PET (양전자 단층 촬영)

PET scanner

PET 는 몸속에서 생긴 빛 두 줄기로 어떻게 사진을 그릴까요?

무슨 일이 일어났나

PET 검사에 쓰는 방사성 추적자는 붕괴하면서 양전자(전자의 반물질 짝)라는 작은 입자를 냅니다(NIBIB).

양전자는 몸속 전자와 만나 둘이 함께 사라지고(쌍소멸), 그때 감마선 광자 두 개가 동시에 서로 반대쪽으로 나갑니다(NIBIB). 시뮬레이터에서 광자 하나의 에너지는 511 keV(전자의 질량 에너지 mₑc²), 두 광자 사이 각은 180° 입니다.

둘레의 검출기 고리가 두 광자를 «동시에» 잡으면, 쌍소멸은 두 검출기를 잇는 직선 위 어딘가에서 일어난 것입니다. 이런 직선을 많이 모아 겹치면 추적자가 많이 모인 곳이 밝게 드러나는데, 시뮬레이터의 오른쪽 그림이 그렇게 쌓입니다.

널리 쓰는 추적자 18FDG 는 1976 년 미국 브룩헤이븐 국립 연구소에서 처음 합성되었고, 그 속 플루오린-18 원자는 110 분이면 절반이 붕괴합니다(BNL). 시뮬레이터가 쓰는 NNDC 반감기는 6.59 ks(109.8 분)입니다.

💡 생활 속 예시

  • 어두운 운동장에서 친구가 양손에 든 손전등을 정반대로 동시에 비추면, 두 불빛이 닿은 벽 두 곳을 이은 줄 위 어딘가에 친구가 서 있다는 것을 알 수 있습니다.
  • 여러 사람이 각자 다른 자리에서 «소리가 난 쪽» 으로 줄을 그으면 줄들이 몰리는 곳이 소리 난 자리인 것처럼, PET 도 수많은 직선이 겹치는 곳을 찾습니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

  • 방사성 추적자 (18FDG 등) — 몸속에 퍼져 붕괴하며 양전자를 냅니다.
  • 검출기 고리 — 환자 둘레를 빙 둘러싸고, 반대쪽으로 나간 감마선 두 개를 잡습니다.
  • 동시 계수 장치 — 두 검출기가 같은 순간에 신호를 받았을 때만 한 사건으로 셉니다.
  • 컴퓨터 — 사건마다 두 검출기를 잇는 직선을 모아 겹쳐 영상으로 그립니다.
  1. 추적자가 붕괴하며 양전자를 냅니다.
  2. 양전자가 가까운 전자와 만나 쌍소멸합니다.
  3. 511 keV 감마선 두 개가 서로 반대쪽으로 날아가 검출기 고리에 닿습니다.
  4. 두 검출기를 잇는 직선을 수없이 겹쳐 추적자가 모인 곳을 그림으로 만듭니다.

확인된 값

PET 추적자(방사성 표지)가 붕괴하며 양전자를 낸다
positron emission 출처
양전자가 몸속 전자와 만나 함께 사라진다(쌍소멸)
annihilation 출처
그때 감마선 광자 두 개가 동시에 서로 반대쪽으로 나간다 — 검출기가 이 둘을 잰다
two gamma photons, opposite directions 출처
PET 추적자 18FDG 를 처음 합성한 해 — 미국 브룩헤이븐 국립 연구소
1976 출처
플루오린-18 원자 절반이 붕괴하는 시간 — 110 분
6600 s 출처
해마다 하는 18FDG PET 촬영 수 — 150 만 번 넘게
1500000 회 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-02]
  • 잉글랜드 · KS4 Physics: Atomic structure

출처

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