GIST, 초전도체 코일 활용 휴먼스케일 MPI 개발…"맞춤형 뇌 질환 치료 기대"

윤정원 교수팀, 소동물 한정해 사용됐던 MPI 휴먼스케일로 개발
말초신경자극 발생 위험↓, 인체 내 표적화 통해 안전 치료 기대

인체에 적용가능한 초전도체 코일 기반 AM-MPI20 장치. ⓒ광주과학기술원

광주과학기술원(GIST)은 자기입자영상(MPI) 장치를 초전도체 코일과 융합해 치료 효과를 극대화할 수 있는 휴먼스케일로 개발했다고 17일 밝혔다.

GIST에 따르면 윤정원 융합기술학제학부 윤정원 교수 연구팀은 기존 전자기코일 대신 초전도체 코일을 활용해 실시간으로 나노입자 분포도를 촬영할 수 있는 '초전도체 코일 기반 휴먼스케일 3차원 MPI 장치'를 개발했다.

해당 장치는 자성나노입자를 추적자로 사용해 사람 뇌 부위 영상에 필요한 높은 경사자기장을 고해상도로 획득할 수 있는 휴먼스케일 MPI 시스템이다.

MPI 기술은 미국·독일·일본 등 일부 기업에 의해 개발돼, 장비가 수십억 원에 판매되고 있는 차세대 의료영상 기술이다. 현재 개발된 휴먼스케일 MPI 장치는 유사한 보어 크기일 경우, 0.5T/m 이하 경사자기장만을 생성할 수 있다. 영상복원 기법 및 자성 나노입자 한계로 인해 인간에게 적용하려면2T/m 이상의 경사자기장이 필요하다.

연구팀은 200㎜ 보어 크기에서 초전도체 코일을 이용해 5배 증대시킨 최대 2.5T/m의 높은 경사자기장으로 고해상도를 유지하면서 인체에 사용 가능한 MPI 시스템을 개발했다.

연구팀이 개발한 진폭변조 MPI 방식은 영상 스캐닝에 필요한 코일과 나노입자에서 신호를 생성하는 여기코일을 구분해 MPI 크기·무게 및 전력 요구사항을 최소화하고 높은 경사자기장을 제공하면서도 말초신경자극(PNS) 발생의 위험을 낮출 수 있다.

연구팀은 NbTi 초전도체를 포함한 전선(구리:NbTi=4.5:1)을 사용해 생성 코일을 제작했다. 초전도체는 전기저항이 0에 가까워 전력 손실을 최소화하고, 전력의 효율성을 크게 높일 수 있다.

또 전체 시야각(wFOV)을 9개 작은 부분 시야각(pFOV)으로 나눠 스캐닝하는 집중코일(Focus coil)을 통해 스캐닝코일의 진폭을 낮춰 퀜칭 발생 가능성을 현저히 낮춤으로써 시스템의 안정성을 확보했다.

윤정원 교수는 “전자기코일의 한계로 인해 휴먼스케일로 확장이 어려운 MPI 기술을 초전도체 기술과 융합 사람에게 사용할 수 있도록 하고, 이는 더 나아가 나노입자의 인체 내 표적화를 통해 안전하게 치료 효과를 극대화할 수 있다”며 “향후 난치성 뇌 질환에 대한 환자 맞춤형 치료법의 획기적 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.