술 ···················································55

라. SPECT 투 데이터 획득 및 상재구성기술 ··························67

3. PET, SPECT의 다른 의료 상기술과의 융합 ·································73

4. 국내 연구개발 동향 ··············································································74

- ii -

가. PET ···································································································74

나. SPECT ······························································································79

제3장 국내외 기술정보 분석 ··························································80

1. 학술정보 분석 ························································································80

가. PET와 SPECT의 연도별, 기술분야별 기술문헌 분석 ············80

나. 국가와 연구기관별 관련 논문실적 분석 ···································83

2. 기술특허 분석 ························································································94

가. PET기술의 국내외 특허 동향 ·····················································94

나. SPECT기술의 국내외 특허 동향 ················································95

제4장 국내외 시장 동향 ··································································98

1. 국내시장 및 업체동향 ··········································································98

2 세계 시장 및 업체동향 ·······································································101

제5장 주요국의 관련 기술수준 비교분석 ·································105

1. 주요국의 보건의료분야 정책 및 R & D 투자 ·····························105

2. 연구개발 기관수와 수준 ··································································106

3. PET, SPECT기술 특허 현황 ·····························································107

4. PET, SPECT기기 생산업체의 기술력과 세계시장 점유율 ·········108

5. 경쟁력 비교분석 ··················································································111

제6장 결론 ·························································································112

<참고문헌> ························································································115

- iii -

< 표 목차 >

<표 2-1> PET에 사용되는 양전자 방출 방사성동위원소 ························23

<표 2-2> 핵반응에 의해 생성된 방사성동위원소 ·····································24

<표 2-3> 생의학연구용으로 합성된 양전자방출체 표지 방사성 화합물 ··24

<표 2-4> 섬광결정의 물리적 특성 ·····························································26

<표 2-5> YSO, LSO, GSO, LGSO 섬광결정의 섬광특성

(511keV에 대한) ···········································································26

<표 2-6> PET-Related Links ·······································································45

<표 2-7> AAPM이 제공한 세계 주요국의 PET Center 현황 ················46

<표 2-8> SPECT용 방사성동위원소의 종류, 특성 및 용도 ····················53

<표 2-9> 대표적인 SPECT용 섬광결정의 종류와 물리적 특성 ··············59

<표 2-10> CGIR에서 개발한 SPECT용 감마선 검출기 ·····························59

<표 2-11> 국내의 PET스캐너와 사이클로트론의 도입․설치 현황 ·········76

<표 2-12> 과학기술부 등이 지원한 PET 관련 연구과제 현황 ················78

<표 3-1> 국가별, 연구기관별 PET 관련논문 발표실적(2001~2003년) ···86

<표 3-2> 주요국의 SPECT기술 관련 연구기관과 연구분야 ···················93

<표 4-1> 국내 의료 상진단기기 생산현황 ··············································98

<표 4-2> 의료 상진단기기 관련 주요품목별 수입현황 ·························98

<표 4-3> 의료 상기기 관련 주요 품목별 수출 현황 ···························100

<표 4-4> 국내 의료 상기기 업체별 제품개발 수준현황 ·····················100

<표 4-5> 세계의 의료 상기기 시장동향 ················································101

<표 4-6> 주요국의 의료 상기기 시장 동향 ··········································102

<표 4-7> 세계 주요 핵의학 상기기 생산업체 현황 ···························104

<표 5-1> 주요국의 핵의학 상기술 관련 특허건수 비교 ····················108

- iv -

< 그림 목차 >

<그림 1-1> 전자의료기기의 분류별 세계시장 점유율(1997년) ····················2

<그림 1-2> 각종 의료 상기술의 측정원리 개략도 ······································4

<그림 1-3> 진단에 사용되는 의료 상기술 분류별 분포 ····························5

<그림 1-4> 정상 뇌의 FDG PET 상과 MRI 상 및 이들의 합성 상···12

<그림 1-5> 알츠하이머병의 뇌 PET 상·····················································12

<그림 1-6> (a) 정상뇌의 PET 상, (b) 간질병자 뇌의 PET 상··············12

<그림 1-7> 정상인의 전신 뼈 PET 상·······················································13

<그림 1-8> 스트레스를 받은 심장의 PET 상(위의 두 그림)과

정상심장(아래 두 그림)의 PET 상·········································14

<그림 1-9> (a) 심근경색(심장마비)를 일으킨 심장의 PET 상,

(b)정상심장의 PET 상·····························································15

<그림 1-10> 심장이식환자와 우회 수술한 환자의 심장 PET 상··············15

<그림 1-11> 정상 뇌의 SPECT 상, MRI 상 및 합성 상························16

<그림 1-12> 종양이 있는 뇌의 SPECT 상, MRI 상 및 합성 상···········17

<그림 1-13> (a) 종양 있는 뇌와 (b) 알츠하이머병의 뇌기능 SPECT 상··17

<그림 1-14> 정상(rest)심장과 운동으로 스트레스 받은 심장의

SPECT 상··················································································18

<그림 2-1> 양전자와 전자의 소멸로 두개의 511keV 감마선이 방출된다. ·· 20

<그림 2-2> 소멸에 의해 방출된 감마선의 동시검출 원리도 ·····················20

<그림 2-3> PET 스캐너의 원형링 검출기···················································21

<그림 2-4> (a) PET scanner(GE), (b) 전신촬 용 PET scanner ···············21

<그림 2-5> (a)사이클로트론의 원리도, (b)의료용 사이클로트론의 구조 ··22

<그림 2-6> 블록검출기(block detector)의 구조 및 작동원리 ····················28

- v -

<그림 2-7> LAAPD와 PMT와의 양자효율 비교·········································29

<그림 2-8> LAAPD의 실물사진(Advanced Photonix Inc.제품) ················30

<그림 2-9> (a) 4x4 APD 어레이, (b) 8x8 APD어레이······························31

<그림 2-10> 감마선의 광로차로 인한 오차··················································32

<그림 2-11> 중심축 밖에서 생기는 감마선 방출에 대한 공간해상도의

감소 ·····························································································33

<그림 2-12> PET에 사용되는 동시계수시스템 구성도 ·································34

<그림 2-13> PET 상 재구성원리 (a) PET스캐너에서의 동시측정선, (b)

투 데이터를 위치와 각도의 함수로 배열한 환자의 4개

단면에 대한 사이노그램(sinogram), (c) 재구성한 4개

단면의 단층 상·········································································35

<그림 2-14> 평행투 데이터로 얻은 사이노그램(sinogram) ·······················36

<그림 2-15> (a) MAP로 재구성한 PET 상, (b) FBP로 재구성한

PET 상······················································································40

<그림 2-16> PET에 있어 동시계수의 세 가지 경우 ····································41

<그림 2-17> PET용 다층검출기 링의 구조 ···················································42

<그림 2-18> SPECT의 원리도 ········································································49

<그림 2-19> (a) 2개 헤드(Siemens), (b) 3개 헤드 SPECT시스템 ···············50

<그림 2-20> SPECT시스템의 시대에 따른 발전 유형 ··································51

<그림 2-21> SPECT용 1개, 2개, 3개, 4개 다중섬광카메라의 배치도 ·········51

<그림 2-22> 혼합형 뇌SPECT시스템 설계도(Univ. of Arizona) ·················52

<그림 2-23> 99mTc-SESTAMIBI(Cardiolite)의 구조식 ·································54

<그림 2-24> 섬광카메라의 구성도 (a) 측면도,

(b) 상면도(PMT array) ······························································55

<그림 2-25> SPECT용 조준기의 종류(A), (B)는 육각형 구멍모양

조준기 ·······················································································56

<그림 2-26> 부채빔조준기(왼쪽)와 원추빔조준기(오른쪽)의 구조 ··············57

- vi -

<그림 2-27> 위치감지형 PMT어레이의 16x16 변형 Anger전류분배회로 ···61

<그림 2-28> CdZnTe의 표면처리 전후의 감마선검출 분해능 ····················64

<그림 2-29> 실린더형 co-planar grid 검출기···············································64

<그림 2-30> 감마선 검출기어레이에 수직한 방향의 평행투 ···················69

<그림 2-31> (a) 머리 phantom의 단층 상 f(x,y),

(b) 그림(a)의 Radon변환 ···························································70

<그림 2-32> (a) 계산하기 위해 사용한 phantom, (b) FBP방법으로 얻은

phantom의 수평단층 상··························································71

<그림 2-33> 원래대상물의 상 f(x,y) (A), 사이노그램 (B), 여과 후

사이노그램 (C), 여과하지 않은 사이노그램으로 재구성한

상 (D), 여과한 사이노그램으로 재구성한 상 (E) ············72

<그림 2-34> (a) CT, (b) PET(감쇠보정), (c) PET-CT,

(d) PET(감쇠비보정)로 촬 한 전신 상의 비교····················73

<그림 2-35> 국내의 PET 이용 건수······························································77

<그림 3-1> 연도별 PET 문헌건수(1974~2003년)(COMPENDEX) ···············80

<그림 3-2> 기술분야별 PET 문헌건수(1974~2003년) ··································81

<그림 3-3> 연도별 SPECT 문헌건수(1979~2003년)(COMPENDEX) ··········82

<그림 3-4> 기술분야별 SPECT 문헌건수(1979~2003년) ·····························82

<그림 3-5> 지역별 PET 관련논문 발표실적(2001~2003년) ························85

<그림 3-6> 국가별 PET 관련논문 발표실적(2001~2003년) ························85

<그림 3-7> 주요 국가별 PET기술특허 현황(1982~2004년10월) ·················94

<그림 3-8> 주요국의 연도별(1982~2004년 10월) PET기술특허 현황 ········95

<그림 3-9> 주요 국가별 SPECT기술특허 현황(1985~2004년 10월) ···········96

<그림 3-10> 주요국의 연도별(1985~2004년 10월) SPECT기술특허 현황 ···97

<그림 4-1> 주요 의료 상기기 수입현황 ····················································99

- vii -

<그림 4-2> 세계의 의료 상기기 시장동향···············································101

<그림 4-3> 주요국의 의료 상기기 시장 동향·········································103

<그림 5-1> 주요국의 보건의료분야/생명공학분야 R & D투자

현황(2001년) ··············································································106

<그림 5-2> 의료 상기기 업체별 세계시장 점유율(1998년) ····················110

- ix -

<정 핵의학 의료 상기술 동향>

초 록

핵의학의료 상기술은 PET 및 SPECT와 같이 미소량의 방사성물질

을 생체 내에 주입, 확산시켜 특정한 기관, 뼈 및 조직 내의 방사성동

위원소가 방출하는 감마선을 검출하여 상을 재구성하는 기술로서

조직의 생리학적 기능 상을 제공하므로 암이나 질병을 조기에 진단

할 수 있다. 본 보고서에서는 한국, 미국, 유럽, 일본 등 주요국의 정

핵의학 의료 상기술(PET, SPECT) 관련 산업정책 및 R & D 투자,

연구개발 동향, 연구기관 수와 수준, 기술특허동향, 국내외 시장동향

및 업체의 기술력 등을 비교 분석하고 국내의 PET, SPECT 등 정

핵의학 의료 상기술의 당면과제와 발전방향을 제시 하 다. 주요국

의 정 핵의학 의료 상기술 전체 경쟁력은 미국이 1위이고 다음은

유럽, 일본. 한국 순으로서 한국은 국가의 보건의료분야에 대한 산업

정책의 우선순위 및 R & D투자, PET, SPECT기술 관련 연구수준, 특

허건수, 관련 생산업체가 전무한 점 등 가장 열세를 보이고 있다. 한

국의 PET, SPECT 기술개발 수준은 1999년부터 정부의 특정연구비 지

원이 시작된 초기단계이며 국내 의료기기업체의 세성으로 인하여

집중투자와 복합적인 연구개발이 어려운 실정이므로, 암의 조기진단

등 21세기 삶의 질 향상을 위하여 필수적인 PET, SPECT 기술의 경쟁

력 확보를 위한 국가적 차원의 체계적인 지원이 필요하다.

- 1 -

제1장 서론

1. 의료 상기술의 개요

□ MEDIC 자료에 의하면(1) 1997년도 세계의 전자의료기기 시장규

모는 262억 달러이고, 연평균 6.2% 성장으로 2002년에는 272억

달러이고, 2010년에는 540억 달러로 성장할 것으로 예측하고 있

다. 전자의료기기산업은 미국, 유럽, 일본이 세계시장의 85%를

점유하고 있고 한국은 1%를 점유하고 있을 뿐이어서 선진국

독점형 첨단산업에 해당되며, 전자공학, 기계공학, 컴퓨터공학,

물리학, 화학, 의학, 생리학 등의 다학제간 연구의 첨단산업으로

전자부품 및 반도체 산업보다 고부가가치 산업으로 21세기 10

개 전략산업 중의 하나이다.

□ 전자의료기기는 ① 의료 상진단기, ② 생체신호계측기, ③ 분석

기, ④ 치료기, ⑤ 재활기기, ⑥ 인공장기, ⑦ 의료정보시스템 등으

로 분류하며 분류별 세계시장 점유율을 보면 <그림 1-1>과 같이

의료 상진단기가 45%, 생체신호계측기와 분석기가 각각 15%, 의

료정보시스템이 8%, 치료기와 인공장기가 각각 6%, 재활기기가

5%를 점유하고 있다.

□ 문명사회의 고령화시대를 대비하여 삶의 질을 향상시키면서 의

료기기에 대한 관심이 비상히 높아지고 있으며, 오늘날 의료기

기는 우리들의 일상생활에 있어 필요불가결한 기술이 되었다.

미국, 일본 등 선진국에서는 보건․의료 분야의 정책우선순위가

제1순위이나 아직 우리나라는 정책이나 R&D 투자면에서 낙후

되어 있다.

- 2 -

□ 국가기술지도 2012 비전별 실천전략 중 “건강한 생명사회 지향”

을 실현하기 위해 질병예방․진단․치료의 혁신이 필요하며(2),

이에 의료 상(진단)기술은 비침습적으로(non-invasive) 눈으로

볼 수 없는 생체 내부를 상화하여 질병을 진단하는 고부가가

치 첨단기술로서 의료기기산업의 중심 기술이므로 중점육성을

통하여 의료기기산업을 발전시키는 견인차 역할을 할 수 있을

것이다. 최근에는 비침습적으로 생체 내의 단층 상이나 3차원

상을 얻는 의료 상(진단)기기의 활용․보급이 놀라울 정도로

확대 되었으며, 치료․수술 시에 의료 상기기를 활용하는 기술

이 실용화되고 있어 앞으로 의료 상기기의 의료상의 중요성이

더욱 커질 것으로 생각된다.

<그림 1-1> 전자의료기기의 분류별 세계시장 점유율(1997년)(3)

생체신호계측기15%

분석기15%

의료정보시스템8%인공장기

6%

치료기6%

재활기기5%

의료영상진단기45%

자료 : http:www.medinet.or.kr/vision2010/present/sales.htm

가. 의료 상기술의 분류 및 정의

□ 의료 상(진단)기술이란 X선, 초음파를 생체에 조사하거나, 양성

- 3 -

자방출동위원소 또는 단일광자(감마선)방출 동위원소 의약품을

생체에 주입하거나, 자기장 속에 놓인 생체에 핵자기공명 주파

수의 고주파를 조사하여 발생하는 상신호를 측정, 컴퓨터로

연산 처리하여 상으로 재구성하는 기술로서 비침습적으로 생

체내부를 상으로 나타내어 질병진단에 필요한 정보를 제공하

는 기술이다.

□ 현재 주요한 의료 상(진단)기술(modality라 함)은 다음과 같이

8가지 종류로 분류할 수 있다.

① X선 상기술

② CT(전산화단층촬 기술, Computed Tomography)

③ 초음파 상진단기술

④ MRI(자기공명 상진단기술, Magnetic Resonance Imaging)

⑤ 핵의학의료 상기술(Nuclear Medicine Imaging) : PET, SPECT

⑥ OCT(광간섭단층촬 기술, Optical Coherence Tomography)

⑦ OT(광단층촬 기술, Optical Tomography)

⑧ TPI(테라헤르츠 펄스 상기술, Terahertz Pulsed Imaging)

□ 이들 중 X선 상기술, CT, 핵의학의료 상기술(PET, SPECT)은

방사선 신호를 직접 상화하므로 방사선이용 의료 상기술이

라 하고 기타 의료 상기술은 방사선을 이용하지 않음으로 비

방사성이용 의료 상기술이다. OCT, OT, TPI 등은 다른 상기

술에 비해 비교적 최근에 개발된 기술이어서 임상에서 많이 사

용되고 있는 ①~⑤ 의료 상기술의 측정원리를 <그림 1-2>에서

비교하 다.

- 4 -

<그림 1-2> 각종 의료영상기술의 측정원리 개략도(4)

□ 1895년 독일의 뢴트겐(W. C. Rontgen)에 의해 X선이 발견된 이

래 오늘에 이르기까지 X선 상기술은 비침습적으로 생체 내부

를 진단하는 임상의학에 있어 의료 상(진단)기술의 주류를 이

루어 왔다. <그림 1-3>에서와 같이 진단에 사용되는 의료 상기

술 분류별 분포를 보면 X선 상기술이 70%, 초음파진단기술이

11%, CT가 8%, MRI가 5%, 형광조 술(Fluoroscopy)이 3%, 핵

의학 상기술이 3%로 되어있다.

- 5 -

<그림 1-3> 진단에 사용되는 의료영상기술 분류별 분포(5)

자료 : http://www.fujimed.com/medical/cr-basics.html

□ 주요 의료 상기술 중 X선 상기술, CT, 초음파 상진단기술,

MRI, 정의와 특징은 다음과 같다.

(1) X선 상기술(X-ray imaging, Radiography)(6)

□ X선 상기술(X-ray imaging, Radiography)은 X선을 생체에 조

사하여 각 부위 조직의 투과된 X선의 감쇄특성을 이용하여 평

면형광판이나 필름에 생체 내부의 구조를 상화하는 기술로

MRI, CT, PET 등 다른 상진단기술에 비해 제일 오래된 생체

를 비침습적으로 진단하는 기술이다. X선 상기술은 생체를 투

과한 X선이 형광스크린에 닿으면 형광판이 X선을 흡수하고 발

생한 빛의 상을 사진필름에 옮기는 필름․스크린조 술과 혈

관의 상을 보기 위한 필름혈관조 술(Film substraction

angiography) 및 유방암을 진단하기 위한 유방X선조 술

(Mammography) 등으로 구분할 수 있는데 필름X선조 술은 아

날로그 방식으로 상의 질의 한계가 있다.

□ 따라서 X선필름 대신에 최근에 개발 중인 디지털X선검출기를

- 6 -

사용한 디지털X선조 술(Digital Radiography, DR)은 검출기에

들어온 X선이 섬광체(scintillator)를 통과하면서 빛으로 변환되

고, 이 빛이 검출기매트릭스(matrix)층을 통해 전기적인 신호로

변환된 것을 디지털신호로 바꾸어 컴퓨터로 상화하는 기술이

다. DR의 장점은 X선 상 획득시간이 수초 정도로 짧아 X선

조사량이 적어 방사선 위험을 감소시킬 수 있고 디지털 상데

이터를 컴퓨터로 처리함으로써 상의 질과 진단의 정확성을

높일 수 있다는 것이다. 또한 상을 필름대신 고 도정보기록

매체로 저장 가능하며 상을 전송할 수 있음으로 진료서비스

의 질을 높일 수 있다.

(2) CT(전산화단층찰 기술, Computed Tomography)(7)

□ CT는 생체에 X선을 한 단면 주위로 돌면서 조사하여 각 부위

조직의 투과된 X선 세기를 측정하고 각 부위(각점)의 흡수계수

를 컴퓨터로 연산처리하여 농담표시에 따른 상으로 재구성하

는 기술이다. CT는 생체가 정지해 있는 상태에서 X선관을 생체

의 한 단면주위로 회전시킬 때 불연속적인 데이터를 얻는 재래

식 CT와 X선관이 회전하는 동안 생체를 축방향으로 움직이게

하여 생체 주위에 X선을 나선형으로 회전시키면서 조사하여 원

하는 부위의 볼륨데이터를 얻은 후 상을 재구성하는 나선형

CT(Spiral CT)가 있다. 나선형CT는 X선 조사량을 늘이지 않고

연속적인 고속다층촬 이 가능하므로 임의의 방향과 간격으로

상을 재구성할 수 있고 3차원 상을 얻을 수 있는 장점이

있다. CT는 인체의 두경부, 흉부, 복부 등의 상 촬 에 이용

될 뿐만 아니라 X선 대신 감마선을 사용하여 두꺼운 부품의 내

부를 3차원으로 촬 할 수 있다.

- 7 -

(3) 초음파 상진단기술(Diagnostic Ultrasound Scanner)(8)

□ 초음파 상진단기기(Diagnostic Ultrasound Scanner)는 생체의

특정부위에 초음파를 스캔(scan)하면서 투사하여 감쇄된 투과초

음파를 검출하거나(투과법) 또는 음향임피던스가 서로 다른 매

질로 이루어진 경계면에서 반사하는 초음파를 검출(반사법), 신

호처리 하여 컴퓨터를 통하여 재구성, 상화하는 기술이다. 초

음파 상진단 방식에는 생체 내 장기의 위치, 크기, 형태에 따

라 스캔, 기록방법이 다르며 A형식(mode), B형식, 도플러형식

등이 있다. A형식은 초음파가 임상에 쓰 던 초기부터 이용되

었으나 현재는 다른 형식과 병행하여 진단의 정확성을 높이기

위해 사용되는 정도이다. B형식은 반사초음파(echo)의 세기를

휘도변조(brightness modulation)하여 휘점으로 하고, 이 휘점을

순차로 이동시킴으로서 이동방향에 수직한 면의 단층 상을 얻

는 방법으로 가장 일반적인 초음파진단방법이다.

□ 초음파 상진단기기는 생체내부를 비침습적으로 상화하여 CT,

SPECT와는 달리 MRI와 같이 인체에 해가 없으며 MRI, CT에

비해 가격과 검사료가 저렴하고 실시간(real time) 상이 가능

한 장점을 갖고 있으나 해상도가 나쁘다는 단점이 있다. 초음

파 상진단기기는 내과, 산부인과, 소아과, 비뇨기과, 안과, 방

사선과 등 거의 모든 분야에서 사용되고 있다.

(4) MRI(자기공명 상진단기술, Magnetic Resonance Imaging)(7)

□ MRI는 물질을 강한 자기장 속에 넣었을 때 물질 속의 원자핵의

자기모멘트와 자기장과의 상호작용에 의해 등간격의 에너지준위

- 8 -

가 생기는데 이 에너지준위간격에 해당한 고주파를 가하면 공명

흡수가 생기는 핵자기공명(NMR)의 원리를 이용하여 물질의

NMR흡수신호를 컴퓨터로 상화한 것이 MRI인 것이다. 즉, 인

체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측정하여 컴퓨터를 통하여

다시 재구성, 상화하는 기술이다. MRI는 X선처럼 이온화 전자

기파가 아니므로 인체에 무해하고, 3-D 상화가 가능하며 컴퓨

터단층촬 (CT)에 비해 대조도(contrast)와 해상도가 뛰어나다.

횡단면 촬 만이 가능한 CT와는 달리 관상면과 시상면도 촬 할

수 있고, 필요한 각도의 상을 검사자가 선택하여 촬 할 수 있

다. MRI는 주로 중추신경계, 두경부, 척주와 척수 등 신경계통의

환자에게 이용되나 이용범위는 넓다. MRI는 위에서 설명한 장점

외에 장치가격이 고가이며 검사료가 비싸 예를 들면 몸 전체를

촬 할 경우 100~300만 달러의 비용이 드는 단점이 있다. 앞으로

저렴한 가격의 고해상도의 MRI장치를 개발하여 검사비용을 저

렴하게 하는 것이 필요하다.

나. 의료 상기기의 기술변천(4,7)

□ X선 상기기는 1895년 X선 발견 이후 오랫동안 아날로그식 필

름X선 상기술을 사용하 으나 1980년대부터 상신호의 디지

털화 기술이 급격히 발전하여 1990년대 이후에는 필름대신 검

출기의 소형화에 의해 치과치료 등에 응용되었고, 고속 상처리

에 의해 3차원 상획득기술이 발전하 다.

