X선…CT…MRI…물리분야 발견이 의학혁명 몰고왔다

X선, CT, MRI의 공통점은? 모두 병원에서 몸 속을 찍는 ‘몸 사진기’다. 또 모두 노벨상을 받았다.

특히 자기공명영상(MRI)촬영장치는 올해 노벨 생리·의학상과 물리학상을 탄생시켰다. 생리·의학상은 MRI 장비의 개발에 기여한 공로에, 물리학상은 MRI 장비의 핵심부인 초전도체를 이론적으로 규명한 업적에 돌아갔다.

X선이나 컴퓨터단층촬영(CT)은 MRI보다 더 이전의 작품이다. 독일의 빌헬름 뢴트겐은 X선 발견으로 1901년 제1회 노벨 물리학상을 거머쥐었고, CT 개발자들인 미국의 앨런 코맥과 영국의 고드프리 하운스필드는 1979년 생리·의학상을 수상했다.

X선은 뢴트겐이 진공방전관으로 실험하다가 우연히 발견한 것으로 유명하다. 물질을 투과할 수 있고 전기장이나 자기장에도 영향을 받지 않아 당시 그 정체를 알 수 없다는 의미에서 붙인 이름이 바로 X선이다. 사실 X선은 파장이 짧은 전자기파다.

X선 발견 후 뢴트겐이 자기 아내의 손을 찍은 사진을 공개하자 의사들은 X선으로 몸 속을 들여다 볼 수 있겠다는 감을 잡았다. 뼈뿐만 아니라 몸의 각 부분에서 X선이 흡수되는 정도에 따라 내부 장기들의 모습을 알 수 있기 때문이다. 초기에 X선은 골절, 결핵, 폐렴 등을 진단하는 데 쓰였고 제1차 세계대전에서 가슴, 팔, 다리 등에 박힌 총알을 제거하는 데 큰 공로를 세우면서 널리 알려졌다.

CT도 X선을 사용한다. 원자력병원 방사선과 이병희 박사는 “CT는 X선으로 인체를 입체적으로 들여다보는 방법”이라고 말했다. 1960년대 중반 코맥 교수는 처음으로 밀도가 서로 다른 조직의 X선 영상에 관심을 가졌고 CT의 수학적·물리학적 기초를 세웠다. 또 하운스필드 박사는 의학 분야에 쓰일 수 있는 CT 장치를 최초로 만들었다.

CT의 탄생은 전자공학과 컴퓨터의 발달로 가능했다. CT는 인체의 한 단면에 X선을 투과시키면 조직마다 다르게 X선을 흡수한다는 원리다. CT는 인체 주위로 360도 회전시키면서 동시에 김밥을 썰 듯 몸 속 단면을 찍는다.

올해 노벨상의 주인공인 MRI는 자기공명이라는 좀더 복잡한 방법을 이용한다. 고려대 물리학과 조성호 명예교수는 “원자핵자기공명은 자침과 같은 성질을 갖는 원자핵에 자기장을 가해 특정 고주파를 흡수시키는 현상”이라며 “MRI는 몸의 70%를 차지하는 물에 든 수소원자핵(양성자)이 일으키는 자기공명을 이용한다”고 말했다.

인체를 MRI 장치의 강력한 자기장 속에 눕힌 후 수소원자핵만 공명시키는 고주파를 순간적으로 발사하면 조직의 수소원자핵이 고주파를 흡수하고, 고주파를 끊으면 수소원자핵이 다시 고주파를 방출한다. 이 고주파를 받아 영상으로 얻는 것이 바로 MRI다. 인체의 조직마다 세포가 정상인지에 따라 영상이 달라진다.

MRI는 CT에서 제대로 안 나타나는 뼛속과 뼈 주위 조직을 잘 볼 수 있어 뇌나 척수 같은 신경계에서 질병을 진단하는 데 좋다. 또 암이나 염증을 알아내는 데도 MRI가 유리하다. 하지만 MRI는 CT에 비해 촬영 시간이 길어 폐나 위처럼 움직이는 장기를 찍기 힘들다.

전기연구원 차세대초전도응용기술 개발사업단 류강식 단장은 “MRI 장치에 필요한 정도의 강력한 자기장은 초전도체로만 얻을 수 있다”며 “초전도체에는 전기저항이 없어 전류를 많이 흘릴 수 있고 또 그만큼 자기장이 세질 수 있다”고 말했다. 사업단은 MRI용 초전도자석의 개발을 앞두고 있다.

포항공대 임경순 교수(과학사)는 “MRI 장비는 X선처럼 물리 분야에서 시작됐는데 오히려 의학 분야에서 혁명을 일으켰다”고 말했다.

또 올해 노벨 과학상의 결과에 대해 임 교수는 “물리학자가 생리·의학상을 타고 의사들이 화학상을 타는 것을 보면 노벨상에도 퓨전 바람이 불고 있다”며 “전반적으로 장비 개발에 관계된 이론이나 실험에 수여되는 최근 경향을 반영했다”고 평가했다.이충환 동아사이언스기자

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