MRI 검사 문턱 낮아질까… 딥러닝 기술로 운영비 절감

영구 자석 적용 초저자장 MRI
기존보다 적은 비용으로 운영
AI가 영상 데이터 보완 도와

장치 구동에 필요한 자기장의 세기를 대폭 줄여 비용을 절감하면서도 인공지능(AI)을 접목해 양질의 영상을 얻을 수 있는 자기공명영상(MRI) 촬영장치가 개발됐다.

초전도 자석 대신 영구 자석을 사용해 자기장을 만들어 적은 비용으로 장치를 운영할 수 있다는 게 강점이다. 검사 비용이 비싸 문턱이 높았던 MRI의 접근성을 높이는 데 기여할지 주목된다.

자오위자오 홍콩대 교수 연구팀은 자기장의 세기가 약한 상태에서 얻은 MRI를 AI 기술로 보완하는 ‘초저자장 MRI 기기’를 개발하고 연구 결과를 9일(현지 시간) 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

MRI 촬영장치는 강력한 자기장을 인체에 걸어주면 체내 수분을 구성하는 수소의 양성자(원자핵을 구성하는 입자)가 자기장의 영향에 따라 재배열되는 원리를 사용한다. 자기장을 쏘다가 끊었을 때 양성자가 원래 위치로 돌아오는 과정에서 방출되는 신호를 측정해 인체의 특정 부위를 3차원(3D) 영상으로 만든다.

기존 MRI 촬영장치의 운영 비용이 높은 까닭은 강한 자기장을 사용하기 때문이다. 자기장의 세기가 강해야 양성자가 이동할 때 나오는 전기신호를 정확하게 포착할 수 있다. MRI 촬영장치에서 강한 세기의 자기장을 형성하는 데는 초전도 자석이 사용된다. 전기 저항이 0이기 때문에 전류 손실이 없다는 장점이 있지만 자석이 제대로 기능하기 위해선 극저온 상태를 유지해야 한다. 냉각 작업을 위해선 값비싼 액체 헬륨을 계속해서 공급해야 해 이 과정에서 많은 비용이 발생한다.

연구팀은 초전도 자석 대신 영구 자석을 사용한 MRI 촬영장치에 주목했다. 영구 자석은 한 번 얻은 자력을 영구적으로 잃지 않는 자석이다. 자기장을 만드는 데 필요한 에너지양이 1000분의 1에 불과해 발열이 거의 없다. 액체 헬륨을 사용한 냉각 작업이 필요하지 않아 비용을 크게 줄일 수 있다.

문제는 영구 자석의 자기장 세기가 약하다는 것이다. 기존 의료 현장에 사용되는 초전도 자석 MRI 촬영장치는 일반적으로 1.5T(테슬라·자기장의 단위)의 자기장을 형성하는 데 비해 영구 자석 촬영장치는 0.05T의 자기장을 만드는 데 그친다. 연구팀은 약한 자기장으로도 양질의 영상을 얻기 위해 AI로 영상 데이터를 보완하기로 했다.

연구팀이 MRI 촬영장치에 적용한 AI 딥러닝 기술은 얻어낸 영상을 분석해 영상 품질이 좋지 못한 부분을 스스로 보완한다. 손상된 양성자의 전기신호로 인해 영상에 생긴 노이즈를 감지한 뒤 영상을 재구성한다. 기존 초저자장 촬영장치와는 달리 위쪽과 아래쪽에 2개의 영구 자석을 배치해 전기신호 자체를 강화했다.

이렇게 만들어진 촬영장치는 3T 자기장을 이용한 기존 초전도 자석 MRI 촬영장치에서 얻은 영상과 유사한 품질의 영상을 생성했다. 구동에 필요한 에너지도 줄였다. 기존 MRI 촬영장치는 촬영에 2만5000W(와트·1초에 소비하는 전력에너지)를 소모한 반면 이 장치는 1800W만 소비했다. 강한 자기장으로부터 다른 장비를 지키기 위한 별도의 차폐실도 필요하지 않다. 연구팀은 “초저자장 MRI 촬영장치는 소외된 지역사회에서 MRI 접근성을 높일 수 있을 것”이라고 기대했다.

박정연 동아사이언스 기자 hesse@donga.com