□ CT는 1972년에 국방사선학회에서 G. Hounsfield에 의해 발표

된 후 임상진단에 CT가 도입되어 활발한 기술개발이 이루어졌

다. 1985년 환자가 탄 침대를 축 방향으로 움직여 고속으로 연

- 9 -

속 스캔하는 CT가 개발되었고, 1990년경에는 복수의 다른 각도

에서 촬 할 수 있는 다중슬라이스(multi slice) CT가 실용화되어

환자의 부담을 줄이고 촬 의 고속화가 이루어졌다. 현재는 해

상도의 향상, 저피폭량을 목표로 한 기술개발이 진행되고 있다.

□ 초음파 상진단기는 1980년대에 처음으로 도플러효과를 이용하

여 혈류 상을 측정하는 칼라도플러 초음파 상기가 실용화되었

으며 1980년대 후반에는 고주파 정보를 상재구성에 이용하는

기술, 조 제(造影劑)에 의한 상신호 증폭기술의 연구가 활발

해졌다. 1990년대 전반에는 고주파 신호처리기술이 개발되어 반

사파의 빔포밍(beam forming)을 디지털 처리하는 기술이 실용

화되었다. 그 결과 조 제를 사용한 고주파 상이 실현되었다.

현재는 인체조직의 실시간 3차원 상기술에 대한 연구가 진행

되고 있다.

□ MRI장치는 1950년대에 E. M. Purcell과 F. Bloch 등에 의해 핵

자기공명(NMR)분광학이 개발되었고, 1980년대에는 NMR스펙트

럼을 MRI장치로 상화하는 기술이 실현되었고, MRI장치로 얻

을 수 있는 정보의 종류가 비약적으로 발전하 다. 1990년대 이

후에는 생체의 기능을 측정․진단할 수 있는 f-MRI(functional

MRI)의 연구개발, 고속 상 획득을 위한 연구개발, 진단․치료

를 위한 환자의 촬 을 쉽게 할 수 있는 개방형MRI(Open

MRI), 복수 코일을 사용한 검출방식의 개선에 의해 인체전체를

고속으로 촬 할 수 있는 평행 상(parallel imaging)기술 개발

이 활발해졌다.

□ 핵의학 상기기는 인체에 투입한 방사성동위원소에서 방출하는

- 10 -

ϒ선을 측정하여 상화하는 기술로 병소의 위치를 인식하는 ϒ

카메라로부터 1980년경에는 단층 상을 재구성하는 PET, 1985

년경에는 PET에 비해 각 방향에서 단층 상을 얻을 수 있는

SPECT가 개발되었다. 1990년대 이후에는 인체에 폐쇄감을 주지

않는 검출기의 배치나, 다른 종류의 상진단장치의 상을 융

합․조합하여 진단의 정확성을 높이는 연구가 진행되고 있다.

2. 핵의학의료 상기술의 정의 및 응용

□ 핵의학(nuclear medicine)은 방사성동위원소(radioisotope)를 사용하

여 병을 예방, 진단 및 치료하는 의료 분야를 말한다. 핵의학의료

상(진단)기술(nuclear medicine imaging)은 미소량의 방사성물질

을 인체 내에 주입, 확산시켜 특정한 기관, 뼈 및 조직 내의 방사

성동위원소가 방출하는 감마선을 검출하여 상을 재구성하는 기

술이다. 핵의학의료 상기술은 조직의 구조 상뿐만 아니라 생리

학적 기능 상을 제공하므로 암이나 병을 조기에 진단할 수 있다.

가. PET

□ PET(양전자방출단층촬 기술, Positron Emission Tomography)

는 생체 내에 양전자를 방출하는 방사성의약품을 정맥주사 또

는 흡입으로 주입한 후 양전자 소멸현상에 의해 발생한 감마선

이 생체를 투과한 것을 생체를 둘러싸고 있는 원형링 모양의

검출기로 측정하여 양전자 방출핵종의 체내 분포를 컴퓨터로

연산처리하여 상으로 재구성하는 기술이다.

□ CT와 MRI는 생체의 해부학적(형태학적) 상을 제공하는 반면

- 11 -

PET는 생체의 생화학적 현상인 생체기능 상을 제공한다. 즉

PET는 혈류량, 기저대사율 및 합성율을 측정할 수 있고 신경수

용체와 전달체 농도 측정 및 유전자의 상화도 가능하다. PET

는 뇌신경계, 심장질환, 종양진단에 이용되어, 예를 들면 알츠하

이머병에서 나타나는 특징적인 뇌대사를 관찰할 수 있고 간질

병소의 규명에 있어 CT, MRI로는 발견할 수 없는 FDG-PET

상은 정확한 정보를 제공해준다.

□ 뇌종양 및 뇌질환

○ <그림 1-4>는 정상 뇌의 FDG PET 상(왼쪽), MRI 상(가운

데)과 이들의 합성 상(오른쪽)을 보여주고 있다. MRI 상은

뇌의 구조 상이며 PET 상은 기능 상임을 알 수 있다. 암

조직은 정상 조직보다 방사성동위원소를 더 많이 흡수하므

로 정상조직과 다른 상으로 나타난다. <그림 1-5>는 알츠

하이머(alzheimer)병의 뇌PET 상으로 왼쪽 그림은 정상 뇌

의 상이고 오른쪽 그림은 알츠하이머병자의 뇌 상으로

화살표는 신진대사가 감소한 부분을 나타낸다. <그림 1-6>

(b)는 간질병자 뇌의 PET 상을 (a)정상 뇌의 PET 상과 비

교한 것으로 그림(b)의 화살표는 간질병 원인이 되는 뇌 부

위를 나타낸다.

- 12 -

<그림 1-4> 정상 뇌의 FDG PET영상과 MRI영상 및 이들의 합성영상(9)

FDG PET 상

MRI 상

합성 상

<그림 1-5> 알츠하이머병의 뇌 PET영상(10)

<그림 1-6> (a) 정상뇌의 PET영상, (b) 간질병자 뇌의 PET영상(11)

(a) (b)

- 13 -

□ 뼈의 질환

○ 병든 뼈 조직은 더 많은 세포활동을 하게 되므로 방사성동위

원소를 더 많이 흡수하여 뼈의 염증을 X선이나 CT보다 조기

에 진단할 수 있다. PET나 SPECT는 X선 상을 얻을 수 없

는 기관이나 조직을 상화 하는데 사용된다. <그림 1-7>은

전신의 뼈를 PET로 촬 한 것이다. 뼈의 PET/SPECT 상은

유방암을 포함한 여러 종류의 암을 진단․평가하는 데 중요

하다. 즉 뼈 암의 확산 및 2차 암의 성장 등을 예로 들 수 있

다. X선으로는 뼈의 부러진 곳을 볼 수 있으나 PET/SPECT

상은 뼈의 종양 등 기능 상을 제공한다.

<그림 1-7> 정상인의 전신 뼈 PET영상(12)

□ 심장병

○ PET/SPECT 상은 심장병 진단․치료에 중요하다. 예를 들면

심장 상은 심장박동, 심장근육의 혈관 상을 제공하며 심장

- 14 -

근육의 기능을 볼 수 있다. <그림 1-8>은 운동으로 인한 스트

레스를 심장에 가했을 때(위의 두 그림)와 정상심장(아래 두

그림)의 PET 상을 비교한 것이다. <그림 1-9> (a)는 심근경

색(심장마비)를 일으킨 심장의 PET 상이고 화살표는 심장마

비로 파괴된 죽은 심근조직의 부위를 가리킨다. 환자는 관상

동맥을 우회(bypass)시킬 심장수술을 받을 필요가 없음을 알

수 있다. 그림 (b)는 정상심장의 PET 상이다. PET 상은 심

장조직의 생존능력을 결정하는 표준으로 사용된다. 즉 PET는

우회(bypass)수술이나 심장이식이 적절한 치료인지를 결정하

는데 사용된다(<그림 1-10> 참조).

<그림 1-8> 스트레스를 받은 심장의 PET영상(위의 두 그림)과

정상심장(아래 두 그림)의 PET영상(12)

- 15 -

<그림 1-9> (a) 심근경색(심장마비)를 일으킨 심장의 PET영상,

(b)정상심장의 PET영상(11)

(a) (b)

<그림 1-10> 심장이식환자와 우회 수술한 환자의 심장 PET영상(13)

나. SPECT

□ SPECT(단일광자방출전산화단층촬 기술, Single Photon Emission

Computed Tomography)는 생체 내에 단일광자(감마선)를 방출

하는 방사성 의약품을 주입하여 생체 내에서 발생한 감마선이

생체를 투과한 것을 생체의 주위에 설치한 섬광카메라(검출기)

로 여러 각도에서 측정하여 단일광자방출핵종의 체내분포를 컴

퓨터로 연산처리하여 상으로 재구성하는 기술이다.

□ SPECT는 PET와 같이 핵의학 상기술의 하나로 종양의 전이위

치 같은 해부학적 상과 혈류량과 세포의 신진대사 등 생체의

- 16 -

생화학적 현상인 생체기능 상을 제공한다. SPECT는 CT, MRI,

PET보다 해상도가 떨어지는 단점이 있으나 검사비용이 저렴하

여 경제적, 실용적이어서 뇌신경계, 심장질환, 종양진단 등에 사

용되고 있다. <그림 1-11>은 정상 뇌의 SPECT 상, MRI 상

및 이 둘의 합성 상이다. MRI 상은 뇌조직의 구조 상이고

SPECT 상은 기능 상임을 볼 수 있다. <그림 1-12>는 뇌의 종

양부위를 노란색으로 나타낸 SPECT 상(왼쪽그림) 과 MRI 상

및 이들의 합성 상이다. <그림 1-13> (a)은 종양 있는 뇌의

SPECT 상으로 두 개의 적색 부위는 활발하게 종양이 자라고

있는 부위를 나타낸다. 그림 (b)는 알츠하이머병의 뇌기능을 나

타내는 SPECT 상으로 가운데 3개의 검은색 부위는 병으로 인

하여 혈류가 감소된 부위로서 알츠하이머병 환자에게서 볼 수

있는 상이다. <그림 1-14>는 정상(rest)심장과 운동으로 스트

레스(stress) 받은 심장의 단축과 장축 단면에 대한 SPECT 상

이다.

<그림 1-11> 정상 뇌의 SPECT영상, MRI영상 및 합성영상(14)

SPECT 상 MRI 상 합성 상

- 17 -

<그림 1-12> 종양이 있는 뇌의 SPECT영상, MRI영상 및 합성영상(14)

SPECT 상 MRI 상 합성 상

<그림 1-13> (a) 종양 있는 뇌와 (b) 알츠하이머병의 뇌기능

SPECT영상(14)

(a) (b)

- 18 -

<그림 1-14> 정상(rest)심장과 운동으로 스트레스 받은 심장의

SPECT영상(15)

- 19 -

제2장 정 핵의학 상기술의 연구개발 동향

1. PET

가. PET의 원리(16,17,18)

□ 양성자가 많은 핵종(proton-rich nuclides)은 양전자 붕괴(positron

decay)에 의해 더 안정된 동위원소로 변환한다. 이 과정에서 양성

자(p)는 붕괴하여 중성자(n), 양전자(β+), 중성미자(neutrino, ν) 및

에너지로 변환한다.

p = n + β+ + ν + energy

□ 방출된 양전자(+ 전기를 가진 전자)는 짧은 거리를 이동한 후

주위에 있는 전자와 결합하여 소멸(annihilation)되고 양전자와

전자의 질량은 전자기파의 에너지로 변환되어 두 개의 에너지

511keV인 광자(감마선)를 방출한다. 이들 두 감마선은 정반대

방향으로 방출되고(<그림 2-1> 참조) 주위의 생체조직을 투과하

여 생체외부의 생체를 둘러싼 원형검출기에 의해 검출된다. 그

리하여 생체 내의 양전자방출 동위원소의 위치와 감마선의 세기

를 측정할 수 있다. 소멸현상에 의해 동시에 생성된 두 개의 감

마선은 서로 180° 방향으로 방출되므로 <그림 2-2>와 같이 직선

상의 두 개의 검출기에 의해 동시검출(coincident detection)된

감마선만을 계수하고 두 검출기 사이 공간 밖에서 발생한 감마

선은 한 개의 검출기에만 검출되므로 계수하지 않는다. 이와 같

이 양전자 소멸현상에 의해 발생한 감마선이 생체를 투과한 것

을 생체를 둘러싸고 있는 원형링 모양의 검출기로 측정하여(<그

림 2-3>, <그림 2-4> 참조) 양전자 방출핵종의 체내분포를 컴퓨

- 20 -

터로 연산처리하여 상으로 재구성하여 PET 상을 얻게 된다.

□ PET의 핵심기술은 양전자 방출체를 표지하여 방사성의약품을

제조하기 위한 의료용 사이클로트론과 원형링 검출기를 가진

PET스캐너이며, PET스캐너의 핵심기술은 감마선검출기, 신호처

리시스템, 동시계수회로, PET의 제어, 상재구성 기술 등이다.

<그림 2-1> 양전자와 전자의 소멸로 두개의 511keV 감마선이

방출된다.(16)

<그림 2-2> 소멸에 의해 방출된 감마선의 동시검출 원리도(16)

- 21 -

<그림 2-3> PET 스캐너의 원형링 검출기(17)

<그림 2-4> (a) PET scanner(GE)(19), (b) 전신촬영용 PET

scanner(20)

(a) (b)

□ 1975년 조장희 박사(스웨덴Stockholm대학, 미국UCLA)는 세계

최초로 원형링검출기를 가진 PET를 개발하 다. PET기술의

1975년 이후 20여 년간의 중요한 발전은 공간분해능이 14mm로

부터 4mm로 3배 이상 향상되었고, 원형링 형태의 감마선검출기

수가 64개로부터 19,000개로 300배 증가하 으며, 데이터 처리능

력이 4kilobyte로부터 4 megabyte로 1,000배 향상된 것이다.(17)

- 22 -

나. 의료용 사이클로트론과 양전자 방출체 표지 방사성의약

품 제조기술

□ 사이클로트론(cyclotron)은 양성자(proton)나 중양성자(deuteron)와

같은 (+)이온, 대전입자를 가속시키는 장치로 균일한 자기장 내에

<그림 2-5>와 같이 2개의 Dee(반원인 D자형 진공상자 D1과 D2)

를 놓고 2개의 Dee 사이 중앙의 이온발생기(ion source) S에서

(+)이온을 방출시키면 어떤 속도로 움직이는 (+)이온(대전입자)은

Dee면에 수직한 균일한 자기장 B에 의해 구심력을 받아 자기장

에 수직한 평면인 Dee면 내에서 원운동을 하게 되는데, 한쪽

Dee에서 반원을 회전할 때마다 다른 쪽 Dee가 (-)극이 되도록 2

개의 Dee에 적절한 주파수의 RF전압을 걸어주면 (+)이온은 Dee

를 건너뛸 때마다 매회 가속되어 에너지 8~18MeV까지 가속시킬

수 있다. 이때 가속된 양성자를 표적물질에 충돌시켜 핵반응에

의해 양전자 방출체를 표지하여 방사성의약품을 제조한다.

<그림 2-5> (a)사이클로트론의 원리도(21),

(b)의료용 사이클로트론의 구조(22)

(a) (b)

- 23 -

□ PET에 사용하는 방사성화합물은 500여 종으로 물, 산소, 이산화

탄소, 포도당(Glucose), 아미노산, 지방산 등에 방사성동위원소인

11C,

13N,

15O,

18F 등을 표지하여 C15O, 〔

13N〕ammonia, H2

15O,

〔18F〕FDG(F-Deoxy Glucose) 등의 합성한 양전자 방출체들이

다. 이들 방사성동위원소의 반감기는 2분(15O)에서 109분(18F)까지

여서(<표 2-1> 참조) PET를 사용한 신진대사 연구에 적절히 이

용할 수 있다. 예를 들면 어떤 생체조직이나 기관 내의 혈류측정

에는 H215O를 사용하고, 잠시 후에 같은 기관의 포도당 신진대사

율 측정에는 18FDG를 사용할 수 있다. 사이클로트론으로 이런

물질들을 합성 제조한다. 즉 사이클로트론으로 가속된 양성자를

어떤 표적물질에 충돌시켜 핵반응에 의해 방사성동위원소를 만들

고 PET용 양전자 방출체표지 방사성화합물을 합성제조하게 된다.

양성자 또는 중양성자를 가속시키고 표적물질로는 11C 생성 시

N2 + 0.5% O2 가스, 18F 생성 시 H2

15O 액체 또는 Ne가스를 사

용하며 C15O2, C15O 등을 방사화학 자동합성장치에서 생산한다.

<표 2-1> PET에 사용되는 양전자 방출 방사성동위원소(16)

방사성동위원소 반감기(min)최대 양전자

에너지(MeV)FWHM*(mm)

11C 20.4 0.96 0.28

13N 9.96 1.19 0.45

15O 2.07 1.72 1.04

18F 109 0.64 0.22

* fullwidth at half maximum, 양전자 이동거리에 기인한 공간분해능

□ 11C은 <표 2-2>와 같이 11B(p,n)11C 또는 14N(p,α)11C 핵반응에 의

해 생성되며 11C-으로 표지된 11CO, 11CO2, 11CN(cyanide)를 방사

- 24 -

성화합물 합성의 선구제(precursor)로 사용하여 방사성화합물을

만든다(<표 2-2> 참조). 13N은 16O(p,α)13N 핵반응에 의해 생성되

는데 이것은 가속 양성자를 물 표적에 충돌시켜 ［13N］nitrate

이온을 얻고 13N-ammonia는 mathane에 중양성자를 충돌시켜

생성되며 13N- 로 표지된 아미노산을 합성하는 데 사용된다. <표

2-3>은 생체 내 단백질, 아미노산의 신진대사를 측정하는 데 사

용되는 양전자방출 11C-, 13N-, 18F- 표지 방사성화합물이다.

<표 2-2> 핵반응에 의해 생성된 방사성동위원소(16)

방사성동위원소 핵반응

11C 14N(p,α)11C

13N 16O(p,α)13N

15O 14N(α,n)15O

18F 13(p,n)18F

<표 2-3> 생의학연구용으로 합성된 양전자방출체 표지 방사성 화합물(16)

방사성화합물 표지된 선구물질(Labeled Precursor)

［11C］Amino Acids

L-［1-11C］phenylalanine

L-［1-11C］alanine

L-［methyl-11C］methionin

L-［1-11C］leucine

H［11C］N

［11C］O2

［11C］O2

H［11C］N

13N-Labeled Compounds

L-［13N］asparagine

L-［13N］leucine

L-［13N］methionine

［13N］H3

［13N］H3

［13N］H3

18F-Labeled Compounds

2-deoxy1-2［18F］fluoro-D glucose

3-deoxy-3-［18F］fluoro-D glucose

［18F］F2

H［18F］anhydrous

- 25 -

다. 감마선 검출시스템

□ PET용 감마선검출시스템은 생체를 원형으로 둘러싼 수만 개의 검

출기 어레이(array)로 구성되어 있는데 각 감마선 검출기는 생체를

투과한 감마선을 받아 빛으로 변환시키는 섬광결정(scintillation

crystal)과 이 빛을 광전자로 변환하여 광전자수를 증배시켜 전

기적 신호로 만드는 광전자증배관(photo multiplier tube, PMT)

으로 구성되어 있다.

(1) 섬광결정

□ 상용PET에 사용하는 섬광결정은 NaI(Tl), BGO(bismuth germanate

oxide, Bi4Ge3O12) 등이나 세계적으로 새로운 검출기재료 개발과 신

호처리방법 개선연구가 진행되고 있다. 새로운 감마선검출용 섬광

결정은 LSO(cerium-doped lutetium oxyorthosilicate, Lu2SiO5:Ce),

YSO (yttrium oxyorthosilicate, Y2SiO5 :Ce and/or Tb), GSO

(Ga2SiO5:Ce), LGSO(Lu1-xGdxSiO5), 반도체물질인 CdTe, CZT

(cadmium zinc telluride) 등이 있으며(23,24) LSO, YSO는 기존의

BGO, NaI(Tl)보다 특성이 우수하다(18). 감마선을 받아 빛으로 변

환시키는 시간인 붕괴시간(decay time)이 짧을수록, 방출 빛의

세기가 클수록 특성이 우수한 섬광결정이라 할 수 있다. <표

2-4>는 여러 섬광결정의 물리적 특성을 보여주고 있다.

- 26 -

<표 2-4> 섬광결정의 물리적 특성(18)

섬광결정 NaI(Tℓ) BGO GSO LSO YSO

붕괴시간(ns) 230 300 60 40 70

상대적 광출력(PMT) 100 15 20 75 120

상대적 광출력(APD) 100 30 40 85 125

Peak emission(nm) 410 480 430 420 430

굴절율 1.85 2.15 1.85 1.82 1.80

밀도(g/cm3) 3.67 7.13 6.71 7.35 2.7

용융점(℃) 651 1050 1950 2050 1980

□ 최근(2000년)에 폴란드의 Soltan Institute for Nuclear Studies,

독일의 Forschungszentrum Rossendorf와 미국의 CTI PET

Systems, Inc.는 YSO, LSO, GSO, LGSO 등의 섬광결정에 대한

섬광특성을 측정하여 입사 감마선에너지의 식별가능 정도인 에

너지 분해능 (ΔE/E)과 입사 감마선에너지와 발생광전자의 수(광

출력)는 선형적인 비례관계가 아님을 밝혀냈다.(23) <표 2-5>는 이

들 섬과결정의 섬광특성을 보여주고 있다. 여기서 ΔE/E는 에너

지 분해능이며, Δsc는 섬광결정의 고유분해능(intrinsic resolution)이다.

<표 2-5> YSO, LSO, GSO, LGSO 섬광결정의 섬광특성

(511keV에 대한)(23)

섬광결정 시료 ΔE/E(%) for 511keV Δsc(%) for 511keV

YSO(1) 11.9 ± 0.6 11.0 ± 0.7

YSO(2) 12.1 ± 0.7 11.3 ± 0.8

LSO(1) 10.0 ± 0.6 8.9 ± 0.6

LSO(2) 13.5 ± 0.7 12.8 ± 0.8

GSO 10.5 ± 0.6 6.2 ± 0.3

LGSO 14.5 ± 0.8 13.7 ± 0.8

- 27 -

□ 최근(2002년) 스위스 CERN과 Belarus의 Institute of Nuclear

Problems에서는 새로운 의료 상용 무기섬광물질인 La2Hf2O7,

Y2O3-HfO2, Ba3Lu4O9, Lu2O3-HfO2, BaLa2O4 등을 개발하 다.(25)

(2) 검출기 어레이

□ PET 상시스템의 민감도(sensitivity)는 검출기효율의 제곱에 비

례하므로 검출기효율을 100% 가까이 할 필요가 있다. 대부분의

현대식 PET스캐너는 63 레벨(level)까지 또는 transaxial 층까지

다층구조의 검출기를 갖고 있다. 텅스텐 또는 납으로 된 격벽

(septa)은 다른 검출기 링(ring)사이의 감마선 검출을 막고 생체

내에서 511keV 감마선이 Compton산란을 일으키는 것을 막는

데 도움이 된다.(17)

□ 한 개 섬광결정 당 한 개의 PMT가 부착된 모양의 검출기 디자

인은 각각 독립적으로 작동하기 때문에 높은 검출률을 가져온

다. 이런 디자인의 불리한 점은 수많은 비싼 PMT를 필요로 하

며 육각형의 섬광결정에 둥근기둥 모양의 PMT를 부착시켜 원

형의 링을 만드는 데 설치상의 어려움이 따른다는 점이다. 많은

섬광결정을 생체주위의 링으로 설치하는 현대적 방법은 <그림

2-6>과 같은 수많은 섬광결정 어레이(array)를 몇 개의 PMT와

연결하여 사용하는 블록검출기(block detector) 디자인이다. 블록

검출기는 몇 개의 PMT를 섬광결정의 집단과 결합시켜 상호작

용 결정(crystal)을 결정하는 코딩체계(coding system)를 사용한

다. 예를 들면 <그림 2-6>에서 블록검출기는 4개의 PMT(A, B,

C, D)가 64개의 섬광결정 어레이로 톱질한 BGO섬광결정과 결

합 되 있어 깊게 자른 것은 한 개의 PMT면에 섬광을 집속시키

- 28 -

는 역할을 하고 얕게 자른 것은 4개의 PMT에 섬광을 퍼지게

하는 역할을 한다. 섬광의 세기 x, y의 비를 위치 막대그래프

(position histogram)로 만들면 상호작용한 결정을 식별할 수 있다.

