방사성 핵종 연구

방사성핵종 진단법의 발견 역사

과학자들이 핵 입자의 궤적을 기록했던 물리학 실험실과 일상적인 임상 실습 사이의 거리는 절망적일 정도로 멀게 느껴졌습니다. 핵물리 현상을 이용하여 환자를 검사한다는 생각 자체가 미친 짓은 아니더라도, 환상적으로 들릴지도 모릅니다. 그러나 이 아이디어는 훗날 노벨상을 수상한 헝가리 과학자 D. 헤베시의 실험에서 탄생했습니다. 1912년 어느 가을날, E. 러더퍼드는 실험실 지하에 쌓여 있던 염화납 더미를 러더퍼드에게 보여주며 이렇게 말했습니다. "자, 이 더미를 잘 관리해. 납염에서 라듐 D를 분리해 봐."

D. 헤베시(D. Hevesi)와 오스트리아 화학자 A. 파네스(A. Paneth)가 공동으로 수행한 수많은 실험 결과, 납과 라듐 D는 화학적으로 분리할 수 없다는 것이 분명해졌습니다. 왜냐하면 두 원소는 별개의 원소가 아니라 납이라는 한 원소의 동위원소이기 때문입니다. 두 원소의 차이점은 둘 중 하나가 방사성을 띤다는 점뿐입니다. 붕괴 시 이온화 방사선을 방출합니다. 즉, 방사성 동위원소, 즉 방사성 핵종은 방사성이 없는 쌍둥이 원소의 행동을 연구할 때 지표로 사용될 수 있습니다.

의사들에게는 흥미로운 전망이 열렸습니다. 바로 방사성 핵종을 환자의 체내에 주입하고 방사성 측정 장치를 사용하여 위치를 모니터링하는 것입니다. 비교적 짧은 시간 안에 방사성 핵종 진단은 독립적인 의학 분야로 자리 잡았습니다. 해외에서는 방사성 핵종의 치료적 활용과 더불어 방사성 핵종 진단을 핵의학이라고 부릅니다.

방사성핵종법은 방사성핵종과 이를 표지한 지표를 이용하여 장기 및 조직의 기능적, 형태적 상태를 연구하는 방법입니다. 방사성의약품(RP)이라고 불리는 이러한 지표를 환자의 체내에 주입한 후, 다양한 장치를 사용하여 장기 및 조직으로부터의 이동, 고정 및 제거 속도와 특성을 측정합니다.

또한, 조직 샘플, 혈액, 환자 분비물도 방사선 측정에 사용할 수 있습니다. 정상적인 생명 과정에 영향을 미치지 않는 극소량(마이크로그램의 수백 분의 1 및 수천 분의 1)의 지표가 도입됨에도 불구하고, 이 방법은 매우 높은 민감도를 보입니다.

방사성 의약품은 진단 목적으로 사람에게 투여하도록 승인된 화합물로, 분자 내에 방사성 핵종을 포함합니다. 방사성 핵종은 특정 에너지의 방사 스펙트럼을 가져야 하며, 최소한의 방사선 노출을 유발해야 하고, 검사 대상 장기의 상태를 반영해야 합니다.

이와 관련하여, 방사성 의약품은 약력학(체내 거동) 및 핵물리적 특성을 고려하여 선정됩니다. 방사성 의약품의 약력학은 합성에 사용된 화합물에 따라 결정됩니다. RFP 등록 가능성은 표지된 방사성 핵종의 붕괴 유형에 따라 달라집니다.

검사용 방사성의약품을 선택할 때, 의사는 우선 그 생리학적 특성과 약력학을 고려해야 합니다. RFP(Rapid Probe)를 혈액에 주입하는 예를 들어 살펴보겠습니다. 정맥 주사 후, 방사성의약품은 혈액에 고르게 분포되어 모든 장기와 조직으로 이동합니다. 의사가 장기의 혈류 역학 및 혈액 충전에 관심이 있다면, 혈관벽을 넘어 주변 조직으로 이동하지 않고 혈류를 오랫동안 순환하는 지표(예: 인간 혈청 알부민)를 선택할 것입니다. 간을 검사할 때는 이 장기에 선택적으로 포획되는 화합물을 선호합니다. 일부 물질은 신장에 의해 혈액에서 포획되어 소변으로 배출되므로, 신장과 요로 검사에 사용됩니다. 일부 방사성의약품은 뼈 조직에 친화성이 있어 근골격계 검사에 필수적입니다. 의사는 방사성 의약품이 신체에서 분포되고 제거되는 과정과 운반 시간을 연구하여 이러한 장기의 기능적 상태, 구조적, 지형적 특징을 판단합니다.

