수소가 몸 속 질병을 진단한다

머니투데이

오동희 산업1부 선임기자

미래의 궁극적인 에너지로 주목받고 있는 수소는 그 특성으로 인해 의료장비 등에도 활용되고 있다.

우리 몸에 질병이 있는 지의 여부를 알아낼 때 흔히 사용하는 의료장비가 X-레이, 초음파 진단기, CT(단층촬영: Computed Tomography), MRI(자기공명영상 : Magnetic Resonance Imaging) 등이다. 이 가운데 MRI는 우리 몸의 70%를 구성하고 있는 물 속 수소의 특징을 이용해 신체의 이상 유무를 점검하는 장치다.

자기공명영상이란 자석의 뜻을 가진 ‘자기(Magnetic)’와 같이 울린다는 뜻의 ‘공명’을 합친 말로, MRI는 대형 자석이다.

MRI 자석의 힘인 자기장의 세기는 지구 자기장(0.5 가우스)보다 6만배 정도 강한 3만 가우스(3테슬라, 1테슬라가 1만 가우스)다. 일례로 가정 냉장고의 문에는 100가우스 정도의 자석이 들어있어서 문을 여닫는데 쓴다.

MRI의 작동원리는 우리 몸속에 자유분방하게 움직이는 수소에 강한 자기장을 걸면 수소가 자기장에 따라 배열해 세차운동을 하는데, 여기에 고주파인 RF 파(라디오파)를 쏜 후 이 신호를 멈추면 공명한 RF 파를 다시 내놓게 되는데 이를 MRI의 안테나가 수신해 신체정보 데이터를 얻게 되는 방식이다.

수소의 원자핵도 자석의 성질(핵자기)을 띠고 있기 때문에 자기장을 가하면 그 자기장에 따라 정렬했다가 고주파를 맞은 수소가 들뜬 상태가 됐다가 원래의 상태로 돌아가는 과정에서 받아들였던 RF파를 내놓게 되는데, 이 신호를 분석하는 것이다.

필립스사의 7테슬라(7T, 7만 가우스) MRI /사진제공=필립스

3만 가우스 정도의 강한 자기장을 형성하기 위해서는 일반 막대자석이나 말굽자석으로는 어렵고, 전기를 흘려보내면 자석이 되는 전자석을 이용한다.

다만 전자석에 강한 전류를 흘리면 저항으로 인해 열이 발생하기 때문에 열 발생을 막기 위해서는 초전도체가 필요하다. 초전도체는 전선의 온도를 절대온도 0도(섭씨 -273.15도) 근처까지 낮춰 저항을 없애 강한 전류를 흘려도 열이 발생하지 않도록 한다.

이를 위해 액체헬륨(-269도)으로 전자석을 둘러싼 초전도체로 MRI를 만들게 되는 것이다. 자기장이 강하면 강할수록 미세 혈관에 들어 있는 물속의 미량의 수소도 정확하게 움직임을 측정할 수 있다.

그렇다고 MRI가 모든 질병을 찾는 도구는 아니다. 물이 들어있는 몸속의 조직(혈액 등)에는 잘 듣지만, 물이 없는 뼈나 폐 등은 방사선을 이용한 X레이나 CT를 활용하며, 이는 전문의의 추천에 맡기면 된다.