<그림 2-6> 블록검출기(block detector)의 구조 및 작동원리(26)

□ 상용 PET스캐너에 제일 많이 사용되는 섬광결정인 BGO는 511keV

당 약 3,000개의 광자를 방출한다. 통계적으로 이것은 수 개 결

정의 넓이로 빛을 퍼지게 하는 검출기 블록 속에서 암호를 해독

할 수 있는 결정수를 제한한다. 값비싼 PMT수를 늘이지 않고

블록검출기의 공간분해능을 향상시키는 것은 고광출력인 섬광결

정을 사용하는 것이다. 현재 BGO를 대치할 수 있는 섬광결정은

BGO보다 약 5배의 광출력을 가진 LSO이다. 결과적으로 공간검

출기 반응함수는 각 결정의 폭 보다 클 것이나 시료 선택을 잘

하면 상의 공간해상도를 향상시킬 수 있다.

□ 다른 새로운 PET검출기 기술은 PMT를 가격이 덜 비싼 avalanche

광다이오드(avalanche photodiode, APD)로 대치시키는 방법이

다. APD는 필요한 펄스높이와 시간 분해능을 가진 것으로 알려

져 있으나 크고 잘 포장된 우수한 성능의 ADP어레이가 개발

되고 있다.(17)

- 29 -

□ 1996년 LBNL과 Univ. de Santiago에서는 Si wafer에 깊은 Ga

확산과 인(phosphor)확산 방식으로 APD를 제조하여 BGO 섬광

결정과 결합시켜 PET용 검출기로 사용하 다.(27) 최근(2003년)에

미국 GE Global Research Center에서는 MLS(mixed lutetium

oxyorthosilicate)섬광결정의 7X7 어레이를 APD와 결합시킨

PET용 감마선 검출기의 성능평가를 하여 에너지 분해능은

511keV에서 15~20%이고 시간분해능 4ns을 얻었다.(28)

□ 최근에 미국의 Advanced Photonix Inc.는 넓은 면적 APD(large

area avalanche photodiode, LAAPD)를 개발하 는데(29,30) <그

림 2-7>과 같이 양자효율이 10~25%인 PMT에 비해 개발한

LAAPD는 양자효율이 90%로 현저히 높고, 더 큰 동적 역

(dynamic range)을 가지며 크기가 작고 다루기 안전한 장점이

있다. 전압분리회로에 의한 연속적인 전류의 흐름은 저항열로

손실되는 것이 PMT의 단점이었는데 APD에서는 APD회로에

흐르는 전류는 PET신호인 광전류뿐인 이점이 있다. <그림 2-8>

은 지름 15mm인 LAAPD의 실물 사진이다.

<그림 2-7> LAAPD와 PMT와의 양자효율 비교(29)

- 30 -

<그림 2-8> LAAPD의 실물사진(Advanced Photonix Inc.제품)(29)

□ APD는 PMT와 PIN광다아오드의 장점을 결합해서 만든 것으로

입사광자(감마선)를 흡수하여 전자-홀 쌍을 만들고 높은 역 바이

어스 전압(~2kV)을 걸어 전자를 실리콘 내에서 가속시키고 가속

전자의 충돌이온화에 의해 2차 전자를 발생시킨다. 이로 인한 전

자수의 증가는 1,000배 이상의 이득(gain)을 가져온다. 지름이

300μm보다 작은 소형 APD(이득~50)은 오랫동안 상용화되었으나

광섬유에 연결 사용하는 응용의 한계가 있었다. 1990년대에 큰

면적의 2세대 APD가 Advanced Photonix Inc.에 의해 생산되었

으며, 최근에 성능이 우수한 넓은 면적의 3세대 LAAPD가 생산되

었다. 3세대 LAAPD는 Si에 중성자를 충돌시켜 n-형 Si를 만들고

이것은 일부 Si원자를 형광원자로 변형시킨다. 이런 형태의 Si는

우수한 doping균일성과 소수의 격자결함을 갖는 이점이 있다.(31)

□ 최근(2000년)에 미국의 RMD Inc.와 UCLA에서는 고분해능 PET용

평면 APD어레이를 개발하 는데 높은 이득(gain)을 가진 4x4

APD어레이(2mm pixel)와 8x8 APD어레이 (1mm pixel)이다(<그림

2-9> 참조). 이 평면 어레이를 LSO섬광결정과 결합해 사용하면

양자효율은 60%이고 잡음은 2mm pixel에 대해 200eV이며, APD

어레이의 에너지 분해능은 12%이고 시간분해능은 4ns이었다.(32)

- 31 -

<그림 2-9> (a) 4x4 APD 어레이, (b) 8x8 APD어레이(32)

(a) (b)

□ 최근(2004년)에 UC Davis와 Concorde Microsystems Inc.(Knoxville)

에서는 고분해능 PET용 3x3 APD어레이를 결합한 LSO 블록섬

광체의 성능을 평가한 결과 시간분해능은 1.2~2.5ns이고, 에너지

분해능은 511keV에서 15%로 고분해능 PET용 검출기로 적합함

을 알았다.(33)

(3) 공간해상도

□ 검출기 요소인 섬광결정과 APD의 넓이 크기가 공간해상도에

향을 준다는 사실 외에 PET 상 공간해상도는 다음과 같은 3

가지 원인에 의해 제한을 받게 된다(17).

○ 소멸에 의해 생긴 두 광자(감마선)가 만드는 각이 소멸 시에

어떤 잔여 운동(Fermi motion)에 의해 180°에서 벗어날 수 있

다. 이런 편차의 해상도에 미치는 효과는 PET 검출기 링의

지름이 클수록 증가한다. 예를 들면 지름이 80cm인 링에 대

해 해상도에 미치는 효과는 1.7mm이다.

- 32 -

○ 양성자가 핵에서 방출되어 소멸이 생기기 전까지 진행한 거리

는 공간해상도를 악화시키는 원인이 된다. 이 진행거리는 특

정 원자핵에 관련된다. 예를 들면 PET에 많이 사용되는 방사

성동위원소인 18F의 희미해지는 역은 다른 방사성 동위원소

에 비해 작다(약 0.5mm).

○ 검출기의 상호작용 깊이(depth of interaction, DOI)에 관한 정

보의 부족은 측정 감마선의 광로가 원래의 감마선 광로를 벗

어난 측정선(line of response)의 차의 오차를 가져오며 이들

오차는 최종 재구성 PET 상의 질을 저하시키는 데 기여한

다.(26) (<그림 2-10> 참조)

<그림 2-10> 감마선의 광로차로 인한 오차(26)

□ 위에서 첫째와 둘째 원인이 함께 일어나고 검출기의 무한 해상

도를 가정할 때 개구(aperture)로 인체 전체를 촬 할 수 있는

시스템에서 공간해상도의 기본 한계는 18F에 대해선 2mm이고

82Rb에 대해선 5mm이다. 현재 고분해능 블록검출기를 가진 상

용PET는 18F를 사용할 때 공간해상도가 4mm 정도이다. 단층촬

- 33 -

의 중심이나 축 밖에서 일어나는 사건(event)에 대하여 공간

해상도는 현저히 감소한다.(17) 중심 밖 소멸에서 방출되는 감마

선의 광로는 <그림 2-11>과 같이 검출기 결정에 대해 비스듬한

각도로 입사하기 때문에 한 개 이상의 검출기결정을 지나게 되어

transaxial평면의 반지름상의 해상도퍼짐함수(resolution spread

function)가 길게 퍼지게 된다. 해상도의 감소는 결정의 도와

단층촬 검출기 링의 지름에 관계된다. 예를 들면 지름 80cm

의 링에 대해 축에서 10cm 벗어남에 따라 해상도는 약 20%가

감소될 수 있다. 현재 검출기의 해상도 4mm를 향상시키는 것은

각각의 검출기 결정 속에서 생기는 사건(event)에 대해 상호작

용의 깊이(DOI)를 측정하는 방법을 개발하는 것과 관계된다.

<그림 2-11> 중심축 밖에서 생기는 감마선 방출에 대한 공간해상도의 감소(17)

(4) 동시계수시스템

□ <그림 2-12>와 같이 두 개의 감마선이 마주보고 있는 한 쌍의

검출기에 각각 동시에 도달하면 동시계수회로에서 약 13x10-9초

- 34 -

의 시간윈도우와 350~650keV의 에너지 윈도우를 거쳐 동시계수

(coincident counting)된다. 동시계수는 두 검출기를 잇는 동시측

정선(coincidence line)상에서의 방사능 합을 나타낸다.

<그림 2-12> PET에 사용되는 동시계수시스템 구성도(18)

□ 동시계수회로는 한 쌍의 검출기결정에 대해 10ns의 시간분해능

으로 계수할 수 있어야 한다. 시간분해능은 검출기 링을 가로지

르는 데 걸리는 시간(3ns)과 결정과 결정의 시간분해능(~4ns)을

합한 것에 관계된다. 가장 중요한 것은 동시계수를 결정하는 수

많은 측정선(lines of response)을 다루는 문제이다. 예를 들면

격벽(septa)이 있는 24층 검출기 링에 대해 150만 개의 측정선이

있고, 다른 검출기 링 사이의 사건(event)을 평가하가 위하여 격

벽을 제거할 경우 1,800만 개의 측정선을 다루어야한다. 각각의

측정선에 대해 개별적인 동시계수회로를 만드는 것은 비실용적

이므로 고속 time marker를 사용하여 511keV 감마선의 도달시

간을 표시한다.(17)

□ 현재 상용 PET스캐너는 300개 블록검출기로 구성된 약 18,000개

의 검출기 결정을 사용하고 있다. 블럭검출기의 서너 개 링은 환

자의 위치를 바꾸지 않고 15cm의 축방향 시야를 촬 할 수 있다.

- 35 -

라. 상재구성기술

□ PET에서 단층 상을 재구성하는 원리는 CT나 SPECT에서 사용

되는 원리와 유사하다. PET검출기는 <그림 2-13> (a)와 같이 측

정선(LOR) 상 마주보고 있는 검출기 사이의 광자(감마선)들의 합

으로 측정데이터를 획득한다. 이 측정데이터를 여러 각도에서 얻

어 2차원 투 데이터(projection data)를 위치와 각도의 함수로 배

열한 사이노그램(sinogram)(그림 (b))을 만들고 재구성 단층 상

의 입력 자료로 사용한다. PET에서 획득한 투 데이터로 2차원

방사능 분포를 평면에 재구성하기 위해 역투 (backprojection)를

해야 한다. 역투 는 각 각도에 따른 투 데이터의 값을 재구성

하고자 하는 상의 화소에 동일한 값으로 입력한다. 모든 투

파일들의 역투 를 합하면 대상 생체의 방사능 분포를 나타내는

단층 상이 구성된다(그림 (c)).

<그림 2-13> PET영상 재구성원리 (a) PET스캐너에서의 동시측정선,(34)

(b) 투영데이터를 위치와 각도의 함수로 배열한 환자의 4개 단면에 대

한 사이노그램(sinogram),(35) (c) 재구성한 4개 단면의 단층영상(35)

(a)

(b)

(c)

- 36 -

□ 측정선(line of response, LOR)에서 소멸에 의해 생성된 두 광자

쌍(감마선)의 수는 전체선 상의 양전자 방출원(추적자, tracer라

함)의 농도의 합에 비례하며, 이 합은 추적자 농도의 LOR 상

선적분으로 근사시킬 수 있다.(36) 어떤 각도에서 추적자(분포)를

교차하는 모든 선적분의 집합(set)을 평행투 (parallel projection)

이라 한다. 평행투 은 투 대상물의 차원에 따라 1차원과 2차

원이 될 수 있다. 생체 내 원래 추적자의 2차원 분포를 f(x,y)라

하고 PET스캐너로 얻은 LOR 상의 좌표 xr와 투 각 Φ에서의 평

행투 데이터를 P(xr,Φ)라 하면 <그림 2-14>와 같이 2-D 사이노

그램은 x축을 xr로 하고 y축을 Φ로 한 투 데이터곡선이 된다.

즉 사이노그램은 모든 LOR 상의 평행투 데이터를 그룹화하여

저장하는 것이다. 각 투 을 Fourier변환시킨 공간의 한점을 지

나는 모든 LOR은 사이노그램에서 sine곡선을 그리게 된다.

<그림 2-14> 평행투영데이터로 얻은 사이노그램(sinogram)(36)

□ 각 사이노그램 값 P(s,Φ)는 어떤 각도와 원점부터의 거리에서 원래

추적자분포 f(x,y)의 선적분으로 근사시킬 수 있다. 즉 사이노그램

값으로부터 원래 추적자분포를 얻는 과정을 상재구성(image

- 37 -

reconstruction)이라하며 상재구성 방법은 ① 여과․역투 방법

(Filtered backprojection, FBP), ② 반복계산재구성(Iterative Recon-

struction) 방법, ③ 배열된 부분집합 기대값 최대화(Ordered subsets

expectation maximization, OSEM)방법, ④ Maximum a posterio(MAP)

방법 등으로 구분한다.(18,37)

(1) 여과․역투 방법(FBP)

□ 각 사이노그램 값 P(s,Φ)를 kernel함수로 변환(convolute)시켜 여

과(filtering)를 하고 convoluting함수의 Fourier변환을 여과(filtering)

라 한다. 여과 후 역투 은 여과된 투 값을 직선(s,Φ)에 따라 재

배치하여 이루어지며 PET 상을 얻게 된다. 여과․역투 (filtered

backprojection, FBP)방법은 PET 상재구성에서 가장 보편적으로

사용되고 있는 방법이다. 이 알고리즘은 간단하게 구현 될 수 있

고 재구성 시간이 빠른 장점이 있으나, PET 상을 단순하게 수학

적으로 역변환 한 것에 불과하여 이 방법으로 재구성된 상은

계수 부족으로 인한 상잡음에 민감한 단점이 있다.

□ 각 사이노그램 값 P(s,Φ)는 어떤 각도와 원점부터의 거리에서 추

적자분포함수 f(x,y)의 선적분으로 근사시킬 수 있다. 따라서 이

선적분 식에서 2차원 f(x,y)의 Fourier변환은 P(s,Φ)의 적분함수와

같음으로 이로부터 원래 추적자 분포함수 f(x,y)를 구할 수 있다.

(2) 반복계산 재구성방법(Iterative Reconstruction)(18,38)

□ 여과․역투 방법의 단점을 개선하기 위해 반복계산 재구성방법

(iterative reconstruction)이 사용되고 있는데, 이 방법은 광자 방

- 38 -

출에서 검출에 이르기까지의 물리적 현상 및 과정을 통계적으로

모델링 하는 방법이다. 반복계산 재구성방법 중 ① 최대가능성

(maximum likelyhood) 추정에 의한 상재구성 방법은 광자방

출과정의 물리적 특성이 Poisson분포를 따르는 것으로 가정하여

이 함수의 통계적 값을 최대로 만족하는 상을 추정한다. 이를

추정하기 위한 방법 중 가장 대표적인 것은 기대값 최대화

(expectation maximization, EM)방법을 사용한다. 최대가능성 기

대값 최대화(MLEM)방법은 감마선(광자)의 감쇠, 산란 및 검출기

반응도(detector response) 등의 감마선 방출과정과 물리적 특성

에 의한 PET 상 잡음을 여과․역투 방법보다 효과적으로 감소

시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 반복계산에 의한 재구

성 시간이 많이 걸리며, 적절한 반복회수 이상에서는 도리어 잡

음이 증폭되어 상의 질이 떨어지는 단점이 있다.

□ 또 다른 반복계산 재구성방법은 ② 주파수-거리원리(frequency-

distance principle) 또는 에너지-거리원리(energy-distance principle)

로 알려진 원형조화변환을 이용하는 방법이다. 이것은 조준기로

부터의 거리함수로 나타나는 점퍼짐함수(point spread function)

에 대한 정보를 담고 있는 투 데이터의 2차원 Fourier 변환을

이용하는 방법이다.

(3) 배열된 부분집합 기대값 최대화방법(Ordered subsets expectation

maximization, OSEM)(18)

□ OSEM 재구성방법은 MLEM 재구성방법의 계산시간을 줄이기

위해 개발된 새로운 알고리즘이다. 이 방법은 MLEM 알고리즘

을 적용하면서 투 데이터를 물리적 특성에 따라 배열된 부분집

- 39 -

합으로 나누어 재구성한다. 따라서 OSEM방법은 MLEM방법보

다 적은 회수를 반복하고 같은 효과를 얻을 수 있는 장점이 있

다. 이 방법에서는 반복회수와 부분집합의 수를 결정하는 것이

상해상도를 결정하는 주요 요인이 된다.

(4) Maximum a Posteriori(MAP)방법

□ 사전정보를 제공하는 선행치(priori)함수를 사용하여 잡음을 제

거하고, 수렴안정성을 보충한 MAP방법은 재구성 상의 사전정

보를 제공함으로 적절한 횟수 이상으로 반복하 을 경우 잡음

에 의하여 상의 질이 떨어지는 MLEM재구성방법의 단점을

보완하여 선행치 함수의 정의와 사전정보의 가중치에 따라

상의 질이 차이가 생기게 된다. PET 상은 MAP에 의한 것이

FBP에 의한 것보다 상의 질이 우수하다.(18)

□ 최근 Univ. of Southern California는 UCLA의 Crump Institute

for Molecular Imaging과 공동으로 MAP재구성방법을 개발하

고 이 방법은 Siemens와 CTI에 의해 신체전체의 PET촬 과

UCLA의 동물용 소형 PET 스캐너에 응용되었다. <그림 2-15>

는 CTI EXACT HR+ PET스캐너로 획득한 데이터 세트를 사용

하여 재구성한 3차원 PET 상이다. MAP재구성 상(a)가 FBP

재구성 상 (b)보다 해상도가 좋음을 볼 수 있다.(39)

□ 최근(2002년) 미국의 CTI PET Systems, Inc.는 Sinogram rebinning

과 3D데이터를 2D데이터로 감소시키기 위한 Fourier rebinning

에 근거하고 가우스(Gauss) 화소모형(pixel model)에 의한 투

을 가진 attenuation-weighted OSEM방법을 사용하여 신속한

PET 상 임상처리방법을 개발하 다.(40)

- 40 -

<그림 2-15> (a) MAP로 재구성한 PET영상,

(b) FBP로 재구성한 PET영상(39)

(a) (b)

마. 3차원 데이터획득과 상재구성(17)

(1) 상데이터의 보정

□ 상재구성 전에 LOR 상에서 얻은 PET데이터는 ① 섬광결정의

효율, ② 감쇠(attenuation), ③ dead time 등의 세 가지 보정을

받아야한다. 각 LOR에 대한 섬광결정의 효율은 LOR 상의 측정

한 계수율(count rate)을 유사한 LOR들의 평균계수율로 나누어

계산한다. 효율은 환자가 없는 상태에서 방사성 링(ring)이나 회

전rod 원(source)을 사용하여 측정한다. 환자가 있을 경우 같은

방사성원으로 투과스캔을 하여 투과계수율을 환자가 없을 때의

계수율로 나누어 각 LOR에 대한 감쇠인자(attenuation factor)를

계산한다. 만일 회전rod원이 링원(ring source)대신 사용되었다

면 rod원을 구성하는 LOR과 생체 내의 배경산란에 의한 동시

계수의 수를 구분할 수 있다.(17)

- 41 -

□ <그림 2-16>은 PET에서 검출되는 동시계수(coincident counting)

의 세 가지 경우를 보이고 있다. 그림 (a)는 감마선 쌍의 산란으

로 인한 동시계수이고, 그림 (b)는 감마선 감쇠로 인해 불규칙

하게 생긴 도시계수이며, 그림 (c)는 진짜 동시계수이다.(41)

□ 임상에선 투과스캔은 생체 내에 동위원소 투입 후 방출스캔

(emission scan) 다음에 행하여 측정시간을 절약한다. 투과 및

방출데이터를 획득한 후 불규칙 보정 방출율은 감쇠율과 LOR

에 대한 효율로 나누어 보정된 투 데이터(projection data)를

얻게 된다.

<그림 2-16> PET에 있어 동시계수의 세 가지 경우(41)

(a) (b) (c)

(2) 3차원 데이터획득의 원리

□ 다층단층촬 (multislice tomography)용 PET 검출기는 <그림

2-17>과 같이 격벽(septa)을 링 사이에 끼운 다층 링(multislice

- 42 -

ring) 구조를 하고 있으며(그림 a), 격벽이 있는 경우 같은 링 상의

동시검출 감마선 쌍이나 바로 옆의 링 사이의 동시검출 감선선 쌍

을 검출할 수 있는(2차원 상) 제약이 있으나, 어떤 감마선원에서

감마선속을 최대로 활용하기 위해서는 다층 링 사이의 격벽을 제

거하여 그림 (b)와 같이 서로 다른 층의 모든 검출기 링이 동시검

출 감마선 쌍을 검출하도록 링을 설계한다. 이 경우 3차원 PET

상촬 이 가능하다. 이런 3차원 데이터 획득을 위해서는 상재구

성을 위한 3차원 알고리즘이 필요하다. 또한 산란의 증가와 불규칙

동시계수(random coincidence)로 인한 오차의 보정이 필요하다.(17)

□ 그러나 LOR수의 증가와 격벽의 감마선 차단이 없어져 감마선

검출 감도(sensitivity)가 104~105배 증가하 다. 결과적으로 환자

에 주입하는 방사성의약품의 양을 줄일 수 있다. 또한 PET 상

의 질을 같게 유지하면서 데이터 획득시간을 줄일 수 있다.

<그림 2-17> PET용 다층검출기 링의 구조(17)

(a) 격벽이 있는 경우

(b)격벽이 없는 경우의 동시측정선(LOR)

- 43 -

(3) 3차원 상재구성(17)

□ 3차원 데이터 획득을 위한 PET시스템은 사면으로 자른 실린더

(truncated cylinder)형 검출기 링 구조이다. 이런 PET스캐너의 연

속적 모델에서 추적자(tracer)가 방출하는 감마선의 총합은 실린

더를 비스듬히 자르는 면상의 두 점을 연결하는 모든 LOR 상의

감마선을 합한 것이다. 이들 LOR 상 선적분은 평행선그룹으로

묶어서 대상물의 2차원 평행투 의 집합을 만들 수 있다. 이런 3

차원 데이터 집합은 다음과 같은 3가지 성질을 갖고 있다.

○ 대상물의 2차원 투 데이터는 공간의 모든 방위(orientation)에

대해 축정하지 않고 있다. 따라서 재구성은 제한된 입체각 문

제이며, 이 문제는 유일한 통계적 해결방법이 있어서 성격상

2차원 각도제한 문제와는 다르다.

○ 2차원 모드(mode)에서 측정한 데이터와 등가 한 투 (projection)

에 대응하는 데이터의 부분집합은 상재구성에 충분하기 때문

에 수학적으로 데이터는 충분하다. 그러나 만일 데이터의 부분

집합이 재구성에 사용되지 않는다면 3차원 데이터 획득에 의한

민감도(sensitivity) 향상은 이루어 질 수 없다. 따라서 3차원 알

고리즘은 풍부한 측정데이터 전체를 사용할 수 있어야 한다.

○ 대부분의 2차원 평행투 은 사면으로 자른 실린더 면에서 이

루어진다. PET스캐너 축에 수직하지 않은 모든 방위에 대해

추적자분포의 선적분은 측정되지 않는다. 현재의 모든 알고리

즘은 이러한 truncation문제를 해결하려 하고 있다.

- 44 -

□ 1989년 이래 Kinahan과 Rogers의 재투 알고리즘(reprojection

algorithm), 즉 3차원 여과․역투 알고리즘(filtered-backprojection

algorithm)이 집중적으로 시험되었다. 이 알고리즘은 전방투 을

통해 oblique 데이터에 대한 빠진 선적분을 얻기 위해 직선투

데이터만을 재구성하여 얻어진 통계적으로 낮은 상을 사용하

고 있다. 재투 알고리즘은 3차원 상재구성을 위해 사용되고

있으나, 이 알고리즘에 의해 재구성에 걸리는 시간과 데이터 저

장시간은 긴 편이어서 폭넓은 3차원 데이터 획득응용에 걸림돌

이 되고 있다.

