방사선 없이 기관지 확인하는 MRI 신기술

방사선 없이 기관지 확인하는 MRI 신기술

소개

MRI는 의료 방사선 피폭의 위험 없이 병변을 평가할 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 특히, 최근 기술 발전으로 인해 흉부 분야에서 MRI의 사용이 급증하고 있습니다. 이 글에서는 방사선 없이 기관지 확인하는 MRI 신기술에 대해 자세히 설명드리겠습니다.

MRI의 장점

MRI는 방사선 피폭의 위험 없이 병변을 평가할 수 있습니다. 이는 특히 임산부나 소아 등의 방사선에 민감한 환자군에对于 매우 중요합니다. MRI는 연조직 대조도가 CT보다 우수하고, 해부학적 정보에 더해 기능적인 정보를 추가로 얻을 수 있습니다.

흉부 MRI의 적응증

흉부 질환의 영상 진단에 있어 가장 많이 사용되는 영상 기법은 흉부 X선 촬영 다음으로는 전산화단층촬영(CT)입니다. 그러나 CT 검사는 의료 방사선 피폭이 수반되기 때문에 임산부나 소아 등의 방사선에 민감한 환자군이나 반복적인 검사가 필요한 환자군에 있어서는 사용에 제한점이 있습니다.

MRI는 이러한 제한점을 극복할 수 있는 기술입니다. MRI는 폐포 내 공기와 폐실질 병변의 높은 대조도로 인해서 폐병변을 감지하기 용이하며, 단면 영상 획득 및 삼차원 영상 재구성이 가능합니다. 또한, MRI는 고전적인 MRI 기법으로는 영상화를 위한 충분한 신호를 얻는 것이 어려웠던 폐의 수소 원자 밀도가 낮고, 공기와 연조직 경계면에서 발생하는 자화율 인공물(susceptibility artifact)로 신호 감소가 빨라 문제가 있었지만, 최근 기술 발전으로 이러한 문제를 해결할 수 있게 되었습니다.

한국형 흉부 MRI 정당성 권고안

한국의 의료 실정에 맞는 흉부 MRI의 적절한 활용과 관련된 지침의 개발이 필요하다는 점을 고려하여, 영상의학회는 한국형 흉부 MRI 정당성 가이드라인을 개발했습니다. 이 권고안은 직업성 폐질환 영상 검사 관련 ACR 지침을 선택하여, 근거기반 임상 영상 가이드라인 수용개작 방법론 절차에 따라 개발되었습니다.

권고안의 내용

1. 전종격동 병변 환자: 비종양성 질환 진단을 위하여 흉부 MRI를 권장합니다.
2. 폐 종괴가 발견된 진폐증 환자: 악성 종양과 진행성거대섬유증의 감별 진단을 위하여 흉부 MRI를 권장합니다.
3. 악성 흉막 중피종 또는 비소세포 폐암 환자: 흉벽, 척추, 횡격막 또는 혈관 침범이 의심되는 경우 흉부 MRI를 권장합니다.
4. 임산부: 임상적으로 폐색전증이 의심되나, 다른 검사가 불충분할 경우 비조영 흉부 MRI 혹은 중등도 또는 저위험군 조영제를 가능한 최소한의 용량으로 사용하여 조영증강 흉부 MRI를 고려할 수 있습니다.
5. 폐첨부 폐암 환자: 근치적 절제술을 고려할 경우 혈관 및 경막 외 공간의 종양 침범을 확인하기 위해 흉부 MRI를 권고합니다.

MRI 기반 CT 영상 생성 기술

MRI만으로도 두개골 열지 않고 초음파 에너지를 뇌의 특정 영역에 전달할 수 있는 경두개 집속 초음파 시술이 가능합니다. 하지만, 두개골을 통과한 초음파 초점이 정확히 뇌 병변에 맺히게 하기 위해서는 MRI만으로 파악되기 힘든 환자의 두개골 정보를 CT를 통해 얻어야만 했습니다. 그러나, 방사선 노출이 불가피한 CT는 검사를 자주 해야하는 환자나 소아·임산부 환자의 경우 안전에 대한 우려가 있었습니다.

이 문제를 해결하기 위해, 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀은 MRI 영상을 기반으로 CT 영상을 생성하는 인공지능 기술을 개발했습니다. 이 기술은 3차원 조건부 적대적 생성 신경망 모델(3D conditional adversarial generative network)을 사용하여, T1 강조 MRI 영상에서 비선형적으로 CT를 변환하는 과정을 학습합니다. 또한, CT 영상의 HU (Hounsfield Unit) 픽셀 변화량 오차를 최소화하는 손실함수를 고안하였으며, Z-점수 정규화, 부분 선형 히스토그램 매칭 정규화와 같은 MRI 영상 신호의 정규화 방법에 따른 합성 CT의 품질 변화를 비교하며 신경망 성능을 최적화했습니다.

결과 및 활용

이 연구진은 초음파를 활용한 모의치료를 통해 인공지능으로 얻은 CT 영상이 임상에 활용이 가능하다는 것을 증명했습니다. 또한, 합성 CT를 이용해 모의 초음파 치료를 시행했을 때, 초음파 초점 간 거리 오차가 1mm 미만, 초음파 음압 오차는 약 3.1%, 초점 부피 유사성은 약 83%인 것을 확인했습니다. 이는 MRI 영상만으로 경두개 집속 초음파 치료 시스템을 시술할 수 있다는 가능성을 보여주었습니다.

향후 연구 방향

KIST 김형민 박사는 "환자들이 방사선 노출에 대한 걱정없이 집속 초음파 치료를 받을 수 있으며, 추가적인 영상 촬영 및 정렬시키는 과정이 생략되어 의료진의 업무 과정이 간소화됨으로써, 시간적·경제적 비용이 절감될 것으로 예상된다."며, "초음파 매개변수 및 변환기에 따른 오류율과 다양한 인체 부위에서 인공지능 CT 적용 가능성을 파악하는 후속 연구를 통해 다양한 치료기술에 적용할 수 있도록 발전시켜갈 계획이다"라고 밝혔습니다.

결론

MRI는 방사선 피폭의 위험 없이 병변을 평가할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 최근 기술 발전으로 인해 흉부 분야에서 MRI의 사용이 급증하고 있습니다. 특히, MRI 기반 CT 영상 생성 기술은 두개골 열지 않고 초음파 에너지를 뇌의 특정 영역에 전달할 수 있는 경두개 집속 초음파 시술을 가능하게 하며, 추가적인 영상 촬영 및 정렬시키는 과정이 생략되어 의료진의 업무 과정이 간소화됨으로써, 시간적·경제적 비용이 절감될 것으로 예상됩니다. 향후 연구에서는 초음파 매개변수 및 변환기에 따른 오류율과 다양한 인체 부위에서 인공지능 CT 적용 가능성을 파악하는 후속 연구를 통해 다양한 치료기술에 적용할 수 있도록 발전시켜갈 계획입니다.

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이 글은 방사선 없이 기관지 확인하는 MRI 신기술에 대해 자세히 설명하였으며, MRI의 장점, 흉부 MRI의 적응증, 한국형 흉부 MRI 정당성 권고안, MRI 기반 CT 영상 생성 기술, 결과 및 활용, 향후 연구 방향에 대해 논의하였습니다. MRI는 의료 방사선 피폭의 위험 없이 병변을 평가할 수 있는 기술로, 다양한 의료 분야에서 중요한 역할을 하며, 앞으로도 발전을 통해 더 많은 혜택을 제공할 것으로 기대됩니다.