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광자 계수 CT는 기존 CT와 대비, 의료영상의 정확도 및 선명도 측면에서 획기적인 개선을 이뤄냈다는 평가를 받으며 업계의 많은 주목을 받고 있다.

이러한 광자 계수 CT의 혁신성과 관련해 지멘스 헬시니어스 스테판 울제이메르(Stefan Ulzheimer) 광자 계수 CT 프로그램 매니저는 "과거 전통적인 CT에서 광자 계수 CT 기술로의 발전은 '흑백 TV'가 'HD 컬러 TV'로 진화한 것으로 비유할 수 있다"고 말했다.

이에 따라 글로벌 의료기기 업체들도 연구개발에 많은 시간을 투자하며 기존 CT의 한계를 뛰어 넘는 광자 계수 CT 실현을 위해 노력하고 있다.

광자 계수 CT는 심장학, 폐학, 신경학 및 종양학에서 임상적으로 유효한 정보를 보강해 진단 및 치료를 향상시킬 것으로 예상되며, 기존에 CT를 사용하던 광범위한 영역에서 의료진의 의사결정에서 필수적인 역할을 할 것으로 보인다.

기존 CT 이미징이 엑스레이 광자를 전기신호로 최종 변환하기 전 가시광선으로 변환하는 중간과정을 거치는 것과 달리, 광자 계수 디텍터는 입력되는 광자들을 전기신호로 직접 변환함으로써 광자 개수를 산출하고 각각의 광자 에너지의 수준을 전달해 개별 입자에서 더 많은 양의 정보를 도출할 수 있다.

광자의 에너지 수준은 엑스레이 빔이 통과한 물질에 대해 정보를 제공하므로, 의료영상을 서로 다른 물질들로 나눌 수 있게 된다. 최대 4가지의 에너지 레벨을 파악하고 컬러를 입혀 시각화할 수 있다. 예를 들어, 다양한 뼈 전이 의료영상에서 과거엔 시각화가 불가능했던 병변 이질성을 보여줄 수 있다.

광자 계수 디텍터의 또 다른 특징은 전자적 노이즈(noise)로부터 진짜 광자신호를 구별해 광자 에너지를 측정하며, 불필요한 노이즈는 완벽 제거함으로써 환자보호를 위해 낮은 엑스레이 방사선만으로 진행하는 검사와 같은 응용분야 등에서 영상품질을 개선할 수 있다.

또 대폭 줄어든 디텍터 픽셀 크기 덕분에 향상된 공간 해상도를 구현한다. 이는 선명한 관상동맥 영상을 필요로 하는 심장 진단 및 방사량을 감소시켜야 하는 질병 예방 및 예후 검사에 유용하다.

이런 가운데 지멘스 헬시니어스의 네오톰 알파(NAEOTOM Alpha)는 반도체 소재 카드뮴텔룰라이드(CdTe)로 제작된 콴타맥스(QuantaMax) 검출기를 탑재해 직접 신호 변환 기술로 최소 선량의 고해상도 CT 영상을 제공한다.

지멘스 헬시니어스의 광자 계수 CT 네오톰 알파(NAEOTOM Alpha)

CdTe로 지원되는 검출기 구조를 통해 고해상도 영상을 더 적은 양의 방사선 및 조영제만으로 구현한다. 특히 3세대 혁신 기능을 통해 ▲ 심장 이미징 재구성(heart imaging reconstruction)을 통한 일관된 고품질 영상 ▲ 심각한 석회화 진행 또는 스텐트 삽입 심장에 대한 향상된 품질의 영상을 제공한다는 점이 강점이다.

네오톰 알파는 검출기 너비 변수에 관계없이 고품질 영상을 일관되게 제공하는 심장 이미징 재구성(heart imaging reconstruction) 기능도 탑재했다.

아울러 기존 장비로 탐지하지 못했던 심장의 세부적인 부분들까지 시각화해 더 많은 환자들을 진단하는 데 사용할 수 있다. 예를 들어 심각한 석회화가 진행된 심장 또는 스텐트가 삽입된 심장까지 확인할 수 있다. 임상 적용 관련, 심장학 외에도 종양학, 신경학 및 호흡기학에 적용돼 안정적인 진단 및 치료 의사결정을 지원할 수 있다.

네오톰 알파는 2021년 출시 후 지금까지 50여만명의 환자 스캔 성과를 거뒀으며 심혈관, 신경혈관, 폐 치료의 수많은 케이스에서 의료진의 확실한 진단 및 치료 의사결정을 지원할 수 있는 잠재력을 입증했다.

지멘스 헬시니어스는 앞으로 10년 간 10억명의 환자를 스캔한다는 목표 하에 더 많은 지역사회에 자사 광자 계수 CT의 최첨단 이미징의 혜택을 제공할 계획이며, 이를 위해 독일 제조시설 확장에 8천만 유로(한화 약 1143억6400만원)를 투자한다는 방침이다.

이와 관련해 지멘스 헬시니어스 토마스 플로어(Thomas Flohr) CT 컨셉 총괄은 "광자 계수 CT는 의사들로 하여금 유용한 임상정보를 기반으로 더욱 이른 질병단계에서 확실하고 정확한 진단을 내리며, 치료 방법을 논의 및 결정할 수 있도록 한다"고 설명했다.

이 외에도 GE헬스케어는 2020년 약 30년 간의 연구 끝에 딥 실리콘(Deep Silicon) 디텍터 기술을 보유한 스웨덴 기업 '프리즈마틱센서(Prismatic Sensors)'를 인수한 후, 스웨덴, 미국 매디슨 위스콘신대, 스탠포드 의대에 임상 테스트 사이트를 구축하며 광자 계수 CT 기술을 최적화하고 있다.

딥 실리콘 기술은 기존 실리콘이 충분한 양의 광자 수를 수용할 수 없었던 도전과제 해결을 위해 실리콘의 가장자리를 위를 향하도록 배치해 높은 에너지의 광자를 수집할 수 있는 깊이를 확보했다. 이뿐 아니라, 초당 수 억 개의 광자 계수 및 에너지 정량화 기술로 정밀한 최적화된 영상을 제공한다.

필립스는 유럽연합(EU)의 재정지원을 받는 전 세계 의료 영상진단, 이미징, 기술 기업 및 대학 컨소시엄의 구성원으로 '분광 광자 계수 CT(Spectral Photon Counting CT, SPCCT)'를 연구하고 있다. 해당 컨소시엄에서 필립스가 기여하는 부분은 디텍터 및 광자 에너지 분해 기술이며, 세계 최초 SPCCT 프로토타입이 프랑스 리옹 대학교 병원에 설치돼 명료한 영상 판독을 돕고 있다.

캐논 메디칼시스템즈는 2021년 현재 전세계 광자 계수 이미징 디텍터 부문 선도 공급 업체인 레드렌 테크놀로지스(Redlen Technologies)를 인수해 고품질의 카드뮴 아연 텔루라이드(CZT) 디텍터 생산 역량을 확보했다. CZT 소재는 더욱 효과적인 광자 계수를 통해 선량효율성을 향상시키는 특성을 지니고 있다.

이와 더불어 디텍터의 활성화 영역을 극대화하는 캐논만의 독자기술 역시 선량효율성을 더욱 높이며, 최적화된 픽셀 사이즈, 빠른 분석 및 정교한 모델링 알고리즘을 통해 노이즈를 감소시키고 영상 해상도를 더욱 높인다.