□ 다른 알고리즘인 FAVOR 알고리즘은 정확한 분석전도(analytical

inversion)에 기반을 둔 3차원 여과․역투 알고리즘이다. 이 알

고리즘은 재투 알고리즘만큼 많이 시험되지는 않았지만 정확

하다는 것이 알려져 있으며 PET스캐너에 대해 같은 크기의 S/N

비율을 가진 상을 보이고 있으며 재투 알고리즘보다 30% 정

도 처리속도가 빠르다.

□ 3차원 PET 상의 해상도를 높이려면 3차원 산란보정과 감쇠

(attenuation) 보정을 해주어야 한다.

바. 주요국의 PET기술 관련 Link

□ 미국, 국, 프랑스, 독일, 호주, 캐나다 등의 PET기술 관련 Link

는 <표 2-6>과 같으며, <표 2-7>은 미국의 각 주를 위시한 세계

주요국의 PET Center를 수록한 것이다.

- 45 -

<표 2-6> PET-Related Links(11)

Austin & Repatriation Medical Centre (Australia)

CWRU Case Western Reserve University (Cleveland, OH; USA)

UMDS The Clinical PET Centre of Guy's and St. Thomas' (London; GB)

CPET State Univ. of NY at Buffalo Dept. Nuclear Medicine (Buffalo, NY;

USA)

The Crump Institute at UCLA (Los Angeles, CA; USA)

Cyceron (Caen, France)

DKFZ Deutsches Krebsforschungszentrum - German Cancer Research

Center (Heidelberg; Germany)

Emory Emory University School of Medicince (Atlanta, GA; USA)

Heinrich Heine University (Duesseldorf; Germany)

Indiana Indiana University (Indianapolis, IN; USA)

IPNL PET Institute of Nuclear Physics PET group (Lausanne; Switzerland)

Kontaxakis, George Electrical and Biomedical Engineer

Louvain-la-Neuve Université Catholique de Louvain (Belgium)

Mallinckrodt Institute of Radiology (St. Louis, MO; USA)

Management and Marketing Information for PET Centers

MGH Massachusetts General Hospital (Boston, MA; USA)

Montreal Neurological Institute McGill University (Montreal; Canada)

Mount Sinai (New York, NY; USA)

Nuclear Medicine Review

Paul Scherrer Institute (Switzerland)

Minneapolis VA Medical Center (University of Minnesota, USA)

UPMC University of Pittsburgh Medical Center (Pittsburgh, PA; USA)

Carroll-Ramsey Associates (Berkeley, CA 94710)

Virginia K. Shehee Biomedical Research Institute(Shreveport, LA; USA)

- 46 -

<표 2-7> AAPM이 제공한 세계 주요국의 PET Center 현황(42)

(AAPM : American Association of Physicists in Medicine)

Positron Emission Tomography Centers

United States

ArizonaSt. Joseph's Hospital and Medieal Center Barrow Neurological

Institute, Phoenix, AZ

California

Newport Metabolic Imaging Center, Newport Beach, CA

Northern California PET Imaging Center, Sacramento, CA

Tower Imaging PET Center Cardiac and Vascular Diagnostic

Center, Los Angeles, CA

University of California at Berkeley, Berkeley, CA

University of California Irvine Brain Imaging Center, Irvine, CA

University of California Los Angeles School of Medicine, Los

Angeles, CA

USC Health Sciences Campus, Los Angeles, CA

V.A. Medical Center, Palo Alto, CA

V.A. Medical Center, San Francisco, CA

V.A. Medical Center Wadsworth, Los Angeles, CA

Connecticut Yale University School of Medicine, New Haven, CT

Florida

Broward General Medical Center, Ft. Lauderdale, FL

Memorial Medical Center of Jacksonville, Jacksonville, FL

Mount Sinai Medical Center, Miami Beach, FL

St. Joseph's Positron Center, Tampa, FL

Georgia

Crawford Long Hospital of Emory University, Atlanta, GA

Emory University Hospital, Atlanta, GA

Good Samaritan Medical Center, Phoenix, GA

Kennestone PET Center, Marietta, GA

St. Joseph's Hospital of Atlanta, Atlanta, GA

Illinois

Greenberg Radiology Institute, Highland Park, IL

Methodist Medical Center of Illinois, Peoria, IL

University of Chicago PET Center, Chicago, IL

IndianaIndiana University School of Medicine VA Medical Center,

Indianapolis, IN

Iowa University of Iowa Hospitals and Clinics, Iowa City, IA

Louisianaiomedical Research Institute of Northwest Louisiana Shreveport, LA

Our Lady of the Lake Regional Medical Center Baton Rouge, LA

MarylandJohns Hopkins Medical Institutions, Baltimore, MD

NIH Clinical Center, Bethesda, MD

MassachusettsMassachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston,

MA

Michigan University of Michigan Hospital V.A. Medical Centers, Ann Arbor, MI

- 47 -

William Beaumont Hospital, Royal Oak, MI

Minnesota V.A. Medical Center, Minneapolis, MN

Missouri

Barnes Hospital and Mallinckrodt Institute of Radiology, St. Louis,

MO

St. Louis University Medical Center St. Louis V.A. Medical Center,

St. Louis, MO

Washington University, St. Louis, MO

Nebraska Creighton University Medical Center, Omaha, NE

New York

Beth Israel Medical Center, New York, NY

Brookhaven National Laboratory, Upton, NY

The Morton A. Kreitchman PET Center at Columia-Presbyterian

Medical Center

Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, New York, NY

Millard Fillmore Hospitals, Buffalo, NY

Montefiore Medical Center, Bronx, NY

Mount Sinai Medical Center, New York, NY

North Shore University Hospital, Manhasset, NY

Center for PET (CPET), State University of New York at Buffalo,

Buffalo, NY

Syosset PET, Syosset, NY

V.A. Medical Center, Buffalo, NY

North Carolina

Wake Forest University School of Medicine, Winston-Salem, NC

Carolinas Medical Center, Charlotte, NC

Duke University Medical Center, Durham, NC

Ohio

Christ Hospital Metabolic Imaging Center, Cincinnati, OH

Christ Hospital, Cincinnati, OH

Case Western Reserve, Cleveland

Cleveland Clinic Foundation, Cleveland, OH

Kettering Medical Center, Kettering, OH

University Hospitals of Cleveland, Cleveland, OH

Oklahoma University of Oklahoma Health Sciences Center, Oklahoma City, OK

PennsylvaniaHospital of the University of Pennsylvania, Philadelphia, PA

University of Pittsburgh Medical Center, Pittsburgh, PA

TennesseeUniversity of Tennessee Medical Center, Knoxville, TN

Vanderbilt University School of Medicine, Nashville, TN

Texas

Audi L. Murphy Memorial Veterans Hospital, San Antonio, TX

Hermann Hospital, Houston, TX

Humana Hospital Medical City Dallas PET Center, Dallas, TX

M.D. Anderson Cancer Center University of Texas, Houston, TX

Research Imaging Center, University of Texas Health Science

Center, San Antonio, TX

Southwest Texas Methodist Hospital, San Antonio, TX

University of Texas Health Science Center at Houston Houston, TX

- 48 -

World-Wide PET Sites

Washington University of Washington Medical Center, Seattle, WA

West Virginia West Virginia University Morgantown, WV

WisconsinUniversity of Wisconsin Hospitals and Clinics Middleton V.A.

Hospital, Madison, WI

Australia Austin Hospital PET Center-Melbourne

Belgum University Catholique de Louvain PTL Center

BrittianMRC Hammersmith, London UK

University of London Guy's & St. Thomas Clinical PET

Canada

CIMF Sherbrooke PET Center, Sherbrooke, Quebec

Montreal Neurological Institute, McGill University

Tri-X PET (copyright), Vancouver

DenmarkAarhus PET Center

Rigshospitalet PET Center, Copenhagen, Denmark

FranceCyceron PET Research Center, Caen

Medical School of Rennes

Germany

German Cancer Research Center, Deutsches

Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg

Heinrich Heine University PET Center - Duesseldorf

German Cancer Research Center, Deutsches

Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg

Heinrich Heine University PET Center - Duesseldorf

Italy Nuclear Medicine PET Center, Castelfrance Veneto (TV)

Japan CYRIC PET Center - Sendai

Spain

Centro PET, Barcelona

Centro PET, Bilbao

Centro PET Complutense, Madrid

Instituto PET, Madrid

Centro PET, Universidad de Navarra, Pamplona

SwitzerlandLausanne-Geneva PET Group

Paul Scherrer Institute PET www site

- 49 -

2. SPECT

가. SPECT의 원리와 SPECT시스템 설계

(1) SPECT의 원리(17,45,46)

□ 오늘날과 같은 SPECT는 1976년 W. I. Keys에 의해 처음으로 개

발되었고(43), 1979년 R. J. Jaszczak에 의해 뇌전용 SPECT가 개

발되었고, 최초로 다중헤드 SPECT가 개발되었다.(44)

□ SPECT의 원리는 <그림 2-18>과 같이 생체 내에 단일광자(감마

선)를 방출하는 방사성의약품을 주입하여 생체 내에서 발생한 감

마선이 생체를 투과한 것을 생체의 주위를 회전하는 헤드에 설

치한 섬광카메라(gamma camera)로 여러 각도에서 측정하여 검

출된 신호를 신호처리기(signal processor)로 처리하고, 처리된 데

이터를 상재구성 알고리즘에 의해 컴퓨터로 연산처리하여 생

체 내 조직의 SPECT 단층 상을 현시한다. 즉 단일광자방출핵종

의 체내 분포를 컴퓨터로 연산처리하여 상으로 재구성하는 것

이다. SPECT시스템은 1개, 2개, 3개의 헤드를 가진 것이 있으며

<그림 2-19>는 헤드가 2개, 3개인 SPECT시스템을 보인 것이다.

<그림 2-18> SPECT의 원리도(45)

- 50 -

□ SPECT의 핵심기술은 단일광자방출체를 표지하여 방사성의약품

을 제조 하는 기술과 감마선을 검출하는 섬광카메라기술, 투

상데이터 획득 및 상 재구성기술 등이다.

<그림 2-19> (a) 2개 헤드(Siemens)(61), (b) 3개 헤드 SPECT시스템(47)

(a) (b)

(2) SPECT시스템 설계(17)

□ SPECT시스템 설계는 검출효율을 증가시키고 상의 공간해상도

를 증가시키는 방향으로 설계되어야 한다. 즉 <그림 2-20>과 같

이 생체 주위의 여러 방향에서 투 (projection) 데이터를 얻을

수 있도록 설계한다. 일반적으로 SPECT시스템은 ① 다중섬광검

출기(multiple scintillation detector), ② 1개 이상의 섬광카메라

(헤드), ③ 위의 두 가지를 결합한 혼합형(hybrid)섬광검출기 등

3가지 유형으로 구분한다. <그림 2-20>은 SPECT시스템의 시대

에 따른 발전유형을 보이고 있는데 좌상 그림은 최초의 다중검

출기 시스템으로 1960년대에 개발된 4개의 선형검출기 어레이

(array)로 구성되어 있는 것이고, 우상 그림은 원형링 검출기 어

레이로 되어있다.

- 51 -

□ 상용 SPECT시스템의 설계는 단일섬광카메라를 생체 주위로 회

전시키거나 다중회전섬광카메라 구조를 갖고 있다. <그림 2-21>

은 SPECT용 1개, 2개, 3개, 4개 다중섬광카메라의 여러 가지 배

치도이다. 섬광카메라는 2차원 투 데이터를 얻어 상재구성으

로 다중재구성 상을 얻는다. 다중섬광카메라는 더 많은 계수로

더 많은 투 데이터를 얻을 수 있고, 3개 카메라시스템은 5초

만에 360° 방향으로 데이터를 획득할 수 있다고 한다.

<그림 2-20> SPECT시스템의 시대에 따른 발전 유형(17)

<그림 2-21> SPECT용 1개, 2개, 3개, 4개 다중섬광카메라의 배치도(17)

□ 혼합형(hybrid) 뇌SPECT시스템은 Univ. of Arizona에서 개발되어

<그림 2-22>와 같이 작은 모듈(module)섬광카메라(10x10 cm2)의

정지된 어레이를 환자 머리를 둘러싼 반구형 표면에 배치하

- 52 -

다. 반구형 납조준기(collimator) 상의 pinhole set는 다중시야에

서 투 상을 만들 수 있다. 검출기를 회전시키지 않아도 되므

로 3차원 SPECT 데이터를 빠르게 획득할 수 있다.

<그림 2-22> 혼합형 뇌SPECT시스템 설계도(Univ. of Arizona)(17)

나. 단일광자방출체 표지 방사성의약품 제조기술

□ 단일광자(감마선)방출체 표지 방사성의약품은 단일광자 방출 방사

성동위원소를 생체 관련 유기물질에 첨가하여 제조한다. SPECT용

방사성동위원소는 사이클로트론으로 가속시킨 양성자를 표적에

충돌시켜 핵반응에 의해 생성하거나 원자로를 사용하여 생성한다.

SPECT용 방사성동위원소로 보편적으로 많이 사용되는 것은 99m

Tc(Technetium-99m), 123I(Iodine-123), 201Tl(Thallium-201) 등이며

그 외에 133Xe, 67Ga, 131I, 81mKr, 111In 등이 있다. <표 2-8>은 이

들 방사성동위원소의 반감기와 방출하는 감마선의 에너지 및

용도를 보여준다. 방사성동위원소의 반감기는 81mKr이 13s로 제

- 53 -

일 짧고 기타 핵종은 6시간부터 8일까지로 다양하다. 방사성동

위원소가 방출하는 감마선의 에너지는 81~364keV로서 PET용

양전자-전자 소멸에 의해 생성되는 감마선 쌍의 에너지 511keV

보다 작다.

<표 2-8> SPECT용 방사성동위원소의 종류, 특성 및 용도(45,48)

핵종 반감기 감마선에너지(keV) 용도(48)

99mTc 6.01h 141 뇌, 갑상선, 폐, 간, 비장, 골수진단123I 13.2h 159 갑상성, 뇌, 종양진단

201Tl 72.5h135, 167,

70.8(Hg-X선)심근영상

133Xe 5.243d 8167Ga 78.3h 93, 185, 300131I 8.04d 364 갑상선 진단․치료, 신경crest진단

81mKr 13s 190111In 2.83d 245, 171

(주) h : hour, d : day, s : second

□ 99mTc은 1938년부터 사용되어(46) 뇌, 갑상선, 폐, 간, 비장, 골수

의 SPECT 상진단에 사용하고 있으며, 뼈 스캔 시 유기산염에,

폐 스캔 시 알부민에, 간, 비장, 골수 스캔 시 유기화합물에 각

각 99mTc을 첨가해 사용한다. 99mTc 표지 방사성 의약품으로는

SESTAMIBI(Cardiolite), 99mTc-hexamethyl prophyleneamine

(HMPAO), 99mTc-bicisate ethyl cystenate dimer(ECD) 등이 있

다. <그림 2-23>은 99mTc-SESTAMIBI (Cardiolite)의 구조식으로

서 이 합성분자는 세포 membrane을 잘 통과한다. 이 합성분자

는 감마카메라로 검출 가능한 141keV의 에너지를 갖고 있어

SPECT 상의 질이 좋은 장점이 있으며, 간에서는 감마선이 산

란하여 상의 질이 낮아지는 단점이 있다.(49,50)

- 54 -

<그림 2-23> 99mTc-SESTAMIBI(Cardiolite)의 구조식(50)

□ 201Tl은 생리학적으로 수소화된 Tl+이온은 K+이온과 같이 행동하

며 Na/K펌프에 의해 세포 속으로 빠르게 확산한다. 201Tl는 반

감기가 72.5시간으로 길어서 체내에 오래 유지된다는 장점이

있으나 방출 감마선 에너지가 작아서 검출오차가 크며 높은 방

사선 흡수로 인하여 낮은 피폭량을 써야하므로 상의 질이 저

하되는 단점이 있다.(50)

□ 123I의 뇌 SPECT용 방사성의약품으로는 123I-ligands가 있으며(51)

123I-isoprophliodoamphetamine(IMP)는 갑상선, 뇌, 종양 진단

에 사용된다. 123I-QNB(quinclidinyl-iodo-benzilate)는 정상 뇌와

알츠하이머병이 있는 뇌 속의 receptor를 상화하는 데 사용

된다. 123I-Iodine labeled ligands IBZM과 IBZP(iodo-hydroxy-

methoxy-N-〔(ethyl-pyrrolidinyl)methyl〕benzamide and chloro-

hydoxy-iodopheny-methyl-tetrahydro-H-benzapine)는 dopamine

receptor시스템을 상화하는 데 사용되며, 파킨슨(Parkinson)

병과 운동장애 연구에 사용된다.

- 55 -

□ 추적자(tracer)는 뇌의 각 부위에 혈류의 운반에 비례하여 축적

된다. 추적자의 확산(perfusion)을 역뇌혈류(regional cerebral

blood flow, rCBF)라 한다. 133Xe는 뇌기능 상에서 혈류량을 측

정하고 rCBF 연구에 사용한다. 133Xe은 기체로 기체를 흡입해야

하므로 액체를 주사로 주입하는 것보다 어려우며 81keV의 낮은

에너지의 감마선을 방출하고 뇌구조에 의해 감쇠되므로 상화

에 어려움이 있다.(51)

다. 감마선 검출용 섬광카메라기술(17,45,46)

□ 섬광카메라는 <그림 2-24>와 같이 생체의 측정부위에서 특정방

향으로 오는 감마선을 입사시키는 조준기(collimator), 입사감마

선 검출용 섬광결정(scintillation crystal), 광전자증배관(PMT) 어

레이 및 감마선원의 위치를 알려주는 위치논리회로(position

logistic circuits)로 구성되어 있다. 여기서 조준기설계기술이 중

요하며, 섬광결정은 입사감마선이 닿으면 가시광선을 발생시키

고 광전자증배관은 이들 가시광선을 전기적신호인 광전자로 변

환시켜 검출 가능한 신호로 증배시킨다.

<그림 2-24> 섬광카메라의 구성도 (a) 측면도(52), (b) 상면도(PMT array)(45)

(a) (b)

- 56 -

(1) 조준기(Collimator)

□ <그림 2-24>에서와 같이 감마선검출용 섬광카메라의 대부분의 조

준기(collimator)는 평행구멍으로 설계되어 있다. 납으로 만든 조준

기는 생체 내 추적자에서 방출되는 감마선 중 카메라와 같은 방향

의 감마선만을 통과시키고 다른 방향에서 오는 감마선은 차단한

다. 즉 조준기는 생체부위에서 방출되는 감마선을 기하학적으로

제한하여 필요한 부위에서 방출되는 감마선만이 섬광결정에 입사

하도록 하는 장치이다. 조준기의 종류는 <그림 2-25>와 같이 ①

바늘구멍(pinhole) 조준기, ② 확산형조준기, ③ 집속형조준기, ④

평행구멍조준기 등이 있다(그림에서 예민도는 민감도(sensitivity)

를 의미한다).(46). 이러한 일반적인 조준기 외에도 검사부위에 따라

심장용 특수조준기, 뇌 검사용 조준기, 집속형조준기의 기하학적

인 모양을 변형한 다양한 조준기가 계속 개발되고 있다. 이들 조

준기의 기하학적인 모양에 따라 투 상을 얻은 후 SPECT 상

재구성을 위해 특수한 알고리즘을 이용하여야 한다.

<그림 2-25> SPECT용 조준기의 종류(46)(A), (B)는 육각형 구멍모양 조준기

- 57 -

□ 평행구멍조준기는 검출효율(detection efficiency)은 증가시키고

반면에 상의 공간해상도는 낮아지게 한다. 따라서 SPECT시스

템 설계에 있어 검출효율과 해상도를 적절하게 조절하여 두 가

지를 동시에 높일 수 있도록 하는 것이 중요하다. 해상도의 감

소 없이 검출효율을 높일 수 있는 두 개의 조준기 설계는 <그

림 2-26>과 같은 부채빔(fan-beam)조준기와 원추빔(cone-beam)

조준기이다. 수신입사각의 증가로 검출효율이 증가한다. 부채빔

과 원추빔 조준기는 같은 공간해상도에 대해 평행구멍조준기의

1.5배와 2배의 검출효율을 갖는다. 그러나 집속구멍조준기

(converging hole collimator)는 특수한 상재구성 알고리즘과

데이터획득방법이 요구된다.

<그림 2-26> 부채빔조준기(왼쪽)와 원추빔조준기(오른쪽)의 구조(17)

(2) 섬광결정

□ SPECT에서 가장 많이 사용되는 섬광결정은 NaI(Tl)으로 감마선

을 받으면 가시광선을 방출한다. 그 다음으로는 용도와 목적에

따라 CsI(Tl)와 YAP:Ce(Ce를 첨가한 YAlO3)가 많이 사용되고

있다. <표 2-9>은 대표적인 SPECT용 섬광결정의 종류와 특성을

보여준다.(46)

- 58 -

□ 섬광카메라의 민감도(sensitivity)와 해상도(resolution)는 NaI(Tl)결

정의 두께에 관계된다. NaI(Tl)결정의 두께가 두꺼울수록 검출한

감마선에 의한 빛의 생성율이 높으며 적은 량의 감마선에 대해서

도 민감하게 반응한다. 보통 NaI(Tl)결정의 두께는 5~9.5mm이다.

□ 최근(2001년) Univ. of Arizona의 Center for Gamma-Ray Imaging

(CGRI)에서는 NaI(Tl), CsI(Tl), CdTe, Si반도체 등을 이용하여

<표 2-10>과 같이 SPECT용 감마선검출기를 개발하 다. 이들 감

마선검출기는 섬광결정으로 두께 5mm의 NaI(Tl)을 사용하 으며

2x2와 3x3 Modular섬광카메라의 고유해상도(intrinsic resolution)

는 3mm 이고 MAPMT module의 해상도는 1mm 이하이었다. 렌

즈결합섬광체 CCD카메라의 경우는 CsI 또는 NaI결정을 사용하

으며 해상도는 100μm 이하이었다. 섬광결정 대신 CdZnTe(CZT)

또는 CdTe 반도체를 사용한 64x64 pixel로 구성된 hybrid반도체

어레이를 감마선검출기로 개발하 다. 이것은 해상도가 380μm로

우수하며, 소형동물용 SPECT시스템으로 사용될 것이다. 어레이

형성과정에서 99% 이상의 pixel제조 성공률을 가질 수 있었던

것은 반도체재료를 적외선투과mapping과 감마선감응 mapping

검사와 제조과정에서 불량률을 최소화 시키는 품질관리를 잘 하

기 때문이다.(53)

- 59 -

<표 2-9> 대표적인 SPECT용 섬광결정의 종류와 물리적 특성(46)

물리적 특성 NaI(Tl) CsI(Tl) CsI(Na) YAP:Ce

밀도(g/cm3) 3.67 4.51 4.51 5.37

경도(Mho) 2.00 2.00 2.00 8.60

굴절율 1.85 1.78 1.78 1.95

녹는점(℃) 651 621 621 1875

습기흡수 많이 약간 약간 없음

빛생성

율

광자수

/MeV38000 59000 39000 14400

% 100 47 85 40

최대방출파장(nm) 415 550 420 370

붕괴시간(ns) 230 900 630 27

511keV에서의

감쇠거리(cm)3.05 2.43 2.43 2.24

<표 2-10> CGIR에서 개발한 SPECT용 감마선 검출기(53)

검출기섬광결정 또는

물질과 두께

검출에너지

(keV)

검출기넓이

(cm2)고유해상도

2x2 Modular

섬광카메라

NaI(Tl)

5mm30~200 10x10 ~3mm

3x3Modular

섬광카메라

NaI(Tl)

5mm30~200 12x12 ~3mm

MAPMT moduleNaI(Tl)

5mm30~200 5x5 〈 1mm

렌즈결합섬광체

CCD카메라

Columnar CsI

0.6~2mm

또는 NaI결정

30~200 5x5 〈100μm

64x64

hybrid array

CZT 또는 CdTe

2mm30~200 2.5x2.5 380μm

Ajat DIC-100CdTe

750μm10~140 5x5 100μm

Silicon strip Si결정 10~30 3x6 50μm

- 60 -

(3) 검출기 어레이

□ 감마선검출기는 <그림 2-24>와 같이 ① 섬광결정을 광전자증배

관(PMT)의 어레이에 결합시켜 감마선이 조준기를 통해 섬광결정

에 입사하여 발생시킨 빛을 PMT어레이가 받아 광전자 증배현상

에 의해 증폭된 전기신호로 변환시키는 방법과 ② Si, CdTe,

CdZnTe 같은 반도체 어레이를 사용하여 반도체 어레이에 감마

선이 입사하면 직접 전기적 신호로 변환시키는 방법이 있다.