그러나 방사성 의약품의 약력학만을 고려하는 것은 충분하지 않습니다. 구성 성분에 포함된 방사성 핵종의 핵물리적 특성을 고려해야 합니다. 우선, 특정 방사선 스펙트럼을 가져야 합니다. 장기 영상을 얻기 위해서는 γ선이나 특성 X선을 방출하는 방사성 핵종만 사용해야 합니다. 이러한 방사선은 외부 검출로 감지할 수 있기 때문입니다. 방사성 붕괴 과정에서 γ선 양자나 X선 양자가 많이 생성될수록 이 방사성 의약품은 진단 측면에서 더욱 효과적입니다. 동시에, 방사성 핵종은 환자 체내에 흡수되어 장기 영상 획득에 관여하지 않는 전자인 미립자 방사선을 최대한 적게 방출해야 합니다. 이러한 관점에서 이성질체 전이 형태의 핵 변형을 갖는 방사성 핵종이 더 바람직합니다.

반감기가 수십 일인 방사성 핵종은 장수명, 수일인 경우 중수명, 수 시간인 경우 단수명, 수 분인 경우 초단수명 핵종으로 분류됩니다. 이러한 이유로 단수명 방사성 핵종을 사용하는 경향이 있습니다. 중수명, 특히 장수명 방사성 핵종을 사용하면 방사선 피폭량이 증가하는 반면, 초단수명 방사성 핵종을 사용하는 것은 기술적인 이유로 어렵습니다.

방사성 핵종을 얻는 방법은 여러 가지가 있습니다. 일부는 반응기에서, 일부는 가속기에서 생성됩니다. 그러나 방사성 핵종을 얻는 가장 일반적인 방법은 발생기법, 즉 방사성 핵종 진단 실험실에서 발생기를 사용하여 직접 방사성 핵종을 생성하는 것입니다.

방사성 핵종의 매우 중요한 매개변수는 전자기 복사 양자의 에너지입니다. 매우 낮은 에너지의 양자는 조직에 머물러 방사능 측정 장치의 검출기에 도달하지 못합니다. 매우 높은 에너지의 양자는 검출기를 부분적으로 통과하기 때문에 등록 효율 또한 낮습니다. 방사성 핵종 진단에서 최적의 양자 에너지 범위는 70~200 keV로 간주됩니다.

방사성 의약품의 중요한 요건 중 하나는 투여 중 최소 방사선 노출입니다. 적용된 방사성 핵종의 방사능은 두 가지 요인, 즉 원자의 붕괴(물리적 과정)와 체내에서의 배출(생물학적 과정)으로 인해 감소하는 것으로 알려져 있습니다. 방사성 핵종 원자의 절반이 붕괴하는 시간을 물리적 반감기 T1/2이라고 합니다. 체내에 도입된 약물의 방사능이 배출로 인해 절반으로 감소하는 시간을 생물학적 반감기라고 합니다. 체내에 도입된 방사성 의약품의 방사능이 물리적 붕괴와 배출로 인해 절반으로 감소하는 시간을 유효 반감기(Ef)라고 합니다.

방사성핵종 진단 검사의 경우, T1/2가 가장 짧은 방사성의약품을 선택하려고 합니다. 이는 환자에게 가해지는 방사선 부하가 이 매개변수에 따라 달라지기 때문에 당연한 일입니다. 하지만 물리적 반감기가 매우 짧으면 불편하기도 합니다. 방사성의약품을 검사실로 운반하고 검사를 진행할 시간이 필요하기 때문입니다. 일반적으로 약물의 Tdar은 진단 절차의 지속 시간과 비슷해야 합니다.

이미 언급했듯이, 현재 실험실에서는 방사성 핵종을 얻기 위해 발생기법을 가장 많이 사용하며, 90~95%의 경우 ^99mTc 방사성 핵종이 사용되며, 이는 대다수의 방사성 의약품 표지에 사용됩니다. 방사성 테크네튬 외에도 ^133Xe, ^67Ga, 그리고 매우 드물게 다른 방사성 핵종도 사용됩니다.

임상에서 가장 자주 사용되는 방사성 의약품입니다.

제안요청서	적용 범위
99m Tc-알부민	혈류 연구
99m 'Tc 표지 적혈구	혈류 연구
99m Tc-콜로이드(테크니핏)	간 검사
99m Tc-부틸-IDA(브롬사이드)	담도계 검사
99m Tc-피로인산염(테크니포)	골격 검사
99m Ts-MAA	폐 검사
133 그	폐 검사
67 가-시트르산	종양억제제, 심장 검사
99m Ts-세스타미비	종양억제제
99m Tc-단일클론 항체	종양억제제
201 T1-염화물	심장, 뇌 연구, 종양 치료제
99m Tc-DMSA(테크네멕)	신장 검사
131 T-히푸란	신장 검사
99 Tc-DTPA(펜타텍)	신장 및 혈관 검사
99m Tc-MAG-3(테크네마그)	신장 검사
99m Tc-퍼테크네테이트	갑상선 및 타액선 검사
18 F-DG	뇌 및 심장 연구
123 I-MIBG	부신 검사

방사성핵종 검사를 위해 다양한 진단 장치가 개발되었습니다. 특정 목적과 관계없이 이러한 모든 장치는 하나의 원리에 따라 설계되었습니다. 즉, 이온화 방사선을 전기적 자극으로 변환하는 검출기, 전자 처리 장치, 그리고 데이터 표시 장치를 갖추고 있습니다. 많은 방사선 진단 장치에는 컴퓨터와 마이크로프로세서가 장착되어 있습니다.

