알츠하이머, PET/CT로 조기 진단하다

 

핵의학과 공은정 교수 

 

 

최근 인기리에 방영되고 있는 드라마 나빌레라 속 주인공은 이제 70세라는 나이에 발레를 시작했다. “한 번만 날아보고 싶다”는 그. 젊은 나이에 그토록 선망했던 발레리노의 꿈을 뒤늦게라도 이루기 위해 남다른 열정으로 강습에 임하지만 그를 힘들게 하는 질환이 찾아왔다. 바로 알츠하이머다. 내가 사랑하는 사람들, 내가 사랑하는 발레를 잊게 될까봐 무서운 그는 알츠하이머 조기 진단을 받고 진행 속도를 늦추기 위해 열심히 메모하는 습관을 갖고 있는다.

너무 진행되기 전에 미리 진단받고 적시에 적절한 치료를 받으면서 진행속도를 늦출 수 있다는 알츠하이머. PET-CT라는 진단 장비를 통해 최근에는 조기 진단을 받는 환자 수가 증가하는 추세다.  

 

 

알츠하이머란?

알츠하이머병이란, 65세 이상의 노인에서 주로 생기는 퇴행성뇌질환으로 뇌세포가 점차 파괴되면서 뇌조직이 줄어들어 뇌기능이 점차 감소되는 병입니다. 처음에는 기억력 장애를 보이다가, 점차 공간지각력, 판단력을 잃게 되며 나중에는 일상생활의 간단한 작업조차 하기 어렵게 되어 다른 사람의 도움이 필요하게 됩니다. 또한 성격이 변하고 환각이나 망상을 보이기도 합니다. 알츠하이머병은 환자와 가족에게 신체적 정신적 경제적인 어려움을 유발하며, 삶의 질을 저하시킬 뿐만 아니라, 사망의10대 원인 중 하나 입니다. 

 

우리나라의 인구 고령화가 진행됨에 따라 노인인구의 증가가 치매 환자의 증가로 이어지고 있습니다. 65세 이상에서 추정되는 치매 유병률은 10.3%로 이중 70% 정도가 알츠하이머병 입니다. 알츠하이머병의 원인에 대해서 여러 가지 가설이 있으며, 그 중에서 아밀로이드 가설이 가장 유력합니다. 알츠하이머병 환자의 뇌를 사후 부검한 결과, 뇌조직에서 “베타아밀로이드(B-amyloid)“라는 물질이 응집된 노인반(senile plaque)과 타우단백질이 주성분인 신경섬유덩어리(neurofibrillary tangle)를 확인하였습니다. 그 중에서 특히 베타아밀로이드가 쌓이는 것이 병의 시작으로 생각되는데, 뇌세포막에 있는 정상 단백질이 대사되는 과정에서 베타아밀로이드라는 이상 단백질이 생성되어 분해되지 않고 덩어리를 만들어 뇌 안에 축적됨으로써 뇌신경세포 간의 신호 전달을 방해하거나, 타우 단백(Tau protein) 침착 같은 이차적인병적 과정을 유발해 결국 뇌세포를 파괴시키는 것으로 생각됩니다. 이러한 베타아밀로이드의 축적은 치매 진단 시점보다 최소10년에서 15년 정도 앞서, 증상이 나타나기 전부터 시작되는 것으로 알려져 있습니다.

현재까지는 알츠하이머병의 비가역적인 신경퇴행성 변화의 진행을 돌이키거나 진행을 막을 수 있는 치료는 없지만, 병의 초기에 콜린분해효소억제제 치료는 인지기능을 개선하고 병의 경과를 지연시킬 수 있습니다. 그러나 초기에 치료적 개입을 하지 않고 방치하게 되면, 그 이후에는 치료 효과도 제한되고 그에 수반되는 비용이 증가하게 됩니다. 중증 치매환자의 1인당 의료비용이 경도의 치매 환자보다 8배 가량 더 많다는 연구 결과도 있습니다.  

 

 

PET/CT 소견상 어떻게 보일 때 알츠하이머로 진단할 수 있을까?

