(자료출처 - http://www.flickr.com/photos/jurvetson/489257240, jurvetson)
기계에 대해 호기심이 많은 아이들은 가끔 대형사고를 치고는 합니다. 시계가 어떻게 움직이는 지 궁금해서 멀쩡한 시계를 분해해보기도 하고 컴퓨터 속이 궁금해서 무턱대고 드라이버를 가지고 분해하기도 하는데요, 결국은 다시 조립하여 정상적으로 작동하지 않아 비싼 기계를 망가뜨리기도 합니다..
사실, 보이지 않는 내부가 궁금한 건 어른들도 마찬가지죠. 기계뿐만 아니라 사람의 몸 속까지도 궁금할 때가 많습니다. 생각지도 않게 어딘가 아플 때 특히 그러하죠! 그래서 이러한 궁금증을 풀기 위해 병원을 찾게 되고, 그 곳에서 의사들은 MRI라는 장비를 통해 환자들의 몸 속 이상여부를 확인합니다. 둥근 원통형의 기계 하나가 사람의 몸 속을 여실히 관찰하고, 이것을 컴퓨터 스크린을 통해 보여준다니. MRI는 정밀하고도 놀라운 기계임에 틀림없습니다.
이처럼 손쉽게 사람 몸 속을 보여주는 MRI는 인간의 질병을 진단하고 고치기 위해 꼭 필요한 존재입니다. 혈액검사나 청진기로는 진단할 수 없는 다양한 질병들을 정밀하게 진찰할 수 있기 때문에 더욱 그러하죠! 게다가 컴퓨터 스크린을 통해 직접 문제의 부위를 정확하게 파악할 수 있어 수술 시에도 많은 도움이 됩니다. 이토록 우리 생활에 밀접하고 꼭 필요한 MRI, 과연 작동 원리는 무엇일까요? 오늘은 케미칼 스토리에서 그 궁금증을 해결해 드리도록 하겠습니다.
어린 시절에 팽이를 돌려 보신적 있나요? 팽이를 돌리게 되면 팽이가 빙글빙글 돌아가게 되는데요, 처음에는 빠른 속도로 잘 돌다가 나중에는 결국 휘청휘청거리면서 결국 도는 것을 멈추게 됩니다. 이렇게 팽이 휘청휘청거릴 때 잘 보시게 되면 팽이가 돌던 축이 빙글빙글 돌아가고 있는데요, 물리학에서는 이렇게 회전하는 축이 빙글빙글 돌아가는 것을 세차운동이라고 부르고 있습니다.
이러한 세차운동은 빙글빙글 돌아가는 물체에서 나타나는 현상입니다. 팽이뿐만 아니라 지구처럼 큰 행성도 이와 같은 현상이 나타나죠! 그런데 이보다 더 작은 원자도 팽이처럼 빙글빙글 돌고 있는데요, 방향은 제 각각이지만 다들 세차운동을 하면서 빙글빙글 돌고 있습니다. 그런데 여기에 자기장을 걸어주면 각각 다른 방향으로 돌던 원자들이 두 방향으로만, 즉 서로의 정 반대로 돕니다. 이것이 바로 우리가 흔히 말하는 공명이라 것입니다. 각각 돌고 있는 원자들에게 라디오 주파수와 같은 고주파를 쏘아 도는 방향을 휘리릭~ 바꾸는 것이죠!
이와 같이 원자들의 회전 방향을 바꾸는 공명 현상을 이용해 만든 것이 MRI입니다. 이는 원자들 중 우리 몸 속에 많이 존재하는 수소원자들에 고주파를 쏘아 원자들의 세차운동이 바뀌는 것을 측정하여서 영상으로 보여줍니다. 이처럼 자기장과 공명, 그리고 영상으로 보여준다고 하여 MRI, 즉 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging)라고 부르는 것입니다.
그런데 모든 수소원자들이 같은 주파수의 고주파를 똑같이 흡수하는 것이 아니랍니다. 수소 원자가 있는 분자에 따라, 혹은 위치에 따라 잘 흡수하는 곳과 흡수하지 못하는 부분이 드러나는데, 이것이 스크린 상에서 명암으로 표현됩니다. 이 명암의 차이를 이용해 장기가 있는 곳과 없는 곳이 나타나는 것이죠. MRI는 이 명암의 차이가 2차원 적인 단면이 아닌, 3차원 입체로 확인할 수 있어 사실적인 형태로 질병을 진단하는 데에 큰 도움을 주고 있습니다.
몸 속을 훤히 보여주고 질병까지 알 수 있게 해주는 MRI. 그런데 MRI처럼 병원에는 몸 속을 볼 수 있는 또 다른 장비들이 있죠? 바로 X-ray촬영 장비와 CT인데요~ 물론 이 장비들도 병원에서 쉽게 사용되고 있고 또 MRI보다 저렴할 뿐, 내부를 들여다보는 장비이기 때문에 ‘대체 어떤 부분에서 MRI와 다른거지?’라는 의문이 들기 마련입니다.