섬광체 또는 덜 일반적으로 가스 계수기가 검출기로 사용됩니다. 섬광체는 빠르게 대전된 입자나 광자의 작용으로 섬광(scintillation)이 발생하는 물질입니다. 이러한 섬광은 광전증배관(PMT)에 의해 포착되어 전기 신호로 변환됩니다. 섬광 결정과 PMT는 콜리메이터라는 보호 금속 케이스에 넣어져, 결정의 "시야"를 검사 대상 장기나 신체 부위의 크기에 맞게 제한합니다.

일반적으로 방사선 진단 장비에는 여러 개의 교체 가능한 콜리메이터가 있으며, 이는 검사 목적에 따라 의사가 선택합니다. 콜리메이터에는 방사성 방사선이 검출기로 투과하는 큰 구멍 하나 또는 여러 개의 작은 구멍이 있습니다. 원칙적으로 콜리메이터의 구멍이 클수록 검출기의 감도, 즉 이온화 방사선을 감지하는 능력은 높아지지만, 동시에 분해능, 즉 작은 방사선원을 구분하는 능력은 낮아집니다. 최신 콜리메이터에는 수십 개의 작은 구멍이 있으며, 구멍의 위치는 검사 대상의 최적 "시야"를 고려하여 선택됩니다! 생물학적 시료의 방사능을 측정하도록 설계된 장비에는 소위 웰 카운터(well counter) 형태의 섬광 검출기가 사용됩니다. 결정 내부에는 원통형 채널이 있으며, 여기에 검사 대상 물질이 담긴 시험관이 놓입니다. 이러한 검출기 설계는 생물학적 시료에서 미약한 방사선을 포착하는 능력을 크게 향상시킵니다. 액체 섬광 검출기는 약한 β-선을 가진 방사성 핵종이 포함된 생물학적 유체의 방사능을 측정하는 데 사용됩니다.

모든 방사성핵종 진단 연구는 크게 두 가지 그룹으로 나뉜다. 방사성 약제를 환자의 신체에 투여하는 연구(생체 연구)와 환자의 혈액, 조직 조각, 분비물을 연구하는 연구(시험관 연구)이다.

모든 생체 내 연구는 환자의 심리적 준비를 요구합니다. 시술의 목적, 진단에 있어서의 중요성, 그리고 시술 과정을 환자에게 설명해야 합니다. 특히 연구의 안전성을 강조하는 것이 중요합니다. 일반적으로 특별한 준비는 필요하지 않습니다. 환자는 연구 중 자신의 행동에 대해서만 주의를 받으면 됩니다. 생체 내 연구는 시술 목적에 따라 다양한 방사성의약품 투여 방법을 사용합니다. 대부분의 방법은 방사성의약품을 주로 정맥에 주입하는 것이며, 동맥, 장기 실질 또는 기타 조직에 주입하는 경우는 훨씬 적습니다. 방사성의약품은 경구 투여 및 흡입(inhalation)으로도 투여됩니다.

방사성핵종 검사의 적응증은 담당 의사가 영상의학과 전문의와 상담 후 결정합니다. 일반적으로 다른 임상적, 검사실적, 비침습적 방사선 시술 후 특정 장기의 기능 및 형태에 대한 방사성핵종 자료의 필요성이 명확해질 때 시행합니다.

방사성핵종 진단에는 금기사항이 없으며, 보건부의 지시에 따른 제한사항만 있을 뿐입니다.

방사성핵종 방법 중에서는 방사성핵종 시각화 방법, 방사선 촬영법, 임상 및 실험실 방사선 측정법이 있습니다.

"시각화"라는 용어는 영어 단어 "vision"에서 유래했습니다. 이는 방사성 핵종을 이용하여 이미지를 얻는 것을 의미합니다. 방사성 핵종 시각화는 방사성 의약품이 환자의 체내에 주입될 때 장기와 조직 내 공간 분포를 영상으로 만드는 것입니다. 방사성 핵종 시각화의 주요 방법은 감마 신티그래피(또는 간단히 신티그래피)이며, 감마 카메라라는 장치를 사용하여 수행됩니다. 특수 감마 카메라(이동식 검출기 장착)를 사용하여 수행되는 신티그래피의 한 변형은 층별 방사성 핵종 시각화, 즉 단일 광자 방출 단층촬영(SET)입니다. 초단수명 양전자 방출 방사성 핵종을 얻는 기술적 복잡성 때문에 드물게는 특수 감마 카메라에서 2광자 방출 단층촬영(TET)도 수행됩니다. 때로는 방사성 핵종 시각화의 구식 방법인 스캐닝이 사용되기도 하는데, 이는 스캐너라는 장치를 사용하여 수행됩니다.

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