 

알츠하이머병의 진단은 인지 저하 증상과 함께 알츠하이머병의 생물학적 표지자(biological markers)를 확인하는 것 입니다. 그러나 초기 단계에서는 전형적인 증상들이 제대로 나타나지 않는 경우가 많아서 초기 알츠하이머병을 고령에 의한 일시적인 건망증이나 우울증 등과 구분하기 위해서 많은 시간과 비용, 노력을 기울여 자세한 병력청취와 신경인지기능 검사를 수행해야 합니다. 반면에 알츠하이머병에서 특징적으로 나타나는 생물학적 표지자들은 임상적 증상이 발생하기 전에도 검출이 가능합니다. 가장 조기에 알츠하이머병의 원인이 되는 베타아밀로이드를 뇌척수액검사를 통해 확인할 수 있으며, 최근 의료영상기술의 발달로 뇌 조직에 베타아밀로이드가 축적되어 있는 것을 바로 보여줄 수 있는 아밀로이드 PET/CT 영상검사를 통해서 알츠하이머병 조기 진단이 가능합니다. 병이 좀 더 진행하면 뇌조직의 손상으로 인해 뇌의 기능이 감소하게 되는데 이를 FDG(fluorodeoxyglucose) PET/CT를 이용하여 확인할 수 있으며, 이 역시 증상의 발현보다 조기에 이상을 발견할 수 있는 영상 검사입니다. 뇌의 기능 감소가 좀 더 진행하면 뇌 MRI에서 해마부위의 크기가 작아진 것을 확인할 수 있습니다. 

 

 

PET/CT가 알츠하이머 진단 시 다른 장비에 비해 갖는 장점

[그림 1]과 같이 알츠하이머병의 진행 과정 중, 아밀로이드 PET/CT 검사는 증상이 없거나 경미한 환자에게서도 질환의 원인이 되는 베타아밀로이드가 뇌에 축적되어 있는 것을 비침습적인 영상으로 확인하여 조기에 진단이 가능하게 하여 환자의 남은 삶의 질을 향상시킬 수 있습니다. 아밀로이드 PET/CT는 높은 신뢰도(영상 결과와 부검을 비교하여 민감도 91%, 특이도 90%가 확인)를 보이며 금식 없이, 방사성의약품을 정맥 주사 90분 후 약 20분간 촬영하면 되는 매우 간단하고 편리한 검사입니다. 

 

 

 

 

 알츠하이머 외 PET/CT를 통해 진단할 수 있는 질환

[그림 2]는 76세 여자(A, B)와 74세 남자 환자(C, D)의 영상으로 두 환자 모두 뇌 MRI에서는 나이에 적당한 정도의 뇌위축 소견 이외에 종양이나, 경색, 출혈, 수두증 등의 다른 특이 소견은 없었습니다. 베타아밀로이드 PET/CT 영상에서 76세 여자환자는 단면 (A) 및 측면 영상(B)에서 백색질의 정상적인 섭취 이외에 회색질에는 병적인 섭취증가가 보이지 않으므로 환자의 인지장애는 알츠하이머로 인한 것이 아니라고 생각되었습니다. 이에 반하여 74세 남자는 단면(C) 및 측면 영상(D)에서 백색질 뿐만 아니라 회색질에서도 높은 강도의 아밀로이드가 축적된 것이 관찰되며, 임상 증상을 참고하여 알츠하이머병의 초기인지장애를 진단할 수 있었습니다.

아밀로이드 PET/CT 검사는 뇌에 아밀로이드가 침착되는 것을 영상으로 확인하는 검사로 알츠하이머병 뿐만 아니라 루이소체 치매를 진단하는데에도 도움이 됩니다. 환자의 증상이나 발병형태가 전형적인 알츠하이머일 때에 확인을 위해 아밀로이드 PET/CT 검사를 할 필요는 없으며, 임상 증상이 애매하거나 너무 이른 나이에 증상이 발생한 경우 등, 비특이적인 양상을 보일 때 알츠하이머병으로 인한 것인지 다른 질환인지 감별이필요할 때 유용한 검사입니다. 다만, [그림 1]에서 나타나듯이 초기부터 아밀로이드가 양성으로 나타나므로, 질환의 중증도를 평가하는데에 어려움이 있고, 이런 경우 뇌기능을 반영하는 FDG PET/CT가 유용하게 쓰입니다.[그림 3] 

 

 

알츠하이머병은 조기 진단이 중요하며, 아밀로이드 PET/CT를 통해 간편하고 정확하게 확인할 수 있습니다. 그러나 인지장애는 환자의 증상과 다른 질환에 의한 신경증상의 유발 가능성을 포함하여 구조적인 질환의 배제, 인지기능의 객관적인 검사 등 여러 가지를 함께 고려하여야 하며, 신경과 및 정신건강의학과에서 전문의 상담이 필요합니다.
   

