양전자 방출 단층 촬영

양전자 방출 단층촬영(PET)은 생체 내 신체 조직의 대사 및 기능 활동을 연구하는 방법입니다. 이 방법은 체내에 도입된 방사성 의약품이 다양한 장기에 분포하고 축적되는 과정에서 관찰되는 양전자 방출 현상을 기반으로 합니다. 신경학에서 이 방법은 여러 질병에서 뇌 대사를 연구하는 데 주로 활용됩니다. 뇌의 어느 영역에서든 핵종 축적의 변화는 신경 활동의 이상을 시사합니다.

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양전자 방출 단층촬영의 적응증

양전자방출단층촬영(PET)의 적응증으로는 관상동맥우회술이나 심장이식을 받는 환자의 심근 동면 여부 검사, 암 환자의 비대해진 림프절에서 전이와 괴사 및 섬유화를 구별하는 것이 있습니다. PET는 또한 폐 결절을 평가하고 대사 활성 여부를 확인하며, 폐암, 경부암, 림프종, 흑색종을 진단하는 데 사용됩니다. CT는 양전자방출단층촬영(PET)과 결합하여 형태학적 및 기능적 데이터의 상관관계를 분석할 수 있습니다.

양전자 방출 단층촬영 준비

PET는 공복 상태(검사 전 마지막 식사는 4~6시간)에 시행됩니다. 검사 시간은 시술 범위에 따라 30분에서 75분 정도 소요됩니다. 투여된 약물이 체내 대사 과정에 들어가는 30~40분 동안 환자는 위양성 결과 발생 가능성을 줄이기 위해 운동, 언어, 감정 활동을 최소화하는 환경을 조성해야 합니다. 이를 위해 환자는 방음벽이 설치된 별도의 방에 누워 눈 을 감고 눕습니다.

대체 방법

자기공명분광법, 단일광자방출CT, 관류법 및 기능적 MRI와 같은 다른 기능적 신경영상 방법은 어느 정도 PET의 대안으로 활용될 수 있습니다.

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단일 광자 방출 단층촬영

뇌의 생체 구조를 방사성동위원소로 검사하는 데 비용이 덜 드는 방법은 단일 광자 방출 컴퓨터 단층촬영입니다.

이 방법은 방사성 동위원소에서 방출되는 양자 복사선의 기록에 기반합니다. PET 방식과 달리, 단일 광자 방출 컴퓨터 단층촬영(CT)은 대사에 관여하지 않는 원소(Tc99, TI-01)를 사용하며, 물체 주위를 회전하는 Y-카메라의 도움을 받아 쌍을 이루는 양자가 아닌 단일 양자(광자)를 기록합니다.

단일 광자 방출 컴퓨터 단층촬영법의 변형 중 하나는 국소 뇌 혈류를 시각화하는 것입니다. 환자에게 혈액에 용해되는 제논-133이 포함된 가스 혼합물을 흡입하게 한 후, 컴퓨터 분석을 통해 약 1.5cm의 공간 분해능으로 뇌 내 광자 방출원 분포의 3차원 영상을 구축합니다. 이 방법은 특히 뇌혈관 질환 및 다양한 유형의 치매에서 국소 뇌 혈류의 특성을 연구하는 데 사용됩니다.

결과 평가

PET 평가는 시각적 및 반정량적 방법을 사용하여 수행됩니다. PET 데이터의 시각적 평가는 흑백 및 다양한 색상 스케일을 사용하여 수행되며, 이를 통해 뇌 여러 부위의 방사성의약품 축적 강도를 파악하고, 병리적 대사 병소를 식별하고, 그 위치, 윤곽 및 크기를 평가할 수 있습니다.

반정량적 분석에서는 크기가 같은 두 영역 사이의 방사성 약물 축적 비율을 계산합니다. 두 영역 중 하나는 병리학적 과정에서 가장 활동적인 부분에 해당하고 다른 하나는 뇌의 반대쪽 변화가 없는 영역에 해당합니다.

신경학에서 PET를 사용하면 다음과 같은 문제를 해결할 수 있습니다.

