1-6. X-ray / CT / PET

본 차시에서는 X-ray / CT / PET원리 살펴볼 것.

 

X-ray

이미징 하려면 light source필요함

여기선 X-tube가 된다.

에너지 커서 몸 통과하고 통과된 신호를 detector에서 받아들임

 

우측은 detector 확대한 것

 

뼈는 X-ray가 덜 통과되서 Intensity 낮고 폐 부분은 다른 곳에 비해서 높다

이 Intensity 차이를 바탕으로 영상을 만들어 낼 수 있다.

뼈는 밝고 폐 부분은 어둡다

 

디텍터는 X-ray를 전기신호로 바꿔주는 역할한다.

전기신호의 차이로 영상을 만들어 내는 것.

 

 

 

 

CT

endoscopy나 현미경, X-ray는 2D영상

여기서부터는 3D영상

CT는 X-ray원리는 그대로 이용하고 여기에 컴퓨팅 작업이 들어가게 된다.

컴퓨팅을 통해서 여러장의 2D이미지들을 한장의 3D영상으로 만드는 것.

2D영상은 다 X-ray영상

 

몸속 구조가 어떻게 되어 있는지 모름.

3차원 구조를 2D영상으로 알아내는 문제

 

2D로부터 3차원 영상 알아내는 작업을 reconstruction해낸다고 하고, reconstruction위해서 컴퓨터를 사용한다.

원리는 적분을 사용한다.

 

 

다음 그림이 위 내용을 잘 보여준다

2D영상들을 3D로 바꾼다고 했는데

아래그림은 1D신호들을 2D로 바꿔주는 예시(차원이 낮으니 visualization이 편하다.)

물체가 2D상에서 있었다고 가정해보자

(이게 어떻게 생겼는지 모르는 상황.)

 

통과해서 Detector 온 부분은 밝은 Intensity.

1D signal을 바탕으로 2D structure를 복원해내는 문제

 

Integral해서 합침.

밝은 부분은 합칠수록 더 밝아짐

 

많이 했더니 원본과 유사한 그림 얻어냄

 

위와 같은 과정을 2D X-ray에 적용해서 합하게 되면 3D 영상을 얻을 수 있다.

3차원 값들을 깨끗하게 볼 수 있다.

X-ray는 몸 전체를 투과해서 만들어진 영상이기때문에 뿌얬는대 CT영상은 한 voxel voxel 값들을 확인할 수 있다.

 

필터링 해주고 합치게 되면 훨씬 더 좋은 성능의 영상 복원 결과를 얻을 수 있다.

필터링, 복원 과정들이 스캐너 내부에 탑재가 되어있다.

 

CT는 2D X-ray 여러장 취득할 수록 영상 해상도가 좋아지게 된다.

하지만 X-ray 그만큼 많이 찍으면 방사선 더 많이 맞는다.

CT의 이슈는 X-ray 적게 찍으면서 3차원으로 복원했을때 영상의 퀄리트는 좋게 만들어주는 것.

 

 

 

다음은 방사선 이용해서 이미지 만드는 또다른 기법 중 1

PET(positron Emission Tomography)

왼쪽 그림은 X-ray 영상이고, 통과된 X-ray 신호를 디텍터에서 받아들인다.

오른쪽은 방사선 물질을 몸에 주입하고, 주입된 방사선 물질이 몸에서 나오는 것을 밖에서 Detect한다.

 

CT 영상은 돌려가면서 찍음

PET는 주입하고 360에서 다 Detect를 함

 

방사선 주입하면 방사선 동위원소에서 positron(양전자)들이 방출되는데,

양전자 원소들이 생체구성물질이어서 의학약품으로 만들수있다.

포도당과 유사한 걸로 만들 수 있다.

 

포도당의 대사가 활발이 일어나는 곳에서 방출이 많이 일어나게 된다.

주입한 물질은 반감기가 짧은 방사선을 사용하게 된다.

방사선 물질 만드는 것을 사이클롭트론이라고 한다.

 

반감기가 짧은 원소들은 양전자 방출 하는데,

양전자가 방출되면 몸안의 전자들과 만나게 되고,

소멸이 일어나면서 gamma-ray발생

gamma-ray는 양방향으로 나가게 된다.

양방향에서 신호가 detect되면

이 부위에서 양전자, 전자가 소멸되서 gamma-ray 나왓구나 알 수 있고

모든 방향에서 이렇게 detect하는 것이다.

 

영상 취득되면 CT reconstruction문제와 같은 문제.

같은 방식으로 영상을 얻어낼 수 있다

 

포도당 대사는 보통 암세포가 있는 곳에서 비정상적으로 대사가 일어나게 되는경우가 있다.

이상 부위에서 PET찍어보면 밝게 나타나는 부위 있다.

암 조기 진단에 상당히 유용하게 쓰임

 

PET영상 예시 그림

 

빨간색 activation : metabolic function 볼 수 있다.(신진대사가 어디서 일어나는지 볼수있다고 한다.)

PET이미징의 단점 : 정확히 빨간 부분이 어딘지 structure한 정보들을 보기 힘들다.

but 조기진단 해낼 수 있다는 이점이 커서 많이 이용.

 

최근에는 PET과 CT동시찍는 PET-CT 스캐너 나왔고, 비슷하게 PET-MR 찍는 장비들 개발중

두 영상 같이 찍어서 정합(registration) 할 수 있으면 structure한 정보와 metabolic한 정보를 함께 볼 수 있다.

 

정확히 어떤 부위에서 신진대사가 비정상적으로 일어나기 때문에 어딜 더 봐야겠다 관찰할 수 잇다.

 

여기까지 X-ray, gamma-ray 이용하는 이미징기술 살펴봄

 

다음차시에서는 방사선 이미지 기법과는 다른 방법으로 3차원 영상 만들어낼 수 있는 MR이미징 기법에 대해 살펴볼것