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PET-CT 검사에 대한 이해

- CT나 MRI 같은 해부학적 영상 필수, 이에 더해 PET는 기능적인 정보를 제공하는 암 진단 최신 장비 -

▇ PET-CT 검사의 원리
PET(양전자 방출 단층 촬영)란 양전자를 방출하는 동위원소가 붙은 의약품을 환자에게 정맥 주사한 후, 이 약품이 전신에 고루 퍼지게 되면 촬영을 하여 질병으로 인한 생화학적 변화를 판단, 질병을 진단하는 최첨단 검사 방법이다. PET-CT란 PET 영상을 보완하기 위해 개발된 것으로 PET에서의 이상 부위를 정확히 국소화시키는데 도움이 되며, PET 영상을 좀 더 선명하게 볼 수 있는 장점이 있다.

검사를 위해서는 양전자를 방출하는 방사성 동위원소(F-18, C-11, N-13 등)가 필요하며, 이 동위원소를 우리 인체를 이루고 있는 물질과 유사한 물질들(포도당, 아미노산 등)과 결합시켜 F-18 FDG(포도당 유사체)나, C-11 Methionine(아미노산 유사체) 같은 방사성의약품을 만드는 과정이 필요하다. 그리고 이렇게 만들어진 방사성의약품을 인체에 주사해 그 분포를 보기 위한 영상 촬영 장비가 필요하다.

가장 많이 사용하는 방사성의약품인 F-18 FDG는 각종 암을 조기 발견하고 암의 병기 설정 및 치료 효과의 판정 등은 물론, 치매 진단 및 간질 병소의 국소화 그리고 심근경색 환자에서 생존 심근의 진단 등에 이용되고 있다. 암세포는 포도당 대사 과정이 정상 세포와는 다르게 당 분해 작용과 당 수송 물질들이 증가되어 있어 포도당의 비정상적인 대사가 일어난다. 이러한 대사의 결과로 암세포는 F-18 FDG를 과다 축적하는 성질을 가지게 되며, 이를 이용해 우리 몸의 암세포를 찾아낸다. F-18 FDG 외에도 여러 종류의 다른 방사성의약품으로 각종 질병을 진단하는데 도움을 받을 수 있다.

▇ F-18 FDG를 통한 PET-CT 검사 전 준비 및 검사 방법
검사 전 적어도 6시간 이상 물 이외의 금식(당분이 든 각종 음료수 및 포도당이 함유된 수액 제재 포함)이 필요하며, 수분 섭취는 충분하게 500㎖~1ℓ 정도 해야 한다. 당뇨병이 있는 경우는 혈당 조절이 잘 되어야 한다. 검사 당일 심한 운동을 하지 않고, 대기 시 보행이나 말을 많이 하지 않도록 자제해야 좋은 검사 결과를 얻을 수 있다.

검사는 방사성의약품을 정맥으로 주사하고, 약 1시간(45~80분) 정도 약품이 전신에 흡수되도록 기다린 후, 촬영을 실시한다. 촬영 시간은 촬영 목적 및 부위에 따라 다르기는 하지만, 20분 내로 촬영할 수 있으며, 최신 장비가 도입됨에 따라 촬영 시간이 더욱 단축되고 있다.

▇ F-18 FDG를 통한 PET-CT 검사의 이용
암으로 진단받은 환자에서 병기 결정에 많은 도움이 되며, 특히 전신을 볼 수 있어 다른 장기로의 전이를 찾는데 유용하게 사용된다. 또 암의 치료 후 치료 효과 판정 및 재발에 관한 평가 판정의 유용성도 활발히 연구되고 있다. 게다가 악성 림프종 등에서 진단 및 항암 치료에 대한 판정에 효과적인 방법으로 알려져 있다.

암의 진단에 있어 CT나 MRI 같은 해부학적 영상도 반드시 필요하나, PET는 이와는 다르게 기능적인 정보를 제공할 수 있어 비록 해부학적 영상에서 악성 병변이 의심되지 않더라도 PET에서 이상 소견이 발견될 수 있다.

건강 검진이 목적인 경우 폐암, 대장암, 갑상선암 등을 발견하는 데 유용한 검사법으로 인정받고 있으나, 모든 부위의 암을 다 찾아낼 수는 없다. 5mm 이하의 작은 종양이나 전(前)암 단계 발견이 어렵고, 부위에 따라 정확도의 차이가 다르다. 또 암의 종류에 따라 포도당 섭취를 하지 않는 것들이 있어 위암의 경우에는 위내시경 검사를, 간암의 경우에는 간초음파 검사를 같이 시행하는 것이 좋다. 또 전립선암과 자궁경부암 검사에서 반드시 전립선특이항원과 자궁경부세포도말 검사가 같이 시행되어야 하며, 기본적인 혈액 검사, 소변 검사, 대변 검사도 같이 하는 것이 필요하다. 백혈병과 같은 혈액암은 혈액 검사에서 의심을 하게 된다.