(가) 섬광결정-PMT어레이(46)

□ SPECT용 섬광카메라는 PMT를 2차원 평면에 배열한 PMT어레

이 형태의 구조를 갖고 있으며(<그림 2-24>(b) 참조) PMT의 크

기가 작을수록 해상도가 우수하나 크기의 한계가 있어 보통

37~91개의 PMT어레이를 사용한다. PMT내에서 입사한 빛이 광

전음극에 쬐어져서 생긴 광전자가 가속되어 2차전자방출 전극에

부딪쳐 증배된 2차전자를 얻고 이것이 반복되어 106~108배로 증

배된다. PMT는 위치감지(position sensitive)형으로써 PMT어레

이의 출력신호는 위치논리회로를 거쳐 감마선의 위치를 알아낼

수 있다. <그림 2-27>은 위치감지형 PMT어레이의 16x16 변형

Anger전류분배회로를 보이고 있다.

□ PMT에서 증배된 전기신호를 증폭시켜 위치와 에너지의 검출이

가능한 신호로 변환한 후 A/D변환기로 아날로그신호를 디지털

신호로 변환하여 컴퓨터에 입력시킨다. SPECT용 섬광카메라에

사용되는 고 에너지 분해능, 즉 높은 펄스높이분해능을 가져야

한다. 즉 PMT의 광전음극은 NaI(Tl) 같은 섬광결정이 방출하는

- 61 -

빛의 스펙트럼 역에서 고양자효율(high quantum efficiency)과

첫 번째 dynode에 광전자를 집중시키는 효율이 커야 한다. 이

런 PMT의 특성은 섬광카메라의 공간해상도에 크게 향을 미

친다. 또한 PMT의 균일성(uniformity)은 위치선형성(position

linearity)을 좋게 만든다. PMT의 장기간 안정도는 PMT출력의

펄스 높이를 정확히 하여 이로부터 위치와 에너지정보를 정확하

게 얻을 수 있다.

<그림 2-27> 위치감지형 PMT어레이의 16x16 변형

Anger전류분배회로(46)

□ 30년간 섬광카메라는 핵의학 상기술에서 제일 중요한 핵심기술

로 성능시험이 행해졌다. 현재의 섬광카메라는 고유해상도가

3mm이고 140keV에서 에너지 분해능이 10%이다. 보통 사용되는

조준기의 공간분해능이 7~15mm 정도이므로 카메라의 고유해상

도가 3mm인 것은 적절한 값이다. Univ. of Arizona의 감마선검

출기연구그룹에 의하면 만일 검출기가 큰 넓이를 갖고 작은 화

소(pixel)를 갖는다면 해상도를 2mm까지 향상시킬 수 있을 것이

라 한다. 앞으로 감마선검출기의 발전은 반도체검출기 어레이를

개발하는 것이다.(17)

- 62 -

(나) 반도체 어레이

□ 반도체 어레이검출기나 섬광결정과 광검출기를 결합한 검출기는

공간해상도와 에너지 분해능을 향상시킬 수 있을 것으로 전망된

다. 과거에 Si과 Ge 검출기를 핵의학 상기기에 사용하려는 연

구가 있었으나, 이 반도체들은 저정지력(low stopping power)을

갖고 반도체재료가 고가이며 저온에서 작동시켜야 했기 때문에

실용화되지 못하 다.(17)

□ 그러나 현재는 새로운 실온에서 작동시킬 수 있는 고정지력을

가진 반도체가 개발되었기 때문에 감마선검출기로서 실용화가

가능하다. 예를 들면 CdZnTe(CZT)는 140keV에서 3~4%의 에너

지 분해능을 갖고 있다. CdZnTe를 사용할 경우 해상도의 한계

는 환자의 허용된 감마선 피폭량과 검출기시스템의 효과적 입체

각에 관계된다.(17) CdZnTe은 광전도체(photoconductor)의 하나

로서 어둠 속에선 절연체이나 빛이나, X선, 감마선 등을 흡수하

면 전자-홀 쌍이 생겨 광전도체 양단에 전압을 걸었을 때 전류

가 흐르는 물질이다.

□ SPECT의 민감도(sensitivity)는 PET의 민감도보다 적은데 이것

은 SPECT가 납조준기를 사용하기 때문이다.

□ 최근(2000년) Toshiba Corp.의 Medical Systems R & D Center

에서는 CdTe 반도체를 SPECT용 검출기로 개발하 다.(54) 즉

CdTe검출기의 시제품(유효시야 2.54cmx5.08cm)을 제작하여 4개

의 구형 phantoms가 들어 있는 실린더형 phantom을 사용하여

시험한 결과 산란 감마선이 NaI(Tl)섬광결정을 사용할 때보다

- 63 -

33% 감소함을 알았다. 또한 CdTe에 의한 SPECT 데이터에 감

쇠(attenuation)보정을 할 때 감마선의 측정정확도는 NaI(Tl) 경

우보다 16% 증가하 다.

□ 최근(2002년) 미국 Univ. of Michigan의 Zhong He 교수팀은

CdZnTe반도체를 이용하여 3차원 위치감지형 감마선검출기를

최초로 개발하 다.(55) CdZnTe결정이 감마선을 흡수하면 전자-

홀 쌍이 생기고 결정양단에 전압을 걸면 전자들은 양극(anode)

에 모여 전기적 신호로 변한다. 양극에 연결된 전하감지증폭기

는 전류의 펄스를 측정하여 감마선의 에너지와 위치를 결정할

수 있다. 또한 음극에서 수집한 정보와 결합하여 감마선의 침투

깊이를 알아낼 수 있다. CdZnTe결정의 가격이 비싸고 전자회로

가 복잡한 것은 앞으로 해결해야 할 과제이다. CdZnTe 감마선

검출기는 전의 섬광결정-PMT검출기에 비해 더 감응도가 높아

SPECT시스템에 응용될 것으로 기대된다.

□ 최근(2004년) 미국의 Univ. of Utah와 Philips Medical Systems

Inc.는 공동으로 슬릿(slit) 조준기를 가진 SPECT용 CdZnTe검출

기를 개발하 다.(56) CdZnTe 회전감마카메라는 슬릿조준기와 결

합되어 있고 두 개의 상재구성 알고리즘으로 phantom 상을

연구한 결과 이 시스템은 대형 NaI(Tl) 카메라(바늘구멍조준기

를 가진)보다 상의 공간해상도가 우수함을 알았고, 소형 동물

용 SPECT시스템으로 사용될 것이다

□ 최근 수년간 미국의 Los Alamos국립연구소에서는 CdZnTe반도

체의 재료처리, 반도체검출기 설계, 재조기술 등을 연구하고 있

어 반도체 표면의 요철, 불순물 등은 표면누출(surface leakage)

- 64 -

을 생기게 하여 저에너지 검출에 방해되는 잡음을 만들게 된다

는 것을 발견하 다. 반도체의 표면처리는 표면을 가열하지 않고

산화시키는 것으로 이런 처리 후에는 누출전류가 감소하여 감마

선에너지 분해능이 <그림 2-28>과 같이 향상되었다. 검출기 설계

에 있어 실린더형 co-planar grid 검출기를 사용하면 <그림2-29>

와 같이 저에너지에서 우수한 분해능을 나타내었다.(57)

<그림 2-28> CdZnTe의 표면처리 전후의 감마선검출 분해능(57)

<그림 2-29> 실린더형 co-planar grid 검출기(57)

- 65 -

□ 최근(2001년) 미국의 UC San Francisco와 Univ. of Arizona는 공

동으로 CdZnTe검출기를 이용한 고분해능 SPECT시스템을 개발

하 다(58). 평행구멍조준기(조준기효율 5x105)를 가진 CdZnTe

hybrid검출기 어레이(pixel pitch = 0.38mm)를 개발하여 바늘구

멍조준기(구멍지름 = 0.5mm)를 가진 섬광카메라와 성능비교 한

결과 반도체검출기 어레이가 우수한 해상도를 나타내었다.

□ 최근(2003년) 일본의 Yokohama시립대학에서는 좁은 시야의 CdZnTe

감마카메라를 개발하여 성능검사를 하 다.(59) 검출기는 두께 5mm

인 CdZnTe 단결정의 단일 웨이퍼(wafer)로서 16x16 어레이(256

pixel)로 나누어져 있다. 검출기의 민감한 역은 변의길이 3.2mm

인 정사각형 역이다. 두 개의 평행구멍조준기를 CdZnTe웨이퍼에

결합시켜 256개 구멍을 256개 pixel에 맞추었다. 하나는 납으로 만

든 저에너지․고해상도 평행구멍(LEHR) 조준기이고, 다른 하나는

텅스텐으로 만든 저에너지․고감도 평행구멍((LEHS)조준기이다. 성

능평가 결과 고유에너지 분해능은 141keV에서 8.6% FWHM이고

시스템의 균일성은 중심시야에 대해 1.2~1.9%이었고, 공간해상도는

2.3mm(LEHR), 2.9mm(LEHS)이었다. 이 장치는 임상에 이용될 것

으로 기대된다.

□ 최근(2002년) 일본 Tohoku대학에서는 CdZnTe 반도체검출기를

사용한 감마선 감시장치(monitor)를 개발하 다.(60) 넓이 10x10mm2

이고 두께 2mm인 CdZnTe 결정을 사용하여 검출효율을 측정한

결과 우수하 다.

(4) 공간해상도와 향을 주는 물리적 요인(17)

□ 10년 전 SPECT 심근단층 상은 공간해상도가 2cm이었으나 오

- 66 -

늘날은 1.6mm로 10배 이상 향상되었고 SPECT 가격도 1/3 정

도로 감소하 다. SPECT의 공간해상도(spatial resolution)는 매

질 내에서 감마선의 감쇠와 산란에 의해 크게 좌우된다.

□ 감마선의 감쇠

○ 감마선의 광전흡수와 컴프톤(Compton)산란에 의한 감마선의

감쇠(attenuation)는 SPECT의 정량적 정확도와 해상도에 향

을 미치는 주요한 요인이다. 감쇠의 정도는 ① 감마선원과 감

쇠물질 끝(edge) 사이의 거리와 ② 감쇠매질 속에 들어 있는

물질의 양과 물질형태 및 광자에너지의 함수로 표시되는 감쇠

계수(attenuation coefficient)에 의해 결정된다. 예를 들면 물이

나 연조직(soft tissue) 내에서 140keV 감마선(보통 99mTc를 사

용할 때)에 대한 감쇠계수는 0.15cm-1이며 입사 감마선의 절반

을 감쇠시키는 물질의 두께(half-valued layer thickness)는 물

속에서 4.5cm이다. 감쇠효과는 생체의 다른 부위가 다른 감쇠

계수를 가지면 더욱 복잡해진다. 특히 흉곽 내에서 비균일 감

쇠분포는 심장 SPECT 상재구성 시 주요한 문제가 된다.

□ 감마선의 산란

○ 감마선검출기에 도달하기 전 산란된 감마선은 방사성원의 공

간정보에 오류를 줄 수 있으며, SPECT가 검출한 상당한 비율

의 감마선이 산란된다. 140keV 감마선에 대해 산란 대 비산

란 감마선의 비율은 뇌 SPECT 상에서는 20~30%이고, 심장

과 신체 SPECT 상에서는 30~40%이다.

- 67 -

□ 전반적으로 현재의 SPECT시스템의 해상도는 섬광체-PMT검출기

어레이의 경우는 1~3mm이고 반도체(CdZnTe)검출기 어레이의

경우는 CdZnTe 또는 CdTe검출기는 고유해상도가 100~380μm

이고 silicon strip검출기는 고유해상도가 50μm이다.

□ 섬광카메라의 민감도(sensitivity)와 해상도는 NaI(Tl)결정의 두께

에 관계된다. NaI(Tl)결정의 두께가 두꺼울수록 검출한 감마선

에 의한 빛의 생성율이 높으며 적은 량의 감마선에 대해서도

민감하게 반응한다. 보통 NaI(Tl)결정의 두께는 5~9.5mm이다.

감마선검출기의 민감도(sensitivity) S는

S ∝ Aεn ϒ/(4πr2)

로 표시할 수 있다. 여기서 A는 스캔할 대상물 속의 각점이 볼

수 있는 검출기의 넓이고, ε는 검출기효율, n는 SPECT에 대해

1이고 PET에 대해 2이다. ϒ는 감쇠인자(attenuation factor)로서

ϒ = 0.2~0.6이며 r는 단층 상의 반지름이다. PET와 SPECT의

민감도의 비는 약 150을 해상도로 나눈 값으로써 해상도 7.5에

대해 그 비는 20이다. SPECT의 민감도를 향상시키는 방법은 A

를 크게 하고 각 광자의 궤도를 추적하는 것이다. 후자는 감마

선의 컴프톤 산란각을 결정하는 것이다.

라. SPECT 투 데이터 획득 및 상재구성기술

(1) 투 데이터 획득(46)

□ SPECT의 투 데이터 획득은 섬광카메라설계 및 검출기 어레이

의 검출기 수, 또는 검사부위에 따라 달라질 수 있다. SPECT의

상원리상 가능한 한 많은 각도에서, 각 각도마다 가능한 좁은

- 68 -

간격으로 투 상을 얻는다면 생체 내 해당부위의 방사성동위

원소(추적자)의 분포를 정확하게 알아 낼 수 있다. 그러나 너무

많은 각도에서 너무 좁은 각도로 투 상을 얻는다면 컴퓨터용

량을 너무 많이 차지할 뿐만 아니라 상재구성할 때 시간이 너

무 오래 걸리는 단점이 있다. 결국 최적의 각도와 간격을 정하

는 것이 필요하며 대개 뇌 상의 경우 128x128 매트릭스(matrix)

에 120개의 각도, 심장 상의 경우 64x64 매트릭스에 60~120개

의 각도에서 투 데이터를 얻는다.

(2) 상재구성기술(61)

□ SPECT의 상재구성방법은 CT와 PET의 상재구성 방법과 유

사하며 3차원 대상물의 2차원 투 (projection)데이터로부터

상재구성을 하여 2차원 단면 상을 얻게 된다. 필요한 경우 이

들 재구성된 2차원 단면 상들을 결합하여 대상물의 3차원 상

을 얻을 수 있다. 섬광카메라가 생체주위를 회전할 때 어떤 각

도에서 검출하는 감마선은 <그림 2-30>과 같이 섬광카메라면(검

출기 어레이)에 수직한 방향의 감마선만이 평행하게 평행구멍조

준기 구멍에 입사하여 검출된다. 만일 생체 내에서 감마선이 감

쇠되지 않는다면, 검출된 감마선의 세기 p는 추적자로부터 조준

기 구멍사이 검출기어레이에 수직한 직선상의 모든 추적자들이

직선을 따라 방출하는 감마선의 합이 될 것이다. 즉 추적자의

위치(x,y)에서 추적자의 농도를 f(x,y)라 하면

p = Lf (x, y )du (1)

가 된다. 여기서 L는 추적자로부터 검출기어레이에 수직한 직선

을 나타낸다.

- 69 -

<그림 2-30> 감마선 검출기어레이에 수직한 방향의 평행투영(61)

□ 여기서 p를 직선 L상 추적자의 투 (projection)이라 한다. 2차원

의 경우 직선 L은 파라미터 xr와 Φ로 표시할 수 있다. 여기서 Φ

는 <그림 2-14>에서와 같이 x축부터 반시계방향으로의 각도이

고 xr는 (x,y)평면의 원점부터의 거리이다. 식 (1)은 추적자의 분

포함수 f(x,y)를 투 (projection) p(xr,Φ)로 변환시키는 식이 되며

p(xr,Φ)는 f(x,y)를 xr와 ,Φ로 정의된 직선 L상의 선적분이다. 이런

f(x,y) → p(xr,Φ)로의 변환을 Radon변환이라 하며 연산자 R로

표시한다. 즉 (1)식은

p(xr,Φ) = Rf(x,y) (2)

로 표시된다. 평행투 데이터는 Φ = 0~180° 각도에서 획득한다.

원리상으로 투 p(xr,Φ)를 알면 식 (1), (2)로부터 추적자의 분포

함수 f(x,y)를 p(xr,Φ)의 역Radon변환 R-1에 의해 구할 수 있다.

즉

R-1p(xr,Φ) = R-1Rf(x,y) = f(x,y) (3)

이다. 이와 같이 투 데이터로부터 추적자의 분포를 구하는 과

정을 상재구성이라 한다.

- 70 -

□ <그림 2-31> (a)는 머리 phantom의 단층 상 f(x,y)이고 그림

(b)는 그림 (a)의 Radon변환 p(xr,Φ)을 각도 Φ와 xr(검출기 어레

이의 위치번호)에서 투 데이터값 p(xr,Φ)에 비례하는 밝기로 표

시한 것이다. 이것을 평행투 데이터의 사이노그램(sinogram)

이라 한다.

<그림 2-31> (a) 머리 phantom의 단층영상 f(x,y),

(b) 그림(a)의 Radon변환(61)

(a) (b)

□ Radon변환은 생체 내에서 감마선의 감쇠와 산란을 고려하지 않

은 이상적인 경우이며 실제 상에서는 감마선의 감쇠와 산란

이 생기므로 투 데이터는 이들에 대한 보정을 해주어야 하며

제한된 분해능을 갖게 된다.

□ 최근 Rice대학에서는 <그림 2-32> (a)와 같이 크기가 다른 플라

스틱 기둥들을 그릇에 세우고 감마선방출동위원소 물을 채운 것

을 phantom으로 사용하여, 이 phantom의 수평절단면 주위로

<그림 2-19> (a)와 같은 Siemens사의 SPECT시스템의 검출기 헤

- 71 -

드를 1.5° 간격으로 회전시켜 240개의 투 데이터를 얻었으며,

이로부터 추적자의 분포 상을 두 가지 상재구성 알고리즘으

로 그림 (b)와 같이 얻었다. 두 가지 상재구성방법 중 하나는

① 여과․역투 (FBP)방법으로써 상용 CT나 PET에서 사용하는

알고리즘으로 빠르고 효과적이나 이상적인 경우에서 벗어날 때

는 적용하기가 어려운 단점이 있다.

<그림 2-32> (a) 계산하기 위해 사용한 phantom,

(b) FBP방법으로 얻은 phantom의 수평단층영상(61)

(a) (b)

□ 다른 하나는 ② 대수적재구성기술(Algebraic reconstruction technique,

ART)로 FBP에 비해 이상적인 경우에서 벗어날 때도 잘 적용할

수 있는 장점이 있으나, 컴퓨터 계산비용이 많이 드는 단점이

있으며 앞으로 더 연구가 필요하다.

□ 역투 데이터를 여과하지 않으면 <그림 2-33> (D)와 같이 원래

의 상 f(x,y)가 퍼져 보이는 효과 즉 성상효과(star artifact)가

있게 된다. 이 성상효과를 제거해 주는 과정을 여과라 한다. 일

반적으로 많이 사용되는 여과기(filter)는 ① Butterworth, ②

- 72 -

Shepp-Logan, ③ Hamming, ④ Hanning, ⑤ Cosine, ⑥ Parzen

등이 있다. <그림 2-33>은 원래 상 (A)를 여과하지 않고 얻은

사이노그램(B)와 여과하지 않은 사이노그램으로 재구성한 상

(D)는 원래 상(A)에 비해 뿌옇게 보이며, 여과한 사이노그램(C)

로 재구성한 상(E)는 원래 상(A)와 유사하게 선명함을 알 수

있다.(46)

□ SPECT의 상재구성방법은 위의 ① FBP, ② ART방법 외에 ③

반복계산재구성방법(Iterative Reconstruction), ④ 배열된 부분집합

기대값 최대화방법(Ordered subsets expectation maximization,

OSEM) 등이 있다(앞의 1.라. PET 상재구성기술 참조).

<그림 2-33> 원래대상물의 영상 f(x,y) (A), 사이노그램 (B), 여과 후

사이노그램 (C), 여과하지 않은 사이노그램으로 재구성한 영상 (D),

여과한 사이노그램으로 재구성한 영상 (E)(46)

- 73 -

3. PET, SPECT의 다른 의료 상기술과의 융합

□ PET나 SPECT는 생리학적 기능 상을 제공하므로 해상도가 높

은 조직의 해부학적 구조 상을 제공하는 MRI 또는 CT와 융합

하여 같은 생체 내 부위를 촬 한다면 보다 더 정확한 진단을

할 수 있을 것이다. 따라서 최근에 와서는 <그림 1-4>와 같이

PET와 MRI의 융합기술에 의한 합성 상을 얻게 되었으며 <그

림 1-11>, <그림 1-12>와 같이 SPECT와 MRI의 융합기술에 의

한 합성 상을 얻을 수 있게 되었다. 또한 PET와 CT는 각각 감

마선과 X선을 검출하는 광자검출의 유사성을 갖고 있으므로

PET-CT융합기술이 발전하여 GE, Siemens, Philips, Toshiba,

Hitachi 등이 PET-CT시스템을 생산․시판하고 있으며, 마찬가지

로 SPECT-CT시스템이 개발되어 실용화되고 있다.

<그림 2-34> (a) CT, (b) PET(감쇠보정), (c) PET-CT, (d)

PET(감쇠비보정)로 촬영한 전신영상의 비교(62)

(a) (b) (c) (d)

- 74 -

□ <그림 2-34> (a)는 전신을 CT촬 한 상으로 해부학적 구조를

볼 수 있고, (b)는 감마선의 감쇠를 보정한 PET 상으로 (a)에서

볼 수 없는 심장의 혈류를 관측할 수 있는 기능 상이며, (c)는

PET-CT의 융합 상으로 해부학적 구조와 심장의 혈류(생리학적

상)를 볼 수 있다. (d)는 감마선의 생체 내 감쇠를 보정하지

않은 상으로서 감쇠를 보정한 그림 (b)보다 해상도가 떨어짐

을 알 수 있다.

4. 국내 연구개발 동향

□ PET와 SPECT의 국내 연구개발은 1990년대 후반부터 과학기술

부의 특정연구개발사업, 원자력실용화연구사업, 원자력연구개발

중장기계획사업과 보건복지부의 보건의료기술진흥지원사업, 의

료공학기술개발사업(G7프로젝트) 등으로 지원되어 핵의학관련

대학, 연구소, 병원 등에서 연구를 수행하고 있으며, 2000년에는

한국PET연구센터(원자력의학원 내)가 설립되고 2002년에는 과학

기술부 지원으로 “PET연구개발협의회”가 설립되기에 이르 다.

PET와 SPECT분야의 주요 연구과제와 발전내용을 정리하면 다

음과 같다.

가. PET

□ 의료용 사이클로트론 국내 제작성공(63,64)

○ 원자력의학원에서는 1998년부터 2년간 과학기술부의 원자력기

금지원으로 PET용으로 3MeV급의 사이클로트론 가속기를 국

내 제작하는 데 성공하 고, 2002년에는 13MeV급의 사이클로

- 75 -

트론을 제작하여 민간기업에 기술이전을 하고 있으며, 과학기

술부는 2008년까지 권역별 사이클로트론연구소를 유치하고 있

다. 또한 PET용 방사성의약품 〔18F〕FDG를 제조하여 공급하

고 있다.

