물질의 내부에서 나오는 입자나 광선 형태의 에너지 방출을 방사능(radioactivity) 이라고 한다. 방사선핵종(Radionuclide, 방사선동위원소radioisotope) 은 물질이 해체되면서 고에너지 입자나 광선을 방출하는 물질이다. 방사선핵종은 핵원자로나 대전입자가속기(사이클로트론)에서 생산되거나 또는 붕괴되거나 불안정하게 된 방사선물질에서 만들어진다.

반감기(Half-life)는 방사능물질-방사핵종-이 붕괴되어 방사능이 반으로 줄어드는데 필요한 시간이다. 방사선핵종의 반감기를 아는 것은 방사능물질이 체내에 있을 때 방사능을 언제까지 방출할 것인지를 결정하는데 중요하다.

반감기는 진단영상을 촬영할 정도로는 장기간이어야 하지만 방사능에 대한 환자의 노출시간을 최소화할 정도로 단기간이어야 한다. 테크네튬-99m( Tc)은 6시간의 반감기를 가진 이상적인 방사선 핵종이며 진단적 영상에서 가장 빈번하게 사용된다.

방사선 핵종은 3가지 형태의 방사능을 방출하는데 그것은 α입자, β입자와 감마선이다. 감마선은 α나 β입자보다 침투능력과 이온화 능력이 더 뛰어나서 의사들이 질병을 진단하고 치료하는데 특히 유용하다.

시험관내와 생체과정 In vitro and in vivo procedures

질병의 진단에 두가지 형태의 검사를 하는데 시험관내 과정 (in vitro)과 생체내 (in vivo) 과정이 그것이다.

시험관내 과정은 방사선 화학물질을 사용해서 혈액과 요(urine)의 분석을 하는 것이다. 예를 들어 방사선 면역측정법(radioimmunoassay(RIA)은 방사선 화학물질과 항체를 결합시켜 환자의 혈액 내에서 호르몬과 약물을 탐지해내는 과정이다.

이 검사로 미세한 양의 약물을 탐지해낼 수 있다. RIA는 환자의 혈액 내에서 심장질환 치료에 쓰이는 약물인 디지털리스의 양을 판독하고 신생아의 갑상선기능저하증을 탐지할 수도 있다.

생체내(In vivo) 검사는 체내에서 방사능물질의 양을 추적한다. 환자에게 직접 투입하여 장기의 기능을 평가하거나 영상으로 찍어낸다. 예를 들어 tracer studies 추적자 조사에서는 특별한 방사선핵종을 화학물질과 혼합하여 환자에게 투여한다.

방사선핵종과 약물 또는 화학물과의 결합을 radiopharmaceutical 방사선의약품이라 한다. 각 방사선의약품은 특별한 장기에 집중되도록 고안된다. 그후 그 장기는 방사선핵종이 내는 방사선 때문에 영상화될 수 있다.

섬광스캐너(Scintillation scanner)란 민감한 외부 검출기가 여러 장기와 조직, 체액내에서 방사선의약품의 분포와 위치를 탐지해낸다. 특정한 부위의 방사선 약물의 양은 감마선이 방출되는 비율에 비례한다. 핵의학 연구는 특별한 모양을 보여주는 해부학적 측면보다는 생리적 행태(장기의 작용)에 대한 설명력이 강하다.

인체내에서 방사선 물질의 분포를 추적하도록 영상으로 만들어내는 과정을 스캐닝scanning 이라 하며 만들어진 영상을 scan 스캔이라 한다. 섭취(Uptake) 란 방사선 의약품이 장기나 조직에 흡수되는 비율을 말한다.

방사선의약품은 인체내의 특별한 장기의 스캔을 얻기 위하여 여러 경로로 투약된다. 예를 들어 폐 스캔의 경우 방사선 약물은 정맥내로 주입 관류조사(perfusion studies) , 방사선의약품이 폐의 모세혈관을 통과하는 것을 조사)하거나 제논-133( Xe)가스를 흡입환기조사(ventilation studies )하여 폐포를 채우도록 한다. 이것을 조합하여 폐색전증에서 응고물에 대한 민감하고 특별한 진단을 할 수 있게 된다.

방사선핵종을 사용하는 진단방법

1. 심혈관계스캔 Blood and heart scan
방사선의약품( Tc 인체 혈청 알부민)을 정맥내 주사하면 추적자가 심장과 큰 혈관을 통과하면서 혈액의 흐름이 영상화 된다. 심장을 관류하는 혈액의 통로에 대한 움직이는 영상을 보여주기 위하여 연속영상을 필름에 기록할 수도 있다. 여러 가지 심장질환을 진단할 수 있다.