PET-CT는 암의 진단 및 추적 관찰에 중요한 역할을 담당하고 있다. PET-CT가 비록 100% 완벽한 검사는 아니라 해도 암의 진단 및 추적 관찰에 있어 이제는 꼭 필요한 검사 중 하나로 자리 잡고 있다.
(▶ 진료문의 : ☎ 620-3070~1)

PET/CT 특집
조인호 핵의학과 / 부교수

Fusion PET은 어떻게 이용될 수 있는가?
우리 의료원은 기존 CT와 결합한 최첨단 Fusion PET을 설치하여, 7월 15일부터 본격적인 진료에 들어가려고 한다.
GE사에서 만든 이 fusion PET은 BGO 크리스탈 양전자 감지장치를 탑재한 PET과 여덟 개의 슬라이스 CT로 이루어진 최첨단 기종으로 손쉽고 안전하게 암 부위의 정확한 영상획득을 가능하게 하여 암의 진단 뿐만 아니라, 치료계획 수립이나 치료효과 판정에 더욱 객관적인 정보를 제공할 수 있으며, 암 환자 이외의 순환기 질환이나 신경계 질환에도 탁월한 효과를 발휘한다.
다음은 fusion PET이 여러 질병에 어떻게 활용될 수 있는지에 대해 간략하게 설명하고자 한다.
1. 암 정복의 첨병으로서의 역할
거의 동시에 촬영된 PET과 CT 영상의 정확한 합성으로 생명을 위협하는 질환을 찾아내어 치료에 필수 불가결한 정보를 보여주는 fusion PET의 영상은 가장 앞선 암 진단 장비로 암 환자의 진단부터 치료에 이르기까지 정확한 정보를 제공하여 임상의사가 최적의 진료로 환자의 암을 완치할 수 있도록 한다.
포도당 유도체인 deoxyglucose에 양전자 방출핵종인 F-18을 붙인 FDG를 사용하여 포도당 대사가 항진되어 있는 암세포를 정확히 찾아내어 암의 조기진단이 가능하게 하며, 이러한 암 세포의 대사상태를 판별함으로써 암이 천천히 자랄 것인지, 아주 빨리 자라는 암인지를 미리 알아낼 수 있다. 물론, 정확한 CT 정보로 병소의 위치와 함께 주위의 해부학적인 구조를 제공한다.
이러한 PET과 CT 영상을 하나로 합성하게 되면, 암 병소의 아주 세세한 변화까지를 알 수 있으므로 임상의사가 최상의 치료계획을 세울 수 있도록 도와준다. 당연히, 암 병소에 대한 정보가 많으면 많을수록, 좀 더 빠르고 정확하게 암의 비밀을 밝혀내어 완치의 가능성을 높여 줄 것이다.
Fusion PET은 어떤 다른 영상검사보다도 일찍 암을 찾아내어 정확히 병소부위를 집어낼 수가 있으며, 다른 검사에서 나타난 이상이 암인지 아닌지를 밝혀준다.
또한, 암 조직이 어떻게 분포되어 있는지, 어디에 있는지, 지금 암 세포의 양이 어느 정도인지를 알 수 있게 하여 수술로 암을 완전히 도려낼 수 있는지, 아니면 항암제나 방사선치료가 먼저 필요한지를 결정하게 한다.
몸 안의 다른 곳에도 암이 가 있는지, 어느 정도로 퍼져 있는지를 찾아내고, 치료 후 발생할 수 있는 암의 재발을 찾아내어 빠른 진료를 통한 암의 완치를 가능하게 할 수 있다.
암은 불치의 병으로 널리 알려져 있으며, 실제로 인류가 암의 정복을 위하여 전 세계 여러나라에서 천문학적인 돈을 암 연구에 쏟아붓고 있지만, 암 정복은 아직 요원하기만 하다.
그러나, 이제는 이러한 암 연구에 대한 성과로 많은 종류의 암 치료에 희망을 가질 수 있게 되었다. 아주 효과적인 많은 진단방법과 치료방법이 생겨난 것이다.
특히 치료에 있어서는 완벽한 치료법이 불가능하다 할지라도 다양한 항암제의 개발과 수술기술의 발달 및 방사선치료의 비약적인 발전으로 인하여 암 치료에 획기적인 전기를 마련하고 있는 것은 주지의 사실이다.
따라서, 이러한 다양한 암 치료를 보다 효과적으로 하기 위하여서는, 어떤 시기에 어떤 치료방법을 선택하느냐가 암 환자의 예후에 결정적인 변수가 될 수도 있게 되었다. 또한 치료효과의 정확하면서도 빠른 판정은 암 환자의 진료에 무엇보다도 중요한 부분이 되고 있으며, 이러한 판정에 가장 우수한 검사가 바로 Fusion PET이다.
항암제 치료 후 효과가 있는지 없는지를 재빨리 판단하여 같은 항암제를 계속하여 사용할 지, 다른 항암제로 바꾸어야 할 지를 결정한다던가, 방사선치료가 잘 되었는지 안 되었는지를 판단하여 암이 다시 커지기 전에 먼저 진료하여 암의 완치를 유도할 수 있도록 도와주는 것 등이다.
아직까지 인류는 암의 완치를 위하여 가야 할 길이 많이 남아 있지만, 분명히 과거와는 다른 성과를 가지고 있다.
fusion PET은 바로 우리가 암 정복을 위하여 개발한 최첨단 무기라고 할 수 있을 것이다.
이전에는 상상하기 힘들었던 PET과 CT를 동시에 시행하여, 한 번의 검사로 머리에서 발끝까지 암 발생부위를 찾아낼 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 해상력으로 mm단위까지 영상분석이 가능하여, 암의 원인연구, 예후판정, 치료방침 결정과 치료효과 판정 등에 사용될 수 있는 획기적인 최첨단 장비로 암환자에게는 fusion PET 영상은 희망의 영상(imaging for hope)라고 할 수 있을 것이다.
암의 진단과 치료에 필수적인 검사인 Fusion PET은 심장혈관 영상에 새로운 지평을 열고 있기도 하다.
현재 우리나라 사람들의 서구화된 식단은 관동맥질환의 유병률과 이로 인한 사망률을 급속히 증가시키고 있다.
물론, 심혈관 질환은 급사의 가장 흔한 원인으로 꼽히고 있기도 하다.
오래 전에 이미 알려진 것처럼 PET은 심혈관 이상을 찾아내는 가장 정확한 검사법이다.
여기에 CT가 더해짐으로 해서 (관동맥혈관 영상을 얻을 수 있다.) 심질환의 진단과 치료에 새로운 지평선을 열 수 있을 것으로 기대하고 있다.
따라서, Fusion PET을 이용하면 심근관류, 심실기능, 심근의 생존능력 등을 알 수 있으면서, 더 나아가 관동맥혈관 촬영이 여기에 더하여져, 머지않아 가장 강력한 성능을 가진 비침습적인 심장영상 검사로 두각을 나타낼 것이다.