• 다양한 자극이 주어졌을 때 뇌의 특정 영역의 활동을 연구합니다.
• 질병의 조기 진단을 실시합니다.
• 유사한 임상 증상을 보이는 병리학적 과정에 대한 감별 진단을 수행합니다.
• 질병의 진행 과정을 예측하고, 치료의 효과를 평가합니다.

신경학에서 이 기술을 사용하는 주요 적응증은 다음과 같습니다.

• 뇌혈관병리학
• 간질;
• 알츠하이머병 및 기타 형태의 치매
• 뇌의 퇴행성 질환(파킨슨병, 헌팅턴병)
• 탈수초질환
• 뇌종양.

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간질

18-플루오로디옥시글루코스(18-fluorodeoxyglucose)를 이용한 PET는 특히 국소성 간질에서 간질 유발 병소를 검출하고, 이러한 병소의 대사 장애를 평가할 수 있도록 합니다. 발작 간기(interictal period)에 간질 유발 병소 영역은 포도당 대사 저하를 특징으로 하며, 대사 감소 영역은 경우에 따라 구조적 신경 영상법을 사용하여 확립된 병소의 크기를 크게 초과합니다. 또한, PET는 뇌파 및 구조적 변화가 없더라도 간질 유발 병소를 검출할 수 있어 간질성 발작과 비간질성 발작의 감별 진단에 사용될 수 있습니다. PET와 뇌파(EEG)를 병용하면 이 방법의 민감도와 특이도가 크게 향상됩니다.

간질 발작이 일어나는 와중에 간질 유발 부위의 국소적 포도당 대사가 증가하는 현상이 관찰되고, 종종 뇌의 다른 부위에서의 억제와 함께 나타나기도 합니다. 발작 후에는 다시 저대사 현상이 기록되는데, 그 심각성은 발작 후 24시간 이내에 확실히 감소하기 시작합니다.

PET는 다양한 형태의 간질에 대한 수술적 치료 적응증을 결정하는 데에도 성공적으로 사용될 수 있습니다. 수술 전 간질 병소의 국소화를 평가함으로써 최적의 치료 전략을 선택하고 제안된 중재의 결과에 대해 더욱 객관적인 예후를 도출할 수 있습니다.

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뇌혈관병리학

허혈성 뇌졸중 진단에서 PET는 허혈 반영대에서 생존 가능하고 잠재적으로 회복 가능한 뇌 조직을 확인하는 방법으로 간주되며, 이를 통해 재관류 치료(혈전 용해)의 적응증을 명시할 수 있습니다. 신경 세포 온전성의 지표 역할을 하는 중추 벤조디아제핀 수용체 리간드를 사용하면 뇌졸중 초기 단계에서 허혈 반영대에서 비가역적으로 손상된 뇌 조직과 생존 가능한 뇌 조직을 상당히 명확하게 구분할 수 있습니다. 또한 반복적인 허혈 발작이 있는 환자에서 새로운 허혈 병소와 기존 허혈 병소를 감별 진단하는 것도 가능합니다.

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알츠하이머병 및 기타 유형의 치매

알츠하이머병을 진단하는 데 있어 PET의 민감도는 76~93%(평균 86%)이며, 이는 부검 연구 자료를 통해 확인됩니다.

알츠하이머병의 PET 검사는 주로 신피질 연합 영역(후대상피질, 측두두정피질, 전두엽 다중모드 피질)에서 뇌 대사가 국소적으로 현저하게 감소하는 것이 특징이며, 이러한 변화는 우성반구에서 더욱 두드러집니다. 동시에 기저핵, 시상하부, 소뇌, 그리고 일차 감각 및 운동 기능을 담당하는 피질은 비교적 온전하게 유지됩니다. 알츠하이머병에서 가장 전형적인 소견은 측두두정피질 영역의 양측성 저대사이며, 이는 진행된 단계에서 전두엽 피질의 대사 감소와 동반될 수 있습니다.