□ 국내의 PET스캐너와 사이클로트론의 도입․설치는 <표 2-11>과

같이 대형병원을 중심으로 이루어져 의료 상진단용으로 활용

되고 있다. 2003년 원자력병원과 서울대병원 등 10여 개 종합병

원들은 PET-CT시스템을 설치하여 병소진단의 정확도를 높이고

있으며 2004년 세브란스병원은 18MeV급의 사이클로트론을 도

입․설치하 다.(65)

○ Stanford보고에 의하면 인구 100만 명당 최소한 1대의 PET가

필요하며 미국에 700개, 독일에 85개, 일본에 60개 PET센터가

운 중에 있으며 국내에는 현재 23여 대의 PET와 PET/CT

를 20여 개의 PET센터에서 운 중에 있다.(66)

- 76 -

<표 2-11> 국내의 PET스캐너와 사이클로트론의 도입․설치 현황(65)

병원 PET스캐너 사이클로트론 도입연도

서울대학병원1

PET-CT시스템1대

1 1994

2003

삼성서울병원1

PET-CT시스템1대

1 1994

2003

원자력병원1

PET-CT시스템1대

2 1997

2003

서울아산병원1

Fusion PET

1 1997

2004

국립암센터1

PET-CT시스템1대

1 1997

2003

세브란스병원 1(2000년) 1(2004년) 2000, 2004

강남e-병원 1 0 1997

경희의료원 PET-CT 1대 2004

한양대병원 PET-CT 1대 2004

고신대병원 PET-CT 1대 2004

대구가토릭병원 PET-CT 1대 2004

포항성모병원 PET-CT 1대 2004

경북대병원 1 2004

을지병원 PET-CT 1대 2004

한림대성심병원 PET-CT 1대 2003

아주대병원 PET-CT 1대 2003

전남대병원 PET-CT 1대 2003

영동세브란스병원 1 2003

계 23 7

자료 : 1. http://www.dailymedi.com 2. 각 기관 홈페이지

○ 국내의 PET 임상연구는 세계적 수준으로 미국핵의학회(Society

of Nuclear Medicine)에 발표한 논문 수가 세계 4위이다. 국

내의 PET 이용현황은 <그림 2-35>와 같이 1995년에 1020건에

서 매년 증가하여 2002년에는 12,484건에 도달하 으나 미국,

독일, 일본 등에 비해 아직 초기단계이며, 현재는 PET가 23여

대이나 암 진단에 대한 수요가 급증하여 2010년에는 50대의

PET기기가 필요할 것으로 예측된다.(66)

- 77 -

<그림 2-35> 국내의 PET 이용 건수(66)

건수

연도

□ 한국PET협의회(66)

○ 2002년에 과학기술부는 국내 PET 활성화와 저변 확대를 위해

PET 이용 및 연구개발협의회를 발족, 수차에 걸친 회의를 통해

같은 해에 PET 관련 전문가로 구성된 학․연․산․관 협의체로

써 「한국PET협의회」가 발족되었다. 한국PET협의회는 PET 관

련 학․연․산․관 전문가로 구성된 기획심의위원회, 운 위원

회, 전문위원회를 운 하고 있으며 국내의 PET시설 활용 활성화

지원, PET 상기술 이용 인프라구축과 권역별 사이클로트론센

터 설치, PET 전문인력 양성 및 교육 등을 지원하고 있다.

□ 과학기술부 지원으로 서울대학교는 1999년부터 3년간 “양성자단

층촬 을 이용한 대뇌청각피질의 기능에 관한 연구”를, 2000년

부터 5년간 “동적 H215O 심근 PET를 이용한 심근혈류정량화 방

법의 개발과 응용”연구를, 1999년부터 5년간 “핵의학 상처리

기술 개발”을, 2000년부터 2년간 “H215O PET를 이용한 기억기

능연구”를, 2000년부터 2년간 “사이클로트론 및 양전자단층촬

- 78 -

기”연구를, 1999년부터 5년간 “심장핵의학 상처리기술 개발”을

추진하 으며, 원자력의학원은 2003년에 “한국PET연구센터 운

사업”을, 인제대학교는 2001년부터 2년간 “SPECT/PET 상의

상도해 및 용량분석기법 개발”을 수행하 다. <표 2-12>은 보건

복지부, 과학기술부 등이 지원한 PET 관련 연구과제 현황이다.(67)

<표 2-12> 과학기술부 등이 지원한 PET 관련 연구과제 현황(67)

주관연구기관 연 구 과 제 연구기간

서울대학교 양성자단층촬영을 이용한 대뇌청각피질의

기능에 관한 연구1999~2002

서울대학교 핵의학 영상처리기술 개발(PET, SPECT) 1999~2004

서울대학교 심장핵의학 영상처리기술 개발 1999~2004

서울대학교 동적 H2

15O 심근 PET를 이용한 심근혈류정량화

방법의 개발과 응용2000~2005

서울대학교 H215O PET를 이용한 기억기능연구 2000~2002

서울대학교 사이클로트론 및 양전자단층촬영기 2000~2002

원자력의학원 한국PET연구센터 운영사업 2003

인제대학교 SPECT/PET영상의 영상도해 및 용량분석기법 개발 2001~2003

필로폰 사용자에 대한 SPECT와 PET 뇌영상 연구 2003~

두경부 편평상피종양의 PET를 이용한 방사선치료

반응도 예측연구2002~

신장혈류 PET 정량법 개발 : 동적 H215O PET 연구 2001~

SPECT/PET겸용 소형 감마선 단층촬영기 개발 1999~2000

PET용 방사성 의약품으로 [18F]FMISO와 [18F]FES

의 제품화2003~

사이클로트론 및 PET이용기술 개발 2000~2003

핵의학기기 핵심기술 개발 2002~2003

중이온 사이클로트론 가속기술 개발 2003~

방사선 및 방사성동위원소 의료영상 신기술 개발 2003~

핵의학기기 제품화 및 기반기술 개발 2001~

SPECT/PET영상의 물리적 인공물 보정 및 생체현

상의 정량화 연구2003~

핵의학 영상진단을 위한 방사성동위원소의 표지화기술 2003~

자료 : http://www.kordi.go.kr http://nstcs.kordi.go.kr

- 79 -

□ 최근에 국립암센터에서는 PET/CT시스템을 사용하여 병변의 크

기를 측정하고 PET의 공간해상도에 의한 부분체적효과를 보정

하기 위한 기초연구를 수행하 다.(68) 삼성서울병원에서는 LSO

섬광결정과 위치민감형 PMT를 사용한 회전형, 소형 PET검출기

시스템을 개발 중이다.(69)

나. SPECT

□ 앞의 가. PET에서 설명한 바와 같이 인제대학교는 2001년부터 2

년간 “SPECT/PET 상의 상도해 및 용량분석기법 개발”을 수

행하 으며, 다른 기관에서는 1999~2000년에 “SPECT/PET겸용

소형 감마선 단층촬 기 개발”을, 2003년에 “SPECT/PET 상의

물리적 인공물 보정 및 생체현상의 정량화 연구“를 수행하 다.

□ 삼성서울병원에서는 NaI(Tl) 섬광결정과 위치민감형(position-sensitive)

PMT를 이용하여 갑상선질환, 유방암 진단 등 작은 장기나 생리

학적 이상을 상으로 검출할 수 있는 섬광카메라를 개발하

다. 현재 Maximum-likelyhood 방법을 이용하여 검출된 감마선

위치 정확도를 향상시키는 방법 등 섬광카메라의 상 최적화

연구를 진행 중이다. 또한 섬광카메라와 바늘구멍 조준기를 이

용하여 고해상도(1mm) SPECT시스템을 개발 중이다.(69)

- 80 -

제3장 국내외 기술정보 분석

1. 학술정보 분석

가. PET와 SPECT의 연도별, 기술분야별 기술문헌 분석

□ PET와 SPECT 관련 학술논문의 정보 분석을 위하여 미국의

Engineering Information Inc.가 제작한 COMPENDEX@(공학전

반 및 응용과학분야의 DB)에 수록된 학술 정보를 대상으로 분

석하 다.(70,71) (@4,500개 저널/15만 건/년, 현재 약 440만 건 수록)

□ PET 관련 학술논문의 경우 1974~1987년 기간에는 발표논문이

연 50건 미만이었으나 1988년부터 증가하기 시작하여 1994년에

는 급격한 증가를 보이다가 2000년에는 1987년에 비해 6배 정도

의 논문건수 증가를 보이고 있다(<그림 3-1> 참조).

<그림 3-1> 연도별 PET 문헌건수(1974~2003년)(COMPENDEX)

1 1 5 1 3141015

4119

5342

45 4761

868695

52

203

307

276

241228

267

300

331

300

164

103

0

50

100

150

200

250

300

350

건수

1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001

연도

- 81 -

□ 1974~2003년 기간의 총 2,733건 PET발표논문의 내용을 기술분

야별 분류를 통하여 살펴보면 Biomedical Enginering 분야에서

가장 많은 PET기술이 개발, 이용되고 있으며, 상위 12개 기술분

류는 <그림 3-2>와 같다. 이들 기술분야는 PET기술에 필요한

통계처리와 컴퓨터 관련기술, PET를 이용한 생체진단, PET용

방사성의약품 및 생체 내의 방사성동위원소가 방출하는 방사선

(감마선)검출기 기술과 관련된다.

<그림 3-2> 기술분야별 PET 문헌건수(1974~2003년)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

건수

461.1 723.2 723.5 741.1 921.6 741.3 922.2 944.7 461.2 742.2 622.1 723.1

분류

분류 건수 구성비(%) 기술분야

461.1 1822 29.4 Biomedical Engineering

723.2 886 14.3 Data processing

723.5 802 12.9 Computer Applications

741.1 527 8.5 Light/Optics

921.6 475 7.7 Numerical Methods

741.3 358 5.8 Optical Devices and Systems

922.2 328 5.3 Mathematical Statistics

944.7 324 5.2 Radiation Measuring Instruments

461.2 283 4.6 Biological Materials

742.2 154 2.5 Photographic Equipment

622.1 110 1.8 Radioactive Materials, General

723.1 109 1.8 Computer Programming

- 82 -

□ SPECT 관련 학술논문의 경우 1979~1992년 기간에는 발표논문

이 50건 미만이나 1993년부터 논문건수가 급격히 증가하여 2000

년에는 1991년 보다 4배 정도로 증가하 다(<그림 3-3> 참조).

<그림 3-3> 연도별 SPECT 문헌건수(1979~2003년)(COMPENDEX)

1 2 2 2 714 1621 20 11

36

52 4730

125

189178

128139144

157

187174

87

66

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

건수

1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003

연도

<그림 3-4> 기술분야별 SPECT 문헌건수(1979~2003년)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

건 수

723.5 461.1 723.2 921.6 741.1 741.3 461.2 922.2 742.2 944.7 622.3

분 류

- 83 -

분류 건수 구성비(%) 기술분야

723.5 955 23.4 Computer Applications

461.1 849 20.8 Biomedical Engineering

723.2 659 16.2 Data Processing

921.6 352 8.6 Numerical Methods

741.1 304 7.5 Light/Optics

741.3 275 6.7 Optical Devices and Systems

461.2 195 4.8 Biological Materials

922.2 193 4.7 Mathematical Statistics

742.2 130 3.2 Photographic Equipment

944.7 88 2.2 Radiation Measuring Instruments

622.3 80 2.0 Radiactive Material Applications

□ 1979~2003년 기간의 총 1,444건 SPECT 발표논문의 내용을 기술

분야별 분류를 통하여 살펴보면 Computer Application분야에서

가장 많은 SPECT기술이 개발, 이용되고 있으며, 상위 11개 기술

분류는 <그림 3-4>와 같다. 이들 기술분야는 SPECT기술에 필요

한 통계처리와 컴퓨터 관련기술, SPECT를 이용한 생체진단,

SPECT용 방사성의약품 및 생체 내의 방사성동위원소가 방출하

는 방사선(감마선)검출기 기술과 관련된다.

나. 국가와 연구기관별 관련 논문실적 분석

□ 2001~2003년 기간의 PET 관련논문 총 437건을 국가와 연구기관

별로 분석한 결과를 <표 3-1>에 정리하 다. 세계적으로 PET

관련연구가 가장 활발한 연구기관은 미국의 Univ. of Texas

Houston, Lawrence Berkeley National Lab., UCLA, Univ. of

Pennsylvania, CIT PET Systems Inc., Duke Univ., Harvard

Medical School/MGH, Brookhaven National Lab., Univ. of

Michigan, Univ. of Washington Seattle과 캐나다의 Univ. of

- 84 -

Sherbrooke, McGill Univ., 국의 Institute of Cancer Research,

독일의 Max-Planck Inst. für Physik, Neurological Research,

Technical Univ. Munich, 러시아의 Central Research Institute,

X ray Radiation Studies, 스위스의 Univ. of Lausanne, 벨기에

의 Ghent Univ., 일본의 National Cardiovascular Research

Center, Waseda대학 및 호주의 Univ. of Sydney, Royal Prince

Alfred Hospital 등이다.

□ 지역별로 보면 북미지역은 67개 기관에서 255건(미국 227건, 캐

나다 28건)의 논문을 발표하여 총 논문수 437건(100%)의 59%를

차지하여 유럽, 아시아 지역에 비해 압도적으로 우위에 있다. 유

럽지역은 62개 기관에서 123건(28%), 아시아 지역은 28개 기관

에서 48건(11%), 호주는 5개 기관에서 11건 (2%) 순이다(<그림

3-5> 참조).

□ 국가별로 보면 미국이 227건(54%)으로 1위로서 세계 상위 12개

국의 논문 발표건수의 과반수를 차지하는 우위를 차지하고 있으

며, 국 35건(8%), 일본 29건(7%), 캐나다 28건(7%), 독일 26건

(6%), 벨기에 15건(4%)이고, 다음은 프랑스, 호주, 스위스, 대만,

이태리, 러시아, 한국 순이다. 한국은 5건으로서 1%를 차지하고

있다(<그림 3-6> 참조).

- 85 -

<그림 3-5> 지역별 PET 관련논문 발표실적(2001~2003년)

호주11건2%

유럽123건28%

아시아48건11%

북미주255건59%

<그림 3-6> 국가별 PET 관련논문 발표실적(2001~2003년)

227

54%

35

8%

29

7%

28

7%26

6%

15

4%

12

3%

102%

9

2%

8

2%7

2%

7

2%5

1%

0

50

100

150

200

250

건수

미국

영국

일본

캐나

다

독일

벨지

움

프랑

스

호주

스위

스

대만

이태

리

러시

아

한국

국가

- 86 -

<표 3-1> 국가별, 연구기관별 PET 관련논문 발표실적(2001~2003년)

북미주

국가 연구기관논문발표

건수연구분야

미국 Univ. of Texas, Houston 21 PET영상재구성, PET검출기

PET신호처리

Lawrence Berkeley Natl Lab

Center for Functional Imaging19

PET영상, PET검출기-LSO

PET/SPECT/MRI/CT영상

UCLA 18 소형PET장치, PET검출기

PET유방암진단

Univ. of Pennsylvania 13 PET장치, PET신호처리,

Lantharum halide섬광체

Duke Univ.의과대학 10 PET장치, PET검출기, PET진단

Brookhaven Natl Lab 7 PET검출기, PET신호처리

Univ. of Michigan 7 PET영상재구성

Univ.of Utah 6 PET검출기, PET영상재구성

CTI PET Systems Inc. 11 LSO PET/SPECT영상,

PET검출기, PET신호처리

Harvard Medical School/MGH 7 PET진단, SPECT영상

Univ. of Pittsburgh 6 PET영상재구성, PET진단

Univ. of Wisconsin, Medison 5 PET용 동위원소제조

Univ. of Washington, Seattle 7 PET/SPECT영상

Thomas Jefferson Natl Lab 5 PET영상재구성, PET유방암진단

SUNY Stony Brook 5 PET영상재구성

Univ. of Chicago 6 PET영상재구성, PET장치

NIH 4 PET장치, PET/CT영상

UC, San Francisco 3 PET/SPECT/CT영상

Sloan-Kettering Cancer Center 3 PET영상, PET암진단

Univ. of Florida 3 PET영상재구성

Philips Medical Systems 3 PET장치-전신촬영용

De Soto 2 PET/SPECT/CT영상

Boston Univ. 2 PET영상재구성

Univ. of North Carolina 2 PET/SPECT영상, PET검출기

Case Western Reserve Univ. 2 PET영상

- 87 -

북미주 <표 3-1> 계속

국가 연구기관논문발표

건수연구분야

미국 GE Medical Systems 2 PET신호처리

College of Holy Cross 2 PET/SPECT영상

Washington Univ. St Louis 2 Micro PET영상

GE Global Research Center 1 PET검출기

GE Corporate R&D 1 PET검출기-LSO

Micrel Semiconductor San Jose 1 PET검출기용증폭기

Concorde Microsystems Inc. 1 PET용 CMOS적분회로

CPS Innovations 1 PET카메라용 전자회로

USC PET Imaging Sci. Center 1 PET용 동위원소

Johnes Hopkins Univ. 2 PET용방사성의약품, PET/SPECT

Cedars-Sinai Medical Center 1 PET영상재구성

Emory Univ. 1 PET용 방사성의약품

McKinsey and Company 1 PET영상재구성

St. Louis 의과대학 1 PET영상진단, SPECT영상

The Boeing Co. 1 PET/CT흉곽영상

MIRL 1 PET/MRI영상

Univ. of Morgantown 1 PET검출기, 섬광체(유방암진단)

NYU의과대학, Manhasset 1 PET영상진단

Brigham and Womenn's Hospital 1 PET영상(2D,3D)

UC Davis 1 PET/SPECT시스템

Marconi Medical Systems 1 PET장치교정

ADMC UGM 1 PET검출기

SMV America Twinsburg 1 PET장치

UC Santa Barbara 1 PET영상

N. Shore-Long Island Jewish

Research Center1 PET영상진단

Good Samaritan PET Center 1 PET신호처리

UC San Diego 1 PET검출기

Illinois Institute of Technology 2 PET신호처리, PET/fMRI영상

Philips Research 1 PET영상재구성

CPS Innovations 1 PET신호처리, LSO검출기

- 88 -

북미주 <표 3-1> 계속

국가 연구기관논문발표

건수연구분야

미국 Wright-Patterson AFB 1 PET신호처리

Univ. of Virginia 1 PET검출기(유방암진단)

Univ. of Notre Dame 1 PET장치

Purdue Univ. 1 PET영상재구성

Indiana Univ.의과대학 1 PET장치

소계 60개 기관 227건

캐나다 Univ. of Sherbrooke 12 PET영상재구성, PET검출기

McGill Univ. 9 PET신호처리, PET검출기

Montreal Neurological Institute 3 PET뇌영상

Univ. of British Columbia 1 PET영상

Care Imaging Corp. 1 PET신호처리

Ctr. for Addiction/Mental Health 1 PET신호처리

Sunnybrook Women's College 1 PET/CT영상

소계 7개 기관 28건

북미주 계 2개국 67개 기관 255건

유럽

국가 연구기관논문발표

건수연구분야

영국 Institute of Cancer Research 7 PET신호처리, PET용 방사성의약품

Guy's Kings/St.Thomas의과대학 4 동물PET영상, PET/MRI영상

UMIST Manchester 4 PET영상재구성

Univ. of Surrey Guildford 4 PET검출기

Univ. of London 2 PET용 방사성의약품

DIAS UMIST 2 PET영상재구성

Univ. of Aberdeen 2 PET신호처리, PET영상

Univ. of South Hampton 2 고분해능 PET검출기

Hammersmith Hospital, 의과대학 2 PET용 방사성의약품, PET영상

Univ. College London 1 PET/fMRI영상

CLRC Daresbury Lab. 1 감마선검출기

Oxford Positron Systems 1 PET검출기

- 89 -

유럽 <표 3-1> 계속

국가 연구기관논문발표

건수연구분야

영국 Imperial College, London 1 PET신호처리

The John Mallard Scottish PET Ctr. 1 PET영상

Phamaceutical Profiles Ltd. 1 PET/SPECT영상

소계 15개 기관 35건

독일 Max-Planck Inst. für Physik,

Neurological Research9 PET신호처리, HRRT

Technical Univ. Munich 5 PET/CT영상, PET신호처리

PET검출기-LSO

Forschungszentrum Rossendorf 3 PET신호처리

Zentrallabor für Electronik

Forschungszentrum3 PET검출기, PET/CT영상

Univ. of Cologne 1 PET영상진단

Bergische Univ. 1 PET영상

Gesellschaft Schwerionenforscung 1 LSO PET장치

Univ. of Tubingen 1 PET영상

Insttitut für Kernphysik 1 PET검출기

German Cancer Research Center 1 PET영상재구성

소계 10개 기관 26건

프랑스 Service Hospitalier Frederic Joliot CEA 3 PET 3D영상

U494 INSERM 2 PET영상진단

CNRS 1 PET용 방사성의약품-C11

IPN Lyon 1 PET검출기

Univ. de Bretagne 1 PET신호처리

Inst. des Sciences Nucleairs(ISN) 1 PET카메라

Nuclear Medicine, Paris 1 PET영상진단

LET/DSYS CEA 1 PET신호처리

Inst. de Physique Nucleaire 1 PET신호처리

소계 9개 기관 12건

러시아 Central Res. Inst. X ray

Radiation Studies4

PET/SPECT/MRI영상,

PET진단

Medical Sanitary Univ. 1 PET영상진단

Moscow Engineering Physical Inst. 1 PET검출기

- 90 -

유럽 <표 3-1> 계속

국가 연구기관논문발표

건수연구분야

Independent PET Group, Moscow 1 PET영상진단

소계 4개 기관 7건

이태리 Univ. of Ferrara INFN 3 소형 PET/SPECT장치

Univ. of Milano 3 PET영상재구성

Univ. di Pisa 1 PET검출기

소계 3개 기관 7건

스위스 Univ. of Lausanne 4 PET검출기-LSO

Univ. Hospital of Geneva 1 PET용 방사성의약품

CERN 2 PET검출기

Geneva Univ. Hospital 2 PET영상

소계 4개 기관 9건

벨지움 Ghent Univ. 6 PET카메라, PET영상진단

Catholic Univ. of Louven 3 PET영상재구성

Nuclear Medicine K. U. Louven 2 PET영상재구성

Virige Univ. Brussel 2 PET검출기

Univ. Hospital Ghent 1 PET/SPECT영상

B-9000 Ghent 1 PET영상해상도

소계 6개 기관 15건

네덜란드 Delft Univ. of Technology 1 PET검출기(섬광체)

소계 1개 기관 1건

스웨덴 Karolinska Inst.& Hospital 1 PET/CT암영상

Rudbeck Lab. 1 PET용 방사성의약품

소계 2개 기관 2건

덴마크 Univ. of Copenhagen 1 PET/NIRS혈류영상

소계 1개 기관 1건

그리스 Univ. of Athens 1 PET검출기-LSO

소계 1개 기관 1건

폴란드 Soltan Inst. for Nuclear Studies 1 PET검출기

소계 1개 기관 1건

핀란드 Helsinky Univ. of Technology 1 PET심장영상

Tampere Univ. of Technology 1 PET영상재구성

소계 2개 기관 2건슬로베니아 Univ. of Ljubljana 2 PET카메라

소계 1개 기관 2건

폴트갈 Univ. de Coimbra 1 PET영상

소계 1개 기관 1건오스트리아 L. Boltzmann Inst. of Nuclear Medicine 1 PET영상재구성

소계 1개 기관 1건

유럽 계 16개국 62개 기관 123건

- 91 -

아시아

국가 연구기관논문발표

건수연구분야

일본 Natl. Cardiovascular Res. Center 5 PET영상, PET검출기-GSO

Waseda대학 4 3D PET신호처리

Tokyo대학 3 PET검출기-CdTe, CdZnTe

Shimazu Corp. 3 PET장치

National Insttute of AIST 2 PET영상

Natl. Inst. of Radiological Sci. 1 PET영상진단

Hiroshima City Univ. 1 PET영상

Hamamazu Photonics 1 PET영상

Kitasato Univ. 1 PET 3D신호처리

Gumma의과대학 1 PET폐영상

Gifu Univ. 1 PET용 방사성의약품

Jiba Univ. 1 PET영상

Tsukuba Univ. 1 PET/MRI신호처리

Tokyo Institute of Technology 1 PET영상재구성

Hosei Univ. 1 PET검출기

Kobe City College of Technology 2 GSO PET/SPECT검출기

소계 16개 기관 29건

한국 서울대학교 전선공학부, 핵의학과 3 PET뇌영상, PET혈류영상

연세대학교 1 폐암 FDG-PET

배제대학교 1 PET영상재구성

소계 3개 기관 5건

중국 Univ. of Zheijang 2 PET영상재구성

General Hospital of PLA 1 PET영상

Hangzhou Inst. of Electronic Eng. 1 PET용 알고리즘

Nanjing Univ. 1 PET영상재구성

Hong Kong Polytechnic Univ. 1 방사선치료영상정보

소계 5개 기관 6건

대만 Chang Gung Univ. 3 PET영상재구성

Chung-Yuan Univ. 3 PET뇌영상, PET/MRI뇌영상

Natinal Yang-Ming Univ. 1 PET/MRI영상

Inst. of Nuclear Energy Res. 1 Animal rotational PET

소계 4개 기관 8건

아시아 계 4개국 28개 기관 48건

- 92 -

호주

국가 연국기관논문발표

건수연구분야

호주 Univ. of Sydney 4 PET신호처리, PET영상진단

Royal Prince Alfred Hospital 4 PET신호처리

Peter MacCallum Cancer Inst. 1 PET영상진단

DMPNMU Westmead Hospital 1 PET영상

Austine & Repatriation Medical Ctr. 1 PET영상

호주 계 1개국 5개 기관 11건

총 계 : 23개국 162개 기관 437건

□ 주요국의 SPECT기술 관련 연구기관과 연구분야는 <표 3-2>와

같다.