PET은 원래 뇌기능 영상에 가장 먼저 적용되어, 암의 진단과 치료에 fusion PET을 적용하기 오래 전인 1970년대부터 뇌의 비밀을 풀기위한 방법으로 PET이 이용되어 왔다. 특히, 최근에 작고한 미국의 레이건 대통령이 앓고 있던 알쯔하이머병으로 인한 치매의 진단과 함께, 간질 발작을 유발시키는 부위를 찾는데 탁월한 기능을 나타낸다. 물론, 뇌종양의 진단과 재발 발견이나, 사고로 인한 뇌 손상의 여부확인 및 정신질환의 진단과 치료효과 판정 등에 사용되고 있다.
PET은 현재 뇌의 신비를 푸는데 이용되는 최첨단 장비로 뇌 수용체의 작용이나, 뇌의 기능이상이 어떻게 생기는지에 대한 연구에 활발히 이용되고 있기도 하다.




사이클로트론센터
PET 검사를 하기 위한 전제조건 중에 하나가 방사성의약품의 생산시설을 갖추는 것이다.
그러나, 양전자 방출핵종을 사용하는 PET 검사의 경우에는 방사성의약품의 반감기가 2시간이 채 되지 않아서, 생산시설이 PET 설치병원 바로 근처에 있어야 한다.
이런 이유로 해서, 이미 수도권 지역에 광범위하게 퍼져있는 PET 센터가 수도권 이외에는 아직 한 곳도 설치되지 않았다.
수도권에는 방사성의약품 생산시설인 사이클로트론 센터가 현재 일곱 개의 병원에 설치되어 많은 양을 생산하고 있지만, 거리의 제약때문에 지금까지 지방병원에서 PET만 설치하여 검사하기에는 불가능하였다.
PET 검사에 사용되는 방사성의약품을 만들기 위해서는 양전자 방출핵종을 생산하는 사이클로트론이 있어야 한다.
미국의 노벨상 수상자인 로렌츠 박사에 의하여 발명된 사이클로트론은 자기장을 걸어 입자를 돌게 하면서 두 전극 사이를 운동시켜 에너지를 올리고, 에너지가 올라감에 따라 나선형 궤도로 입자를 가속시킨 다음, 가속된 입자를 표적에 충돌