본문 바로가기 보조메뉴바로가기 대메뉴 바로가기

UST 과학기술연합대학원대학교

본문 시작

속 보이는 과학기술 - 자기공명 영상과학의 세계

  • 조회 : 434
  • 등록일 : 2021-01-02
속 보이는 과학기술 - 자기공명 영상과학의 세계의 대표사진

과학 인사이트

속 보이는 과학기술 - 자기공명 영상과학의 세계

이철현 교수(UST-한국기초과학지원연구원(KBSI)캠퍼스)

사람은 아프면 병원에 간다. 아마도 그래서 극적인 이야기가 필요한 드라마나 영화에서 그럴듯한 반전이나 클라이맥스가 필요할 때, 수술장면이나 의료영상 사진이 흔히 사용된다. 세상에 부모 없는 자식 없고, 핑계 없는 무덤 없으며, 기초과학 없는 기술발전은 없는 법이나. 본고에서 과학 역사의 관점에서 풀어보는 ‘자기공명 영상기술과 연구’에 관한 이야기를 하고 싶다.

자기공명 영상기술은 X선 컴퓨터 단층 촬영과 더불어 인체 내부를 정교하게 볼 수 있어서, 의학기술에서 대단히 중요하다. 몸속과 뇌 속을 맨눈으로 보는 것과는 다르지만, 몸과 뇌의 상태와 현상에 관한 것을 상당 부분 알 수 있게 해 준다. 또, 가성비 좋은 초음파 영상기술이나 방사성 물질을 사용해서 감도가 좋은 양전자 단층촬영 기술도 있지만, 자기공명 영상기술은 비교적 해상도가 좋으며 인체에 무해하고 방향에 상관없이 영상을 얻을 수 있다. 또한 연조직 영상 촬영에 유용하다는 특징이 있다. 인체의 70%인 체액 대부분이 물인데, 이 물을 구성하는 수소의 핵에서 나오는 신호를 분석해서 해부학적 영상과 기능적 영상, 생체반응성 영상들을 얻을 수 있다.

1803년 돌턴의 원자설, 1911년 러더퍼드의 원자모형에 관한 이야기는 너무 멀리 간 이야기이더라도 (1) 자기장 속에서 원자핵이 전자파를 흡수하고(참고 : 1944년, 노벨 물리학상, Isidor Rabi), (2) 분자를 구성하는 수소핵이 상태에 따라서 다른 주파수의 전자파를 흡수하고(참고 : 1952년 노벨 물리학상, Felix Bloch과 Edward Purcell) (3) 그런 현상을 통해 정밀하게 구별된 신호를 통해 분자의 구조를 규명하며(참고 : 1991년 노벨 화학상, Richard R. Ernst, 2002년 노벨 화학상, Kurt Wuthrich) (4) 경사자장을 걸어주면서 분자가 놓여 있는 위치에 따라서 나온 신호를 처리하면 그 위치의 단면 사진을 얻을 수 (참고 : 2003년 노벨 생리의학상, Paul C. Lauterbur와 Sir Peter Mansfield) 있다는 이야기가 오늘날의 의생명 영상기술을 설명한다. 노벨상을 기준으로 물리학, 화학, 생리의학으로 학문이 발전하고 확대된 것이 재미있다.

자기공명 영상에서 가장 중요한 요소는 자기장이다. 원자핵의 쌍극자가 외부 자기장과 반응해서 결정되는 양자상태에 고유한 전자기파를 쏘아줌으로써 영상을 얻을 수 있기 때문이다. 또, 자기장의 세기가 세면 더 고해상도, 더 고화질의 영상을 얻을 수 있어서 지금도 꾸준히 높은 자기장을 추구한다. 현재 세계적으로는 7 테슬라 (tesla, T, 1만 gauss) 급의 자기공명 영상장치(MRI, magnetic resonance imaging)가 임상에서 부분적으로 쓰이며, 3 테슬라와 1.5 테슬라 급의 장치는 일반 병원에서 널리 쓰이고 있다.

현재 우리나라에는 7 테슬라 MRI 3대를 연구에 활용하고 있다. 장치기술 연구, 장치기술을 기반으로 새로운 영상 개념 구현, 뇌기능/인지 관련 영상연구를 수행한다. 장치기술이나 구동기술 등의 도구과학은 당연히 뇌연구, 질병연구, 등의 응용과학 발전의 받침이 된다.

나아가서 기초과학은 이런 장치기술과 구동기술의 받침이 된다는 면에서 드러나지 않은 모퉁이돌이라고 말할 수 있다. 마치 돌턴의 원자설이나 러더퍼드의 원자모형이 이 모든 문명의 시발점인 것과 같다.

7 테슬라 MRI를 활용한 뇌질환 연구를 소개한다. 아래 사진은 정상인 사람과 알츠하이머 환자의 뇌 영상을 비교한 것이다. 환자의 뇌가 줄어들었다. 이러한 해부학적 비교에 더해서, 확산 현상을 이용하거나 화학적 물질의 교환이나 관류 현상 등 많은 물리 현상을 기반으로 하는 특징적인 영상기술(CEST, DTI, Perfusion, 등)을 많이 제안하고 있으며, 특히 7 테슬라 이상의 초고자장에서 특징이 더욱 드러나는 자화 현상을 이용한 기술(QSM, SWI, 등)을 많이 연구하고 있다. 아래에 그 특징적인 영상들을 소개한다.

담당부서 :  
전략기획팀
담당자 :  
문신형
연락처 :  
042-865-2368