- 93 -

<표 3-2> 주요국의 SPECT기술 관련 연구기관과 연구분야

국가 연구기관 연구분야

미국

Univ. of Texas, Houston SPECT 영상

Rice Univ. SPECT 영상재구성

Institute for Neurodegerative

Disorders, New Haven 뇌 SPECT영상, 영상데이터처리

The Mount Sionai Medical Center SPECT/MRI 영상, 뇌의 3D PET영상

Univ. of Arizona, Center for

Gamma-Ray Imaging

섬광카메라, SPECT검출기, CdZnTe,

CdTe hybrid 어레이

Univ. of Brighamrad SPECT/PET영상, 방사성화합물

Harvard Medical School/MGH 뇌SPECT영상, 방사성화합물

Jefferson National Lab. Detector

Group SPECT 검출기

Los Alamos National Lab. SPECT용 반도체 검출기-CdZnTe 등

UC San Francisco SPECT용 CdZnTe 검출기 어레이 등

Univ. of Utha, Utah Center for

Advanced Imaging Research SPECT용 CdZnTe 검출기

Univ. of Michigan CdZnTe 검출기 이용 3D 위치민감

감마선 분광기

Yale Univ. SPECT 뇌영상

스위스 Geneva Univ. Hospital SPECT/PET-기능 뇌영상 연구

영국 Univ. of Leeds, 의료영상연구센터 SPECT-CT 3D 영상

독일 Max-Planck Inst. fur Physik,

Neurological Research SPECT/PET 영상

이태리 Univ. of Ferrara INFN SPECT/PET 영상

벨기에 Univ. Hospital, Ghent SPECT/PET 영상

이스라

엘 Uri Lachish, guma science CdTe 검출기

러시아 Central Res. Inst. X-ray Radiation

Studies PET/Spect/MRI 영상

일본

Horiba Crystal Products SPECT 검출기, 대형 감마선검출기

Toshiba Corp. Medical Systems SPECT시스템, CdTe 검출기

Yokohama City Univ. 의과대학 CdTe 검출기, 감마카메라

Tohoku Univ. CdTe 검출기, 감마카메라

Kobe City College of Engineering SPECT 검출기

자료 : 각 기관의 homepage

- 94 -

2. 기술특허 분석

가. PET기술의 국내외 특허 동향

□ 1982~2004년 10월 기간의 주요 국가별 PET 기술특허 현황을 분석

한 결과 전체 특허건수는 미국등록 및 공개특허(USP+USA) 167건

(53%) (미국은 2001년부터 등록특허(USP) 외에 공개특허(USA)제

도를 시행하고 있음), 유럽공개특허(EUPA) 121건(38%), 일본공개

특허(JEPA) 26건(8%), 한국공개 및 등록특허(KUPA+KPTN) 2건

(1%)으로 총 특허건수는 316건(100%)이었다.(<그림 3-7> 참조)

PET특허건수가 같은 기간의 MRI특허건수의 1/19, CT특허건수

의 1/10에 불과한 것은 PET기술이 MRI, CT 기술보다 후에 개

발되었기 때문인 것으로 생각된다.

<그림 3-7> 주요 국가별 PET기술특허 현황(1982~2004년10월)

미국등록+공개167건53%

한국공개+등록2건1%

일본공개26건8%

유럽공개121건38%

- 95 -

□ <그림 3-8>에서 주요국가의 연도별(1982~2004년 10월) PET기술

특허 현황을 보면 미국은 1982년부터 특허가 나오기 시작하

고, 유럽은 1986년부터, 일본은 1991년부터 특허가 나오기 시작

하 다. PET기술의 총 특허건수는 연도에 따라 증가 추세를 보

여 2001년에는 1988년에 비해 4배의 증가를 보이고 있다. PET기

술은 미국과 유럽이 주도하고 있는 것으로 판단된다.

<그림 3-8> 주요국의 연도별(1982~2004년 10월) PET기술특허 현황

0

10

20

30

40

50

60

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

연 도

건수

미 국 등록 +공개 (USP+USA)

유 럽 공개 (EUPA)

일본 공 개(JEPA)

한 국 공개 +등록 (KUPA+KPTN)

계

나. SPECT기술의 국내외 특허 동향

□ 1985~2004년 10월 기간의 주요 국가별 SPECT 기술특허 현황을

분석한 결과(73) 전체 특허건수는 미국등록 및 공개특허(USP+USA)

125건(42%), 유럽공개특허(EUPA) 100건(34%), 일본공개특허(JEPA)

65건(22%), 한국공개 및 등록특허(KUPA+KPTN)) 5건(2%)으로

미국, 유럽, 일본, 한국의 총 특허건수는 295건(100%)이었다(<그

림 3-9> 참조). SPECT기술의 특허건수가 같은 기간의 MRI 특

- 96 -

허건수의 1/16, CT특허 건수의 1/8, 초음파 상진단기술의

1/10에 불과하고 PET특허건수와 비슷한 것은 SPECT와 PET기

술이 MRI, CT, 초음파 상진단기술보다 후에 개발되었기 때문

인 것으로 생각된다.

□ <그림 3-10>에서 주요 국가의 연도별(1985~2004년 10월) SPECT

기술특허 현황을 보면 일본은 1985년부터 특허가 상당히 나오

기 시작하 고, 미국은 1986년부터, 유럽은 1990년부터 특허가

나오기 시작하 으나 1995년부터 미국특허건수가 제일 많아졌

고, 그 다음이 유럽, 일본의 순이 되었다. SPECT 기술의 총 특

허건수는 연도에 따라 증가 추세를 보여 2001년에는 1990년에

비해 5배의 증가를 보이고 있다. SPECT기술은 미국이 주도하고

있으며, 다음은 유럽, 일본, 한국 순이며 한국은 매우 낙후되어

있는 것으로 판단된다.

<그림 3-9> 주요 국가별 SPECT기술특허 현황(1985~2004년 10월)

미 국 등 록 +공 개125건42%

한 국 공 개 +등 록5건2%

일 본 공 개65건22%

유 럽 공 개100건34%

- 97 -

<그림 3-10> 주요국의 연도별(1985~2004년 10월) SPECT기술특허 현황

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

연도

건수

미국등록+공개(USP+USA)

유럽공개(EUPA)

일본공개(JEPA)

한국공개+등록(KUPA+KPTN)

계

- 98 -

제4장 국내외 시장 동향

1. 국내시장 및 업체동향

□ 국내의 상진단기기 시장은 1997년 1,900억 원, 1999년 2200억

원에서 2010년 3,125억 원으로 연평균 4.2%의 성장을 예측하고

있으며 세계시장 의 1.7%를 차지하고 있다.(1)

□ 국내의 X선 및 상진단기기 생산실적을 보면 1997년 810억 원

에서 2000년 2,658억 원으로 3.2배로 증가하 다(<표 4-1> 참조).

<표 4-1> 국내 의료영상진단기기 생산현황(74)

(단위 : 백만 원)

구 분 1996년 1997년 1998년 1999년 2000년 2001년

X선 및 영상진단기기 56,293 81,049 84,329 220,445 195,016 265,855

자료 : 한국의료용구공업협동조합 2002

□ 국내의 의료 상기기 관련 주요품목별 수입현황을 보면 <표

4-2>와 <그림 4-1>과 같으며 2003년의 X선 상기기, 초음파진

단기, MRI, 감마카메라 등의 총수입액은 11,351만 달러이다.

<표 4-2> 의료영상진단기기 관련 주요품목별 수입현황(75,76,77)

(단위 : 천 달러)

품 목 1997년 1998년 1999년 2000년 2001년 2002년 2003년 주요수입국

X선영상기기(1,2) 45,679 8,629 14,695 20,962 17,963 26,490 39,215 미국, 일본, 독일

초음파진단기(1,2) 35,833 14,598 23,851 23,291 24,466 31,722 31,553 미국, 일본, 프랑스

MRI(1,2) 33,849 13,074 21,665 32,766 34,115 37,217 38,006 독일, 미국, 일본

감마카메라(3) 5,358 3,747 2,405 4,568 1,776 4,939 4,736

계 120,719 40,048 62,616 81,587 78,320 100,368 113,510

자료: 1.한국의료용구공업협동조합 2004 2. 전자산업진흥회 2004 3. 무역통계

- 99 -

<그림 4-1> 주요 의료영상기기 수입현황(77)

(a) X선 상기기

수입(천 달러)

연도

(b) 초음파진단기

수입(천 달러)

연도

(c) MRI

수입(천 달러)

연도

(d) 감마카메라

수입(천 달러)

연도

- 100 -

□ 국내의 의료 상기기 관련 주요품목별 수출현황을 보면 <표 4-3>

과 같이 초음파 상진단기가 주력 수출상품으로 경쟁력이 있으

며 2000년 수출액은 15,600만 달러로 1998년에 비해 2배 정도

증가하 다.

<표 4-3> 의료영상기기 관련 주요 품목별 수출 현황(78,79,80)

(단위 : 천불)

품 목 1997년 1998년 1999년 2000년 2001년 2002년 2003년 주요수출국

초음파영상

진단기(1~3) 3,072 74,818 109,512 156,422 131,594 101,544 115,605 미국, 중국, 홍콩

X선영상기기(1,3) 7,985 5,848 3,479 5,857 12,808 7,791 11,247 레바논, 태국

MRI(2,3) 1 5,335 2 19 1,636 51 3,545 인도네시아, 수단

계 71,158 86,001 112,993 162,298 146,038 109,386 130,397

자료: 1.한국의료용구공업협동조합 2001 2.전자산업진흥회 2004 3.무역통계

□ 국내 의료 상기기 업체별 제품개발 기술수준은 <표 4-4>와 같다.

<표 4-4> 국내 의료영상기기 업체별 제품개발 수준현황

업 체 개발 또는 생산 제품 수출 또는 생산계획

메디슨엑스레이 디지털X레이 신제품(MCA6200) 출시

(2002.10)

유럽 등 해외수출계획,

DF 워크스테이션 부착 시 PACS

연동가능

(주)리스템 나선형X선CT 국산화완료(2002.11) 2003년 하반기 양산계획

(주)메디슨 3D동영상 초음파진단기

(Philips와 공동개발), 성능은 세계수준

Toshiba, Hitachi, Aloka등과

매출규모 및 제품군에 있어 비슷한

수준임

(주)메디너스

MRI 국산화성공 (MAGNUM 1.0T,

MAGNUM 1.50T, MAGNUM 3.0T)

3T는 세계최초개발, 촬영시간 단축,

고화질 영상회득

국내시장23%점유(병원 40개에

1.0T설치), 인도네시아, 수단,

키르키즈스탄, 중국 등에 수출,

유럽규격인증(CE)획득

에이아이랩 저자장MRI개발완료(영구자석사용 개방형) 수주에 의한 생산

자료 : 각 업체의 homepage

- 101 -

2 세계 시장 및 업체동향

□ Frost & Sullivan 1999년 자료에 의하면 세계의 의료 상기기

시장은 1999년도 기준 101억 달러이고, 2010년에는 175억 달러

로 신장할 것으로 예측하고 있다(<표 4-5>, <그림 4-2> 참조).

미국의 GE, 독일의 Siemens, 일본의 Toshiba가 세계시장의 80%

를 차지하고 있으며. 세계시장규모는 연평균 5.6% 성장을 보이

고 있다.(81)

<표 4-5> 세계의 의료영상기기 시장동향(81)

(단위 : 억달러)

구 분 1995년 1999년 2004년 2010년

X선영상기기 30.86 33.34 40.46 55.00

CT 17.58 19.00 22.28 25.00

초음파진단기기 21.98 26.93 33.12 55.00

MRI 10.17 21.94 36.36 40.00

계 80.59 101.24 137.22 175.00

자료 : Frost & Sullivan 1999.

<그림 4-2> 세계의 의료영상기기 시장동향(81)

30.86

17.58

21.98

10.17

33.34

19

26.93

21.94

40.46

22.28

33.12

36.36

55

25

55

40

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

시장

규모

(억 달

러)

1995 1999 2004 2010

연 도

M R I

초 음 파 진 단 기

C T

X 선 영 상 기 기

- 102 -

□ <표 4-6>과 <그림 4-3>에서 주요국의 의료 상기기 시장 동향

을 보면, 미국시장은 1998년의 39.96억 달러에서 2001년에 50.48

억 달러로 20% 증가하 고, 유럽시장은 1998년의 13.26억 달러

에서 2001년에 16.81억 달러로 27% 증가하 으며, 일본시장은

1998년에 19.71억 달러에서 2001년에 20.04억 달러로 별로 증가

하지 않고 있다. 한국의 시장은 1998년에 2.08억 달러에서 2001

년에 5.7억 달러로 2.7배 증가하 다. 주요국의 시장규모를 비교

해보면 2001년 한국시장을 1로 할 때 미국시장은 8.8, 유럽시장

은 2.9, 일본시장은 3.5의 시장규모이다.

<표 4-6> 주요국의 의료영상기기 시장 동향(4,82)

(단위 : 억 달러)

국가 1998년 1999년 2000년 2001년

한국(1) 2.08 3.22 3.90 5.70

미국(2) 39.95 42.9 43.46 50.48

유럽(2) 13.26 14.27 14.37 16.81

일본(2) 19.71 20.47 20.66 20.04

자료: (1) 한국의료용구공업협동조합, 보건산업진흥원, 한양증권 (www.medicenter.org)

(2) 일본특허청 www.jpo.go.jp

주 : (1) 국내 의료기기시장의 40%를 의료 상기기시장으로 추정하 음

(2) 환율은 1$ 당 1300원, 1$ 당 121 yen으로 환산하 음

□ 시장규모가 제일 큰 의료 상기기는 미국에서는 X선 상기기

(15.17억 달러)이고, 유럽에서는 초음파진단기기(5.81억 달러)이

며, 일본에서는 X선 상기기(7.47억 달러)이다. 주요국의 의료

상기기 시장의 특징은 미국의 경우 MRI기기 시장 비율이 유럽

과 일본에 비해 크고, 유럽의 경우는 초음파진단기기 시장의 비

율이 미국, 일본에 비해 크며, 일본의 경우는 X선 상기기 시장

비율이 미국, 유럽에 비해 크다는 것이다.(4)

- 103 -

<그림 4-3> 주요국의 의료영상기기 시장 동향(4,82)

1998

년

1999

년

2000

년

2001

년

한 국

유 럽

일 본미 국

39.95 42.9 43.46

50 .48

19 .7120 .47

20.6620.04

13 .2614.27

14.37 16.81

2.083.22 3.9

5.70

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

억 달 러

□ PET와 SPECT기기의 생산업체는 미국의 GE, CTI PET Systems

Inc., 독일의 Siemens, 네덜란드의 Philips, 일본의 Toshiba,

Hitachi 등이며 이들 업체의 기술 현황은 <표 4-7>과 같다.

- 104 -

<표 4-7> 세계 주요 핵의학 영상기기 생산업체 현황(83~88)

업 체 생 산 제 품 특 성

GE

- Discovery LS PET-CT시스템

- Discovery ST PET-CT시스템

- Advance NXi PET

- SPECT Hawkeye-Cardic

(SPECT-CT)

- SPECT-Hawkeye(SPECT-CT)

- PET와 CT영상제공(생리학적영상과

구조영상)

- BGO결정-30mm 깊이절단으로 효율적

감마선 검출, 영상균일성 우수

- 최초의 심장영상 감쇠보정, SPECT

검출기는 투과, 방출영상제공, 7분 이내에

20개 절단면 CT영상 제공, 16분 이내에

SPECT영상 획득

- 저에너지 SPECT영상의 최초 감쇠 보정,

잡음감소, CT검출기의 dead time 제거

Siemens

- Biograph 16(PET-CT)

- True Point SPECT-CT

- Symbia T(SPECT-CT)

- Symbia T2(SPECT-CT)

- Symbia T6(SPECT-CT)

- 16 slice UFCTM CT검출기, LSO결정

PET검출기, 우수해상도, 15분 내 전신

스캔

- 정확한 다층절단영상:CT와 SPECT

- 2중 감마카메라, 정확, 신속한 감쇠

데이터 보정, HD디지털검출기,

BiCORETM조준기, UFCTM CT검출기

- 2중감마카메라, 이중slice CT

- 2중감마카메라, 6중slice CT

Philips

- Allegro PET System

- GEMINI(TM) PET-CT System

- Skylight(SPECT)

- SPECT-CT System

- GSO결정, pixelar검출기, 감쇠보정,

고해상도

- 세계 최초 개방형PET-CT, pixelar

PET검출기:GSO결정

- 2개 헤드 감마카메라, 최초의 겐트리 없는

장치

- 감마카메라, CT 융합영상

Toshiba

- t.camTM Single(SPECT)

- t.camTM Variable(SPECT)

- 단일헤드 감마카메라

- 2개 헤드 감마카메라, HD4디지털 검출기,

고해상도와 대조도

Hitachi- Sceptre Dedicated PET

- Sceptre P3(PET-CT)

- LSO검출기, 전신촬영, 고해상도

- LSO검출기, 2중감쇠 보정

CTI PET

Systems

- Micro PET

- PET-CT System을 Toshiba와 공동개

발

- 동물촬영용

- LSO결정 PET검출기, 스캔시간 단축

자료 : 각 업체의 homepage

- 105 -

제5장 주요국의 관련 기술수준 비교분석

□ 주요국의 정 핵의학 의료 상기술 수준과 경쟁력을 비교분석

하기 위하여 다음과 같은 4 가지를 토대로 하여 분석하 다.

○ 주요국의 보건의료분야 정책 및 R & D 투자

○ 연구개발 기관수 와 수준

○ PET, SPECT기술 특허 현황

○ PET, SPECT기기 생산업체의 기술력과 세계시장 점유율

1. 주요국의 보건의료분야 정책 및 R & D 투자

□ 한국은 「중장기 보건의료기술 개발전략」에 따라 2010년까지 1

조 6천여억 원을 투자할 계획이고 보건복지부 주관으로 ‘의료공

학기술개발사업’ 과 ‘휴먼의료공학융합센터 지원사업’(의료공학

융합기술개발사업) 등 의료 상기기 개발연구를 지원하고 있으

나(89,90) 1995년부터 시작단계에 불과하며 생명공학분야 투자 우

선순위가 IT 다음순위로서 미국의 보건의료분야 투자순위가 국

방예산 다음 첫 번째 순위이고, 일본의 보건의료 관련 생명과학

분야 투자순위가 첫 번째인 것과 비교하면 정책우선순위 면에

서 뒤떨어진다. 한국의 2001년도 보건의료분야 연구개발투자액

은 국가 총 연구개발투자액의 7.7%로서 미국의 19.8%, 국의

14.5% 보다 낮으며 한국의 투자액은 미국의 1/55, 국의 1/5,

일본의 1/4에 불과하여 열악한 상태이다.(91,92) (<그림 5-1> 참조)

□ 미국은 보건의료분야 국가연구개발 지원체제가 NIH를 정점으로

하여 체계적으로 확립되어 있으며 의료 상기기 개발연구를 전

- 106 -

담할 NIBIB가 설립되었고 관련 R & D 투자 면에서 일본, 유럽

( 국, 독일, 프랑스)보다 6~10배 이상 앞서고 있다.(90,93)

□ 주요국의 보건의료분야의 정책순위와 국가연구개발지원체계를

비교한 결과 미국 1위, 일본 2위, 유럽 3위, 한국 4위 순이었다.

주요국의 보건의료분야 R&D 투자 순위는 미국, 유럽, 일본, 한

국 순이다.

<그림 5-1> 주요국의 보건의료분야/생명공학분야 R & D투자

현황(2001년)(91,92)

3,485

7.7%

3,742

8.3%

193,700

19.8%

307,970

25.9%

13,000

3.7%

34,770

10% 18,200

14.5%15,278

12.6%7,410

3.2%

11,171

11% 10,270

5.5%

0

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

350,000

투 자 액

(억 원 )

한 국 미 국 일 본 영 국 독 일 프 랑 스

국 가 명

보 건 의 료 분 야

생 명 공 학 분 야

자료 1. 보건의료분야: OECD, Basic Science and Technology Statistics(2000).

2. 생명공학분야: 과학기술부(2002).

2. 연구개발 기관수와 수준

□ 주요국의 PET, SPECT 관련 연구기관과 연구분야를 비교해 보

면 한국은 몇 개 대학과 원자력병원 및 삼성서울병원 등에서

PET와 SPECT 관련 연구를 수행하고 있으나, PET와 SPECT 관

- 107 -

련 연구의 초기단계에 불과하므로 앞으로 기술축적이 필요하다

고 본다.

□ 미국의 PET기술 관련 연구기관과 연구분야를 보면(<표 3-1> 참조)

60개 대학, 국립연구기관 및 기업연구소에서 PET검출기 개발,

PET 상재구성, PET용 방사성의약품 개발, PET-CT, PET-MRI,

PET-SPECT 등의 융합기술개발 등 수준 높은 연구를 하고 있으

며, 유럽의 경우 62개의 국립연구소, 대학 및 기업연구소에서

PET-CT, PET-MRI, PET-SPECT, PET용 방사성의약품 등의 개발

연구를 수행하고 있고, 일본의 경우는 16개 국립연구소, 대학

및 기업연구소에서 PET검출기, PET-SPECT, PET-CT연구를 하

고 있다.

□ 2001~2003년 동안 PET기술관련 논문 수를 비교한 결과 미국이

227건(52%), 유럽이 123건(28%), 일본 29건(7%), 한국 5건(1%)

순이었고, <표 2-7>과 같이 주요국의 PET센터 분포를 보면 미

국 73개 기관, 유럽 19개 기관, 일본, 한국 순으로 되어 있다.

따라서 주요국의 PET 관련 연구기관 수와 수준을 비교분석한

결과 미국이 1위, 유럽이 2위, 일본이 3위, 한국은 4위이다.

□ 마찬가지로 주요국의 SPECT기술 관련 연구기관 수와 수준도 미

국, 유럽, 일본, 한국 순이다.

3. PET, SPECT기술 특허 현황

□ PET기술(1982~2004년 10월)과 SPECT기술(1985~2004년 10월)에

대하여 주요국의 공개 및 등록특허 현황을 비교분석한 결과, 미

- 108 -

국은 PET와 SPECT분야에서 1위이고, 유럽은 2위, 일본은 3위를

차지하 다. 한국은 PET분야에서 2건, SPECT분야에서 5건으로

미국, 유럽, 일본, 한국의 총 특허건수의 1~2%에 불과하여 매우

취약한 실정이다(<표 5-1> 참조).

<표 5-1> 주요국의 핵의학 영상기술 관련 특허건수 비교

기술분야한국

(공개+등록)

미국

(등록+공개)

유럽

(공개특허)

일본

(공개특허)계

PET

(1982~2004년 10월)2 167 121 26 316

SPECT

(1985~2004년 10월)5 125 100 65 295

계7

(1%)

292

(48%)

221

(36%)

91

(15%)

611

(100%)

순위 4 1 2 3

4. PET, SPECT기기 생산업체의 기술력과 세계시장

점유율

□ 국내에는 삼성서울병원 등에서 소형 PET검출기시스템과 SPECT

시스템을 연구개발하고 있으나, 산업화하기에는 미흡하여 아직

까지 PET, SPECT기기 생산업체는 없는 실정이다.

□ 주요국의 PET, SPECT기기 생산업체의 기술력을 분석한 결과 GE는

PET, PET-CT, SPECT-CT 등 품종이 다양하며 세계 최초의 SPECT

심장 상 감쇠보정, 저에너지 SPECT 상의 감쇠보정 등 고해상도

제품을 생산하고 있어 기술력 면에서는 Siemens 와 Philips를 앞서

고 있는 것으로 평가된다(<표 4-7> 참조). Siemens는 PET-CT,

- 109 -

SPECT-CT 등 다양한 제품을 생산하고 있으며, Philips는 PET,

PET-CT, SPECT, SPECT-CT 등 품종별로 생산하고 있으며 GSO결

정 검출기를 이용한 최초의 개방형 PET-CT를 생산하는 등 새로운

시도를 하고 있다. Toshiba는 SPECT만을 생산하고 있고, Hitachi와

CTI PET Systems는 PET, PET-CT만을 생산하고 있어 기술면에서

GE, Siemens, Philips 보다 뒤 떨어지는 것으로 평가된다. 결과적

으로 PET, SPECT기기 생산업체의 기술수준은 GE가 1위이고, 다음

은 Siemens, Philips, Toshiba, Hitachi, CTI PET Systems 순이며,

주요 국가별 기술수준은 미국, 유럽, 일본 순으로 평가된다.