뇌혈관 질환으로 인한 치매는 대상회와 상전두회(superior frontal gyrus)를 포함한 전두엽이 주로 침범되는 것이 특징입니다. 혈관성 치매 환자는 일반적으로 백질과 피질에서 대사 감소가 나타나는 부위가 불규칙하며, 이는 종종 소뇌와 피질하엽을 침범합니다. 전두측두엽 치매는 전두엽, 전측두엽, 그리고 내측측두엽 피질의 대사 감소를 보입니다. 루이소체 치매 환자는 알츠하이머병을 연상시키는 양측 측두두정엽 대사 장애를 보이지만, 알츠하이머병에서는 대개 정상인 후두엽 피질과 소뇌를 침범하는 경우가 많습니다.

치매와 관련된 다양한 상태에서의 대사 변화 패턴

치매의 원인	대사 장애 구역
알츠하이머병	두정엽, 측두엽, 후대상피질 손상은 일차 감각운동피질과 일차 시각피질, 그리고 선조체, 시상, 소뇌의 손상이 상대적으로 적게 나타나는 상태에서 가장 먼저 발생합니다. 초기 단계에서는 손상이 종종 비대칭적이지만, 퇴행성 변화가 결국 양측성으로 나타납니다.
혈관성 치매	영향을 받은 피질, 피질하 영역 및 소뇌의 저대사 및 저관류
전두엽형 치매	전두엽 피질, 전측두엽 피질, 내측두엽 영역이 가장 먼저 영향을 받으며, 초기에는 두정엽 피질과 외측 측두엽 피질보다 손상 정도가 더 심하고, 주요 감각운동 피질과 시각 피질은 상대적으로 잘 보존됩니다.
헌팅턴 무도병	꼬리핵과 렌즈핵은 피질의 점진적인 확산적 관여로 더 일찍 영향을 받습니다.
파킨슨병의 치매	알츠하이머병과 유사한 특징을 보이지만 중앙측두엽 영역이 더 많이 보존되고 시각 피질은 덜 보존됨
루이소체 치매	알츠하이머병의 전형적인 장애이지만 시각 피질과 아마도 소뇌의 보존이 덜합니다.

PET를 알츠하이머형 치매 발병 예측 지표로 사용하는 것은 특히 경증 및 중등도 인지 장애가 있는 환자의 경우 유망합니다.

현재, 위험 요인을 가진 환자의 치매 전임상 진단을 위해 특수 아밀로이드 리간드를 이용한 PET를 이용한 생체 내 뇌 아밀로이드증 연구 시도가 진행 중입니다. 뇌 아밀로이드증의 중증도와 국소화 연구는 질병의 여러 단계에서 진단을 더욱 신뢰성 있게 향상시킬 수 있습니다. 또한, PET를 특히 역학 분야에서 활용하면 질병 경과를 더욱 정확하게 예측하고 치료 효과를 객관적으로 평가할 수 있습니다.

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파킨슨병

특정 리간드인 B18-플루오로도파를 이용한 PET는 파킨슨병에서 시냅스 전 선조체 말단의 도파민 합성 및 저장 결핍을 정량적으로 확인할 수 있도록 합니다. 특징적인 변화의 존재를 통해 질병의 초기, 때로는 전임상 단계에서 진단을 내리고 예방 및 치료 조치를 수립할 수 있습니다.

PET를 사용하면 다발계통위축증과 같은 피라미드외로증상을 보이는 다른 질환과 파킨슨병을 감별 진단할 수 있습니다.

도파민 수용체 자체의 상태는 H2 수용체 리간드인 _{라클로프리드를} 이용한 PET를 통해 평가할 수 있습니다. 파킨슨병에서는 시냅스전 도파민 말단의 수와 시냅스 간극 내 도파민 수송체의 양이 감소하는 반면, 다른 신경퇴행성 질환(예: 다발계통위축증, 진행성 핵상마비, 피질기저핵변성)에서는 선조체 내 도파민 수용체의 수가 감소합니다.

또한 PET를 사용하면 질병의 진행 과정과 속도를 예측하고, 약물 치료의 효과를 평가하고, 수술적 치료의 적응증을 결정하는 데 도움이 됩니다.

헌팅턴 무도병 및 기타 과운동증

헌팅턴 무도병에 대한 PET 결과는 꼬리핵의 포도당 대사 감소를 특징으로 하며, DNA 검사 결과를 바탕으로 질병이 발생할 위험이 높은 개인의 질병을 임상 전에 진단하는 것이 가능합니다.