2. 골 스캔 Bone scan - Tc
이 인산염이 들어있는 물질을 확인해 내기 때문에 정맥내로 주입된다. 인산화합물은 골에서 주로 섭취하기 때문에 감마카메라를 사용해서 2∼3시간 지나면 골격계의 영상을 만들 수 있다. 2∼3시간 지나면 대부분의 방사선의약품은 요(urine)로 배설되기 때문에 골격구조를 좀 더 잘 볼 수 있게 된다. 스캔으로 악성 종양의 골격계 전이를 알 수 있는데 스캔에서는 섭취가 많은 부분(열소, hot spot)으로 나타난다.

3. 뇌 스캔 Brain scan
방사선의약품( Tc pertechnetate)을 정맥주사하고 2시간 후 스캔을 통해서 뇌의 영상을 얻을 수 있다. 정상스캔에서는 방사선의약품이 혈류를 통해서 뇌로 들어가는 것을 방지하는 혈뇌장벽(blood-brain barrier, BBB)이 정상적으로 기능을 발휘하기 때문에 방사선 약물의 뇌섭취가 보이지 않는다. 그러나 혈뇌장병이 종양이나 질환에 의해서 손상되면 방사선의약품이 뇌로 들어가게 되어 뇌스캔에서 볼 수 있다. 뇌스캔은 경색, 농양, 종양, 혈종들을 진단하는데 유용하다.

4. 갈륨스캔 Gallium scan
방사선 동위원소인 갈륨-67을 주사하면 종양이나 농양과 같은 양성병변에 친화력을 보인다.

5. 간-비장스캔 Liver and spleen scans
간과 비장을 보기 위하여 방사선의약품( Tc sulfur colloid)을 정맥내 주사한 후 감마카메라를 사용해서 영상을 찍는다. 종양이나 농양이 있는 부위는 빈 공간으로(섭취가 감소한 부분) 나타난다. 경변이나 농양, 종양, 간종대, 간염과 같은 이상소견은 간스캔에 의해 탐지되고 종양 때문에 생긴 비장종대나 낭포, 농양, 파열 등은 비장스캔으로 진단할 수 있다.

6. 양전자방출 단층촬영술 Positron emission tomography(PET scan)
이 방사선 핵종기술은 인체 부위에 양전자를 방출함으로써 방사능 분포에 대한 단면영상을 만드는 것이다. CT와 비슷하지만 조영제나 X-선 대신에 방사선 동위원소를 사용한다.

방사선핵종은 정맥내주사를 통해 스캔될 조직으로 섭취되어 방사선 핵종(C-11, O-15 등) 이 그 조직에서 대사되었는지를 보여준다. 예를 들어 PET스캔을 통해서 정시분열증환자는 뇌의 모든 부분에서 포도당을 동일하게 대사하지 않는다는 것과 약물치료가 이들 부위에서 효과를 가져온다는 것을 알 수 있다.

따라서 대사가 부족한 부분을 PET로 집어낼 수 있으며 졸중이나 간질, 알쯔하이머질환, 뇌종양과 같은 신경계질환이나 심장, 폐, 복부질환과 같은 질환을 진단하고 치료하는데 유용하다.

7.갑상선의 방사선 동위원소인 요오드의 섭취법
Radioactive iodine uptake by the thyroid gland
방사선 요오드복합물(131I)을 캡슐제로(캡슐내의 방사능 물질의 양은 미리 측정해 둔다) 경구 섭취한다. 갑상선 호르몬을 생성하는 동안에 갑상선이 섭취하는 방사능의 양을 6시간 후와 24시간 후에 측정하여 정상치와 비교한다. 이 측정법은 갑상선이 호르몬을 합성하는 비율을 알려준다.

8.단일광자방출 전산화 단층촬영
Single-photon emission computed tomography(SPECT)
이 기술은 방사선 추적자를 정맥내로 주사하고 여러 방향에서 합성하여 컴퓨터로 3차원의 영상으로 구성해낸다. 임상에서는 간종양이나 심장허혈을 감지하고 척추의 골질환을 평가하는데 사용된다.

9.갑상선 스캔 Thyroid scan
방사선핵종을 정맥내 주사한다. 만들어진 스캔으로는 갑상선의 크기와 모양을 알 수 있다.
과도한 기능을 보이는 갑상선 결절들은 131I 방사선 약물에 대해서 많은 양을 축적하고 그것은 ‘열소(hot)’로 표현된다. 갑상선 암종은 방사선 요오드들을 잘 축적하지 않으며 따라서 스캔에서는 ‘냉소(cold spot)’로 나타난다.