□ PET, SPECT 생산업체의 세계시장 점유율은 통계자료가 미흡하

여 <표 5-2>, <그림 5-2>와 같이 세계 주요 의료 상기기 생산

업체 현황과 <표 5-3>과 같이 주요국의 의료 상기기 생산업체

의 기술력과 세계시장 점유율을 비교분석하 다.

□ 주요국의 의료 상기기 생산업체의 기술력과 세계시장 점유율을 분

석해 보면 미국은 X선 상기기 분야에서만 2위이고 다른 5개 분야에

서 모두 1위이며, 유럽은 X선 상기기, 초음파진단기, MRI 분야에서

1위이고 다른 3개 분야에서 2위이며, 일본은 6개 분야에서 모다 3위

를 차지하고 있다. 한국은 X선 상기기, 초음파진단기, MRI분야에서

최하위이다. 따라서 주요국의 의료 상기기 생산업체의 모든 분야에

대한 전체기술력과 세계시장 점유율은 미국이 1위, 유럽이 2위, 일본

이 3위이고 한국은 다음 순위인 것으로 평가된다(<표 5-3> 참조).

- 110 -

<표 5-2> 세계 주요 의료영상기기 생산업체 현황(1,93)

업 체생 산 제 품

X선영상기기 CT 초음파진단기 MRI PET SPECT

GE ○ (21%) ○ (28%) ○ ○ (26%) ○ ○

Siemens ○ (20%) ○ (19%) ○ ○ (27%) ○ ○

Philips ○ (20%) ○ (9%) ○ (18%) ○ (8%) ○ ○

Toshiba ○ (13%) ○ (15%) ○ (11%) ○ (6%) - ○

Picker ○ (5%) ○ (12%) - ○ (8%) - -

Hitachi ○ - - ○ (13%) ○ -

CTI PET Systems ○

Shimadzu ○ (5%) ○ ○ - - -

메디슨 - - ○ (3%) - - -

Trex ○ (6%) - - - - -

HP - - ○ (16%) - - -

Acuson - - ○ (14%) - - -

자료 : 각 업체의 homepage

주 : ○ 표는 생산하고 있는 제품, ( ) 는 세계시장 점유율을 의미함 : MEDIC, 2000

<그림 5-2> 의료영상기기 업체별 세계시장 점유율(1998년)(1)

21

28

26

20

19

27

20

9

18

8

13

15

11

6

5

12

8

135 3 6

16 14

0

10

20

30

40

50

60

70

80

점유

율(%

)

GE

Sie

mens

Phili

ps

Toshib

a

Pic

ker

Hitachi

Shim

adzu

메디

슨

Tre

x

HP

Acuson

업체

MRI

초음파진단기

CT

X 선영상기기

- 111 -

<표 5-3> 주요국의 의료영상기기 생산업체의 기술력과

세계시장점유율(1)

기 술 분 야 한 국 미 국 유럽 일 본

X선영상기기 4 2 (32%) 1 (40%) 3 (18%)

CT - 1 (40%) 2 (28%) 3 (15%)

초음파진단기 3 (3%) 1 (16%) 1 (18%) 3 (15%)

MRI 4 1 (34%) 1 (35%) 3 (19%)

PET - 1 2 3

SPECT - 1 2 3

전체 순위 4 1 2 3

주 : 수자는 순위를 의미함, ( )는 기술분야별 시장점유율임

5. 경쟁력 비교분석

□ 주요국의 정 핵의학 의료 상기술 전체경쟁력은 앞에서 기술한

4가지 항목에 대하여 평가한 결과 <표 5-4>에서와 같이 경쟁력

은 미국이 1위이고 다음은 유럽, 일본, 한국 순으로 평가된다.

<표 5-4> 주요국의 정밀핵의학 의료영상기술 경쟁력 비교 분석

평 가 항 목 한 국 미 국 유럽 일 본

보건의료분야 정책 및 R & D 투자 4 1 2 3

연구기관 수와 수준 4 1 2 3

특허 건수 4 1 2 3

생산업체기술력/ 세계시장 점유율 4 1 2 3

전체경쟁력 순위 4 1 2 3

주 : 숫자는 순위를 의미함

- 112 -

제6장 결론

□ 본 보고서에서는 한국, 미국, 유럽, 일본 등 주요국의 정 핵의

학 의료 상기술(PET, SPECT) 관련 산업정책 및 R & D 투자,

연구개발 동향, 연구기관 수와 수준, 기술특허 동향, 국내외 시

장 동향 및 업체의 기술력 등을 비교 분석하고 국내의 PET,

SPECT 등 정 핵의학 의료 상기술의 당면과제와 발전방향을

제시하 다.

□ 주요국의 정 핵의학 의료 상기술 전체 경쟁력은 미국이 1위이

고, 다음은 유럽, 일본, 한국 순으로 한국은 국가의 보건의료분

야에 대한 산업정책의 우선순위 및 R & D투자, PET, SPECT기

술 관련 연구수준, 특허건수, 관련 생산업체가 전무한 점 등 가

장 열세를 보이고 있다.

□ 한국의 PET, SPECT 기술개발 수준은 1999년부터 정부의 특정

연구비 지원이 시작된 초기단계이며, 국내 의료기기업체의 세

성으로 인하여 집중투자와 복합적인 연구개발이 어려운 실정이

므로, 암의 조기진단 등 21세기 삶의 질 향상을 위하여 필수적

인 PET, SPECT 기술의 경쟁력 확보를 위한 국가적 차원의 체

계적인 지원이 필요하다.

□ PET의 핵심기술은 ① 의료용 사이클로트론, ② PET 검사용 양

전자 방출체 표지 방사성의약품 제조기술, ③ 감마선검출기기술,

④ 상재구성기술 등이며, SPECT의 핵심기술은 ① 단일광자방

출체를 표지한 방사성의약품 제조기술, ② 섬광카메라기술, ③

투 데이터 획득 및 상재구성기술 등이다.

- 113 -

□ PET기술의 당면과제는 ① NaI(Tl), BGO 등의 재래식 섬광결정

대신에 광출력과 민감도가 우수한 LSO, GSO, YSO 등의 새로운

섬광결정과 고가의 PMT어레이 대신 양자효율이 높고 가격이

덜 비싼 APD (avalanche photodiode)를 결합시킨 감마선검출기

의 개발과 ② PET 상의 공간해상도 향상을 위한 감마선검출기

의 상호작용깊이(Depth of Interaction)를 정확히 측정하는 방법

개발(94), ③ FBP에 의한 것보다 더 우수한 상을 가져올 수 있

는 새로운 상재구성 알고리즘의 개발, ④ 양전자 방출체 표지

방사성의약품 제조 등이다.

□ SPECT기술의 당면과제는 ① 섬광효율과 해상도를 동시에 높일

수 있는 새로운 조준기의 개발, ② NaI(Tl), CsI(Tl) 등의 섬광결

정과 PMT어레이를 결합시킨 재래식 검출기 대신 에너지 분해

능과 감응도가 우수한 CdTe, CdZnTe 등의 hybrid 반도체어레

이의 개발(97)(이 경우 CdZnTe결정이 비싸고 전자회로가 복잡한

것은 해결해야할 과제이다), ③ SPECT용 방사성동위원소의 제

조 등이다.

□ 앞으로 PET, SPECT기술의 발전방향은 다음과 같다.

○ PET, SPECT용 방사성의약품의제조․보급

○ LSO, GSO, YSO 등의 섬광결정과 ADP를 결합시킨 PET용 감

마선검출기의 개발

○ 국내의 반도체기술 수준으로 보아 CdTe, CdZnTe 등의 hybrid

반도체어레이를 SPECT용 감마카메라로 개발하는 것은 세계적

- 114 -

으로 경쟁력 있는 제품개발이 가능할 것으로 판단된다.

○ 국내의 디지털X선 상기기 기술과 MRI, CT기술을 접목시켜

앞으로 PET-CT, PET-MRI, SPECT-CT, SPECT-MRI 등의 융합

기술이 개발 되어야 할 것이다.

○ 상재구성알고리즘 기술은 국내의 몇 개 대학과 연구소를 중

심으로 연구인력을 확보하고 있으며, 특히 3차원 상재구성

기술은 상당한 원천기술을 확보하고 있음으로 앞으로 국가차

원의 지속적인 지원이 필요하다고 본다.

○ 대학, 연구기관, 병원 등 의료현장에서 PET, SPECT 관련 기

초연구 수준을 높이고 물리학, 화학, 의학, 재료공학, 전자공

학, 컴퓨터공학 등 학제 간 연구를 활성화 하며 대학․병원․

연구소․기업의 컨소시엄 형태로 선택된 과제에 대하여 집중

지원한다.

○ 산․학․연의 협동연구개발 결과를 특허화하는 것을 장려하고

특허기술을 관련기업이 제품화할 수 있도록 정부차원의 지원

이 필요하다.

- 115 -

<참고문헌>

1.「전자의료기기 산업의 분야별 R & D 동향」, 전자의료기기종합정

보지원센터(MEDIC), 2000.

2.「국가기술지도 - 총론」, 재정경제부, 교육인적자원부, 과학기술부,

산업자원부, 정보통신부 등, 2002.

3. “전자의료기기의 분야별 세계시장 점유율”,

http.//www.medinet.or.kr/vision2010/present/sales.htm

4. "醫用畵像診斷裝置に 關する 特許出願技術動向調査報告“ 日本特許

廳, 平成 15年 5月 8日(2003년).

5. "진단에 사용되는 의료 상기술 분류별 분포“,

http://www.fujimed.com/medical/cr-basics.html

6. 이충희, 「디지털 X선 상기술 동향」, KISTI, 2002.

7. 이충희, 「정 의료 상기술 동향」, KISTI, 2002.

8. 이충희, 「초음파 상진단 기술동향」, KISTI, 2003

9 “정상뇌 FGD PET 상, MRI 상, 합성 상”

http://www.harvard.edu/AANLIB/cases/caseNA/pb9.htm.

10. "Symptoms of Alzheeimer's Diseases",

http://www.petscan.org/diseases.cfm?ContentID=56

11. Positron Emission Tomography Center, Biomedical Research

Foundation, Northwest Louisiana, http://biomed.org/pet.html

12. "Nuclear Medicine Imaging", http://imaginis.com/nuclear-medicine/

13. "Alzheimer's, Cancer, Heart Disease, Neurological Disorders",

http://www.petscan.org/diseases.cfm?Diseaseld=3

14. "Atlas of Brain Perfusion SPECT",

http://brighamrad.harvard.edu/education/online/BrainSPECT/

Normal-Anat/Normal_L03_ar.gif

- 116 -

15. "Atlas of Myocardial Perfusion SPECT",

http://brighamrad.harvard.edu/online/Cardiac/01/01-1.gif

16. V. R. Young et al. Emerging Technologies for Nutrition Research :

Potential for Assessing Military Performance Capability(1997), Chapter

10. "Combined Stable Isotope-Positron Emission Tomography for

IN Vivo Assessment of Protein Metabolism", p. 231~257, U. S.

National Academy Press. http://www.books.nap.edu

17. Committee on the Mathematics and Physics of Emerging Dynamic

Biological Imaging, National Research Council, Mathematics and

Physics of Emerging Biological Imaging(1996), Chapter 5. Single Photon

Emission Computed Tomography pp. 89-103, and Chapter 6.

Positron Emission Tomography, p. 105~120. U. S. National Academy

Press. http://www.books.nap.edu

18. 김종호, 임기선, 최용, “PET : 생체기능을 측정하는 상기기”

「물리학과 첨단기술」, July-August, p. 2~10, 1999.

19. GE Healthcare "Functional Imaging, NM/PET-Advance NXi",

http://www.gehealthcare.com/rad/nm_pet/products/pet_sys/

adv-nxi2.html

20. "GE Healthcare Functional Imaging"

http://www.gehealthcare.com/rad/nm_pet/products/pet_sys/ad

vance.html

21. J. A. Richards, F. W. Sears, M. R. Wehr and M. W. Zemansky,

「Modern University Physics」, Addison-Wesley Publishing Co.

Inc. Reading, London 1960, p. 496.

22. "Tutorial: Radioisotope Production", http://www.crump.ucla.edu

/software/lpp/radioisotopes/radioisoprod.html

23. M. Balcerzyk, J. Pawelke, C.L. Melcher et al. "YSO, LSO, GSO and

- 117 -

LGSO. A Study of Energy Resolution and Nonproportionality",

CTI PET Systems, Inc. 2000.

24. "GSO Single Crystal Scintillator", Hitachi Chemical

http://www.hitachi-chem.co.jp/english/products/cc/017.html

25. P. Lecoq and M. Korzhik, "New Inorganic Scintillation Materials

Development for Medical Imaging", IEEE Trans. Nucl. Sci. 49, p.

1651~1654, 2002.

26. A. B. Rozenfeld et al. "Future Directions in PET Instrumentation",

Center for Medical Radiation Physics, Univ. of Wollongong,

Australia, PET-RPA, 2002.

27. E. V. Gramsch et al. "Development of avalanche photodiode

arrays for positron emission tomography", Proc. SPIE 2708, p.

727~733, 1996.

28. K. C. Burr et al. "Evaluation of a positon sensitive avalanche

photodiode for PET", IEEE Trans. Nucl. Sci. 50, p. 792~796, 2003.

29. "A Solid-State Alternative to the Vacuum Photomultiplier Tube",

Advanced Photonix Inc. Carmarillo, CA.

http://www.nasatech.com/Briefs/July99/PTB07991.html

30. P. Crespo, F. Z. Rossendorf et al. "Evaluation of Avalanche

Photodiode Arrays for the Readout of High Granularity Scintillator

Matrices", Advanced Photonix, Inc. 2001.

31. Brock Koren, "Large Area Avalanche Photodiodes Challenge PMTs",

Advanced Photonix LAAPD Article for Laser Focus World -

Final Draft - printed 10/14/04.

32. K.S. Shah, S. R. Cherry et al. "Planar APD Arrays for High

Resolution PET", Crump Institute for Biological Imaging, UCLA,

2000.

- 118 -

33. B. J. Pichler et al. "Luterim oxyothosilicate block detector

readout by avalanche photodiode arrays for high resolution

animal PET", Phys. Med. Biol. 49, p. 4305~4319, 2004.

34. http://www.nucmed.buffalo.edu/

35. "Sinogram", http://www.amershamhealth.com/medcyclopaedia/

medical/volume%201/SINOR...

36. "Image Reconstruction from Projections-The Radon transform

applied to Positron Emission Tomography",

http://cryoem.berkeley.edu/~sacha/ PDF/Radon.pdf

37. "Model Based Reconstruction of PET Images",

http://neuroimage.usc.edu/LeahyPETHtml/ModelBased.html

38. J. Hamill and T. Bruckbauer, "Iterative reconstruction methods

for high throughput PET scanners" , CTI PET Systems, Inc.

39. 10 "Quantitative Methods for Statistical PET,

http://neuroimage.usc.edu/ LeahyPETHtml/PETmain.html

40. J. Hamill and T. Bruckbauer, "Iterative reconstruction methods

for high-throughput PET tomographs", Phys. Med. Biol. 47, p.

2627~2636, 2002.

41. "Tomographic Acquisition and Reconstruction"(PET),

http://www.austin.unimelb.edu au/dept/nmpet/pet/detail/nuc

physics.html

42. AAPM Compilation, Positron Emission Tomography Centers,

http://www.aapm.org/pet/

43. W. I. Keys, British Journal of Radiology, 49, p. 62, 1976.

44. R. J. Jaszezak et al. Phys. Med. Biol. 24, p. 1123, 1979.

45. "Gamma Cameras", http://usa.hamamatsu.com/assets/applicatio

ns/ETDpmt_handbook/92gammacameras.pdf

- 119 -

46. 김희중, “단일광자방출전산화단층촬 장치의 물리와 응용”, 「물

리학과 첨단기술」, July-August, p. 15~23, 1999.

47. "Brain SPECT Imaging", http://www.brainplace.com/bp/atlas/c

h1.asp

48. "Medical and Industrial Radioisotopes", Australian Nuclear

Science & Technology Organization)(ANSTO) July 1999.

49. "Atlas of Brain Perfusion SPECT, Radiopharmaceuticals used for

Brain Perfusion SPECT", http://www.brighamrad.harvard.edu/e

ducation/online/Brain SPECT/Theory/Agents.html

50. "Atlas of Myocardial Perfusion SPECT, SESTAMIBI and 201-

Thallium(Tl)", http://brighamrad.harvard.edu

51. "Brain SPECT : Iodine-123 ligands, Atlas of Brain Perfusion

SPECT, Radiolabeled agents for Brain Perfusion SPECT",

http://brighamrad.harvard.edu/education/online/Brain SPECT/T

heory/Iodine123.h...

52. "SPECT - Is this a Government Secret Agency ?"

http://www.portfolio.mvm.ed.ac.uk/studentswebs/session1/grou

p25/spect.htm

53. “Gamma-Ray Detectors", Center for Gamma-Ray Imaging, Univ.

of Arizona, http://gamma.radiology.arizona.edu/research-project

s/detectors/detectors.html

54. T. Takayama et al. "Feasibility study of SPECT quantification

using CdTe semiconductor detector", Kaku Igaku, 37, p. 333~338,

2000.

55. "3-D Position-Sensitive Gamma-Ray Spectrometers", Univ. of Mic

higan, http://www.engin.umich.edu/alumni/engineer/02SS/rese

arch/3dspectrometer/

- 120 -

56. G. L. Zeng and D. Gagnon, "CdZnTe strip detector SPECT

imaging with a slit collimator", Phys. Med. Biol. 49, p. 2257~

2271, 2004.

57. "CdZnTe Development", http://www-nis5.lanl.gov/detector/cdzn

te_development.htm

58. M. C. Wu, G. A. Kastis et al, "High-Resolution SPECT with a

CdZnTe Detector Array and a Scintillation Camera", UC San

Francisco, Univ. of Arizona (2001 IEEE).

59. A. Abe, N. Takahashi et al. "Performance evaluation of

hand-held, semiconductor(CdZnTe)-based gamma camera", Eur.

J. Mol. Imaging, 30, p. 77~80, 2002.

60. A. H. Rasolonjatovo, T. Shiomi et al. "Development of a

gamma ray monitor using a CdZnTe semiconductor detector",

Radiat. Prot. Dosimetry, 101, p. 77~80, 2002.

61. B. Amini, M. Bjorklund, R. Dror, A. Nygren, "Tomographic Reconstruction

of SPECT Data", http://www.owlnet.rice.edu/~elec539/Projects97

/cult/report.html

62. "Basics of PET-CT", http://www.med.harvard.edu/JPNM/petct.h

tml

63. "의료용 사이클로트론 국내 제작성공“,

http://www.dailymedi.com/cgi-bin/view.cgi?id=1918

64. "권역별 사이클로트론연구소 유치기관 공모“,

http://www.dailymedi.com/cgi-bin/view.cgi?id=25972

65. "Dailymedy. 기사검색“, http://www.dailymed.com/news/opdb/

index.php

66. 정문기, “논단 - 한국PET협회(Korean PET Association)", 동위원소

회보, 제18권 제1호, p. 2~6, 2002.

- 121 -

67. 국내 PET와 SPECT기술 관련연구검색 : 국가연구개발사업종합관

리시스템, http://www.kordi.go.kr

68. 김석기, 김성장, “Integrated PET/CT에서 부분체적효과 보정을 위

한 기초실험”, 대학핵의학회 420073. http://www.ksnm.or.kr/con

ference/abstract/view_all_category.php?inf...

69. "삼성서울병원 상분석실 연구“,

http://www.samsunghospital.com/care_part.nm/subs2-1f.html

70. PET기술 문헌건수 : COMPENDEX (1974-~2003년).

71. SPECT기술 문헌건수 : COMPENDEX (1979~2003년).

72. PET기술 특허건수 : 미국등록특허(USPA), 미국공개특허(USA), 유

럽공개특허(EUPA), 일본공개특허(JEPA), 한국공개특허(KUPA), 한

국등록특허(KPTN) (1982~2004년10월).

73. SPECT기술 특허건수 : 미국등록특허(USPA), 미국등록특허(USA),

유럽공개특허(EUPA), 일본공개특허(JEPA), 한국공개특허(KUPA),

한국등록특허(KPTN) (1985~2004년10월).

74. "국내 의료기기 주요품목별 생산규모“, 한국의료용구공업협동조합,

2002. (www.medicenter)

75. "국내 의료기기 주요품목별 수입현황“, 한국의료용구공업협동조합,

2002. (www.medicenter)

76. "국내 의료기기 주요품목별 수입현황“, 전자산업진흥회, 2004

(www.medicenter)

77. HS품목별 수입현황(1997~2003.11), 무역통계, www.kotis.net 또는

www.medicenter

78. "국내 의료기기 주요품목별 수출현황“, 한국의료용구공업협동조합,

2002. (www.medicenter)

79. "국내 의료기기 주요품목별 수출현황“, 전자산업진흥회, 2004

(www.medicenter)

- 122 -

80. HS품목별 수출현황(1997~2003.11), 무역통계, www.kotis.net 또는

www.medicenter

81. “세계의 의료 상기기 시장동향”, Frost and Sullivan, 1999.

82. "국내 의료기기 연도별 시장규모“, 한국의료용구공업협동조합, 보

건산업진흥원, 한양증권 (www.medicenter)

83. "GE Healthcare - Product Features - NM/PET Center",

http://www.gehealthcare.com/usen/fun_img/

84. "Siemens, Medical Solutions, Nuclear Medicine/PET, True Point

SPECT-CT, biograph 16, PET-Symbia Systems",

http://www.medical.siemens.com/webapp/wcs/stores/servlet/

85. "Philips Products and Solutions, GEMINI Oveview, PET Imaging

Systems, Nuclear Medicine Oveview, Skylight Lmage Gallery",

http://www.philips.com/main/products/pet(or nuclear medicine)

86. Toshiba Medical Systems, Nuclear Medicine",

http://www.medical.toshiba.com/clinical/radiology/

87. Hitachi Products, PET",

http://www.hitachimed.com/products/pet_top:asp(or sceptre.asp)

88. "CTI Pet Systems, a Unit of CTI Molecular Imaging and Toshib

a Medical Systems Announce Development of Integrated PET/

CT Systems", http://www.hoovers.com/free/co/news/detail.xht

ml?COID=117832 & Article ID=NR./...

89. "보건의료기술진흥사업, 보건의료기술 연구개발사업, 의료공학융합

기술사업", 보건의료기술연구기획평가단(HPEB), 2002.

http://www.hpeb.re.kr/Info_hpeb/introBizs/doc/

90. 이충희, 「생체신호계측 기술정책」, 제2장 국내외 정책동향, p.

11~17, KISTI, 2003.

91. 「Basic Science and Technology Statistics」, OECD, 2000.

- 123 -

92. 「2001년도 국가연구개발 투자분석결과」, 과학기술부, 2002.

93. 이충희, 김상우, “주요국 의료 상기기산업의 기술, 시장 및 정책

분석”, 기술혁신학회지, 5, p. 321~339, 2002.

94. E. Gramsch, R. E. Avila and P. Bui, "Measurement of the

depth of interaction of an LSO scintillator using a plannar

process APD", IEEE Trans. Nucl. Sci. 50, p. 307~312, 2003.

95. G. N. Morano, J. P. Seibyl, "Technical Overview of Brain SPECT

Imaging: Improving Acquisition and Processing of Data", J.

Nucl. Med. Tech. 31, p. 191~195, 2003.

96. Habib Zai and Marie-Louise Montandon, “Functional Brain Imaging

with Single Photon Emission Tomography and Positron Emission

Tomography", Business Briefing : Global Healthcare, p. 2~5, 2002.

97. B. Barber, H. Hunter et al. "Production of 64/spl times/64 hybrid

semiconductor detector arrays for biomedical applications", Nuclear

Science Symposium Conference Record, 2, p. 1045~1049, 2001.