꼬임성 디스토니아에서 18-플루오로디옥시글루코스를 이용한 PET 검사는 꼬리핵과 렌즈핵에서 국소적 수준의 포도당 대사가 감소하고, 중앙등쪽 시상핵의 정면 투사 영역에서도 감소하는 반면, 전반적인 대사 수준은 그대로 유지되는 것을 보여줍니다.

다발성 경화증

다발성 경화증 환자에서 18-플루오로디옥시글루코스를 이용한 PET 검사는 회백질을 포함한 뇌 대사의 광범위한 변화를 보여줍니다. 확인된 정량적 대사 장애는 질병 활동성의 지표로 활용될 수 있으며, 악화 발생의 병태생리학적 기전을 반영하고, 질병 경과를 예측하고 치료 효과를 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다.

뇌종양

CT나 MRI는 뇌 조직 종양 손상의 위치와 크기에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 얻을 수 있지만, 양성 병변과 악성 병변을 높은 정확도로 구분하는 데는 한계가 있습니다. 또한, 구조적 신경 영상 방법은 종양 재발과 방사선 괴사를 구분할 만큼 특이도가 충분하지 않습니다. 이러한 경우 PET가 최선의 선택이 됩니다.

18-플루오로디옥시글루코스 외에도 ¹¹ C-메티오닌과 ¹¹ C-티로신과 같은 다른 방사성 의약품이 뇌종양 진단에 사용됩니다. 특히 ¹¹ C-메티오닌을 이용한 PET는 18-플루오로디옥시글루코스를 이용한 PET보다 성상세포종을 검출하는 데 더 민감한 방법이며, 저등급 종양의 평가에도 사용할 수 있습니다. ¹¹ C-티로신을 이용한 PET는 악성 종양과 양성 뇌병변을 감별할 수 있도록 합니다. 또한, 고분화 뇌종양과 저분화 뇌종양은 이 방사성 의약품의 흡수 동역학이 서로 다릅니다.

현재 PET는 다양한 신경계 질환을 진단하는 데 있어 가장 정확하고 첨단 기술을 사용하는 검사 중 하나입니다. 또한, 이 방법은 건강한 사람의 뇌 기능을 과학 연구 목적으로 연구하는 데에도 사용될 수 있습니다.

장비 부족과 높은 비용으로 인해 이 방법은 극히 제한적으로 사용되고 있으며, 대규모 연구 센터에서만 이용 가능합니다. 하지만 PET의 잠재력은 매우 높습니다. MRI와 PET를 동시에 시행하고, 이후 획득한 영상을 결합하는 기술의 도입은 매우 유망해 보이며, 뇌 조직 여러 부위의 구조적 및 기능적 변화에 대한 최대의 정보를 얻을 수 있을 것입니다.

양전자 방출 단층촬영이란?

표준 MRI나 CT가 주로 장기의 해부학적 영상을 제공하는 것과 달리, PET는 세포 대사 수준의 기능적 변화를 평가하는데, 이는 구조적 신경 영상 방법으로는 병리학적 변화가 드러나지 않는 질병의 초기, 임상 전 단계에서 이미 인식할 수 있습니다.

PET는 산소, 탄소, 질소, 포도당 등 신체의 천연 대사산물로 표지된 다양한 방사성의약품을 사용하는데, 이러한 대사산물은 체내 대사산물과 함께 대사에 포함됩니다. 이를 통해 세포 수준에서 발생하는 과정을 평가할 수 있습니다.

PET에 가장 흔히 사용되는 방사성의약품은 플루오로디옥시글루코스입니다. PET에 흔히 사용되는 다른 방사성의약품으로는 ^11C- 메티오닌(MET)과 ^11C- 티로신이 있습니다.

투여된 약물의 최대 용량에서의 방사선량은 두 개의 투사 영상을 통해 흉부 X-선 촬영 시 환자가 받는 방사선량과 동일하므로 검사는 비교적 안전합니다. 혈당 수치가 6.5mmol/l 이상인 당뇨병 환자에게는 금기입니다. 임신 및 수유 중인 경우에도 금기입니다.