단일광자단층영상(SPECT)
(1) 기본원리
감마카메라를 우리 몸 주위로 회전시키며 여러 방향의 2차원 투사상을 얻고 이를 사이노그램 형태로 변환한 후 이에 영상재구성 기법을 적용하여 단면영상(tomogram)을 얻는 핵의학적 영상 방식을 SPECT라고 한다. 이러한 단면영상은 일반 감마카메라 영상으로는 알기 어려운 선원의 깊이 정보를 제공한다. 따라서 모든 깊이에서 발생한 방사선을 중첩하여 얻는 일반 감마카메라 영상에 비해서 대조도와 해상도가 뛰어나다.
영상재구성을 통하여 단면영상을 얻기 위해서는 여러 방향의 투사상이 필요하므로 다수의 감마카메라를 이용하면 전체 SPECT 촬영시간을 단축할 수 있다. 따라서 2~3개의 감마카메라를 장착한 다중헤드 감마카메라가 선호된다. 카메라가 더 많으면 스캔 시간이 더욱 줄어들 수 있으나 시스템 구성을 위한 비용이 증가되어 그 이상의 카메라를 장착한 SPECT는 임상환경에서는 거의 사용되지 않고 있다.
(3) 시스템
가. 범용 SPECT 시스템
2중헤드 감마카메라는 두 카메라를 마주보고 회전시키거나 직각으로 놓고 회전시키거나 직각으로 놓고 회전시키는 방식을 사용하는데 전자의 경우가 보다 일반적이다. 두 개의 카메라를 직각으로 놓고 영상을 얻는 경우는 심장 SPECT를 위한 것으로, 이는 심장이 우리 몸의 왼쪽 앞에 위치하므로 카메라가 오른쪽 뒤에서 영상을 얻는 경우 감쇠와 산란에 의하여 영상의 질이 감소하기 때문이다. 따라서 왼쪽 앞 180도에서 얻은 영상만으로 단층영상을 재구성했을 때 보다 좋은 영상을 얻을 수 있다.
3중헤드 카메라는 동일한 민감도를 갖는 2중헤드 카메라에 비해서 검사시간을 2/3로 단축시킬 수 있어 검사시간이 긴 기저-다이아목스 부하 뇌혈류 SPECT 검사나 빠른 영상 획득이 필요한 동적 SPECT 검사에 유용하다.
나. 심장 전용 SPECT
앞서 기술한 바와 같이 SPECT 검사 중 다수를 차지하는 것이 심근관류 SPECT이다. 따라서 두 개의 감마카메라를 직각으로 고정하고 종축시야를 심장과 주변부만을 포함할 정도로 짧게 만든 비교적 소형의 심장전용 SPECT도 활용되고 있다. 또한 환자를 의자에 앉히고 의자를 회전하거나 카메라가 이동하여 영상을 얻는 심장전용 SPECT들도 사용되고 있는데 범용의 다중헤드 감마카메라에 비하여 응용범위는 한정이 되지만 공간을 적게 차지하며 빠른 검사가 가능한 장점이 있다.
다. SPECT/CT
X-선 CT나 SPECT 영상을 모두 얻을 수 있는 SPECT/CT 또한 임상적으로 활용되고 있다. CT 영상은 해부학적 정보를 제공할 뿐 아니라 감쇠와 산란 등의 물리학적 요소들을 보정하기 위한 정보를 제공한다. SPECT/CT는 방사성추적자를 투여한 후 CT 촬영을 먼저 하고 이어서 SPECT 영상을 얻는 순서로 이루어진다. CT 촬영을 하는 동안에도 방사성추적자에서 감마선이 방출되지만 CT에서 사용하는 X-선 양에 비하면 그 양이 적어 CT 영상에 영향을 주지 않는다. 두 영상을 동시에 얻지 못하는 이유는 상대적으로 양이 많은 X-선이 SPECT 영상에 영향을 주기 때문이다.
라. 소동물 SPECT
분자영상 분야가 빠르게 발전하고 있으며 이에 따른 소동물 대상의 고해상도 SPECT 연구도 활발하다. 고해상도의 단일광자영상 및 SPECT를 위해서 영상 확대가 가능한 바늘구멍조준기를 이용하는 것이 일반적인 방법이다.
소동물 영상 전용의 고해상도, 고민감도 시스템이 활용되고 있는데 대부분의 시스템들은 민감도를 향상시키기 위하여 다중헤드 감마카메라를 사용하며, 각 감마카메라에 대해서는 다중바늘구멍조준기를 사용한다.
(4) 영상보정
전량적 SPECT를 위해서는 감쇠, 산란 등에 대한 물리적인 요소들에 대한 보정이 필수적이다.
가. 감쇠보정
SPECT에서 광자의 정확한 감쇠효과 보정은 이론적으로 어려운 것으로 알려져 있으나 Chang 방법을 이용하거나 반복 영상재구성을 통해서 감쇠보정이 가능하다.
나. 산란보정 및 혼선보정
산란 보정도 정량화를 위해서는 필수 단계라 할 수 있다.
다. 조준기반응 보정 및 부분체적 효과
선원과 조준기의 거리에 따라 변하는 조준기에 의한 공간 해상도 저하도 SPECT의 정량적 정확성을 떨어뜨리는 요인이 된다.