엑스레이(X-ray)는 말 그대로 ‘X-ray’라는 빛을 이용해서 몸 속을 구석구석 보여주는 장비입니다. 우리가 볼 수 있는 빛은 가시광선이라고 하고 이보다 큰 에너지를 갖는 빛은 자외선이라고 하는데요~ 이 자외선보다 더 큰 에너지를 갖는 빛 중에 하나가 X-ray입니다. 큰 에너지를 갖는 빛이기 때문에 다른 물질을 보다 잘 통과는 성질을 갖고 있죠. 그래서 X-ray라는 빛을 통해 우리 몸 내부를 관찰할 수 있는 것이죠. 하지만 이 빛이 모두 동일하게 통과하는 것은 아닙니다. 뼈와 같이 아주 조밀하게 되어있는 경우 X-ray가 통과 하기 어렵고 반대로 세포로 이루어져 있는 곳은 생각보다 쉽게 통과합니다. 그래서 골절이나 뼈에 금이 가서 X-ray 촬영을 하면 뼈가 있는 부분은 하얗게 나오고 나머지 부분은 어둡게 나오는 것이죠. 이 원리를 통해 몸 속의 골절 부분을 찾는 데에 엑스레이(X-ray)가 많이 이용되는 것이랍니다.
CT는 이보다 더 정밀하게 몸 속을 볼 수 있도록 해줍니다. 엑스레이 촬영 장비가 신체 내부의 뼈를 볼 수 있도록 되어 있다면, CT는 엑스레이가 잘 통과하는 내부 장기까지 볼 수 있도록 되어 있습니다. 게다가 엑스레이가 단면만 볼 수 있는 점과 달리 CT는 MRI처럼 몸의 360도 어느 부위라도 촬영할 수 있고 이를 이용해 3차원으로 만들 수도 있는 장비입니다.
그런데 엑스레이 장비와 CT의 한 가지 단점은 강한 에너지를 갖는 X-ray가 몸을 투과하기 때문에 몸에 안 좋은 영향을 줄 수 있다는 점입니다. 그렇지만 지금까지의 연구로는 자주 사용하지만 않으면 크게 문제가 없다고 하니 너무 걱정하지는 마세요!
(자료출처 - http://www.flickr.com/photos/philandpam/223015379, Phil and Pam)
실제로 MRI 촬영에 들어가게 되면 촬영 전에 주사를 맞게 됩니다. 아직 병도 모르는 데 벌써 약을 주는 거냐고요? 아닙니다.^^ 이것은 바로 조영제입니다. MRI가 아무리 뛰어난 장비라고 하지만 세상에서 제일 복잡한 것이 사람의 몸 속인지라 보다 자세히 관찰하기 위해 조영제를 투입하는 것이죠!
조영제를 혈관을 통해 넣어주면 혈액과 함께 몸 속을 구석구석 돌아다니게 됩니다. 그 후에 MRI를 촬영하게 되면 조영제가 없을 때보다 더욱 선명하게 혈관이나 장기들을 볼 수 있게 됩니다. 이것은 바로 조영제가 고주파를 더욱 많이 흡수하거나 혹은 흡수하지 않아서 명함을 확실하게 보여주는 역할을 하기 때문입니다. 이 때문에 조영제가 있을 경우 더욱더 선명한 영상을 얻을 수 있는 것입니다.
이러한 조영제에 사용되는 물질은 여러 종류가 있지만, 최근에는 눈에 보이지 않을 만큼 매우 작다는 ‘나노 사이즈’로 조영제를 만들고 있다 합니다. 바로 한화케미칼에서 말이죠^^ 산화철를 이용해 나노 사이즈 조영제를 만들 경우, 기존의 조영제보다 훨씬 더 미세한 곳까지 조영제가 이동할 수 있어 기존의 조영제는 볼 수 없었던 곳까지 볼 수 있다고 하니~ 빨리 완성되어서 사용될 날이 왔으면 하네요.
지금까지 내 몸을 구석구석 보여주는 MRI의 이모저모에 대해서 알아보았습니다. 약간은 복잡하고 어렵지만 MRI가 있어 인간의 질병을 빠르게 진단할 수 있다니, 얼마나 놀라운 장비인지 느껴지시나요? 물론 먼 미래에는 MRI보다 더욱 진화된 초정밀 장비가 개발될지도 모르죠~ 하지만 저희 한화케미칼 연구진은 현재의 MRI 조영제를 한 단계 업그레이드 시켰듯, 미래의 우리 생활에 꼭 필요한 제품을 만들기 위해 항상 노력할 것입니다.
- 참고문헌 –
한화케미칼 http://hcc.hanwha.co.kr
한화케미칼 블로그 http://www.chemidream.com/
MRI (Magnetic Resonance Imaging), California pacific medical center
MRI (Magnetic Resonance Imaging), https://www.healthinfotranslations.org/pdfDocs/MRI_KOR.pdf
컴퓨터단층촬영(CT) 기술 동향, 이정원, 이수열, 유동훈
조영제 기술, 연세대학교, http://gttc.gtp.or.kr/admin/100715_2/CT/CT2.pdf
