“방사선 치료 후 조직 변화 영상으로 진단 가능”

MRI 기반 도전율 영상으로 치료 효과 모니터링 가능성 제시

언론사

입력 : 2021.11.08 09:42

한국원자력의학원 박지혜 박사 연구팀. [사진=한국원자력의학원 제공] 
한국원자력의학원 박지혜 박사 연구팀. [사진=한국원자력의학원 제공] 

[헬스코리아뉴스 / 임도이] 국내 의료진이 자기공명영상(MRI) 기반의 도전율을 이용해 방사선 치료 후 조직 변화를 영상화하여 조기에 모니터링하고 정량화 할 수 있는 가능성을 제시했다. 도전율은 물체에서 전류가 흐르는 정도를 나타내는 물리량으로 인체는 조직을 구성하는 이온들의 농도와 이동도에 따라 생체 내 도전율이 다르게 나타난다.

한국원자력의학원 박지애 박사와 조선대병원 김진웅 교수, 경희대 김형중 박사 공동 연구팀은 쥐를 이용한 동물실험에서 다양한 조사선량(1Gy, 5Gy, 10Gy) 및 시간 경과(조사 후 1일, 2일, 3일, 10일)에 따른 도전율 변화를 도전율 영상으로 관찰하고 측정했다.

쥐의 뇌 조직에 방사선을 쪼인 결과, 방사선 조사선량이 커짐에 따라 도전율이 증가했고, 시간 경과에 따른 도전율은 조사선량 별 평균 1, 2일째에는 증가했고, 10일째에는 감소하는 변화를 확인했다.

방사선 치료는 조직성분의 이온화를 유발하므로 방사선을 쪼인 조직은 그렇지 않은 조직에 비해 이온이 많이 생성되고 이로 인해 도전율이 현저하게 증가하여 자기공명영상(MRI)에서 높은 민감도를 갖는 대조도 정보를 나타낸다.

이번 연구는 지속적인 공동 연구성과를 바탕으로 다양한 조사선량 및 방사선 조사 이후 시간 경과에 따른 조직상태의 변화 정도를 도전율 영상을 통해 정량화하여 도전율 영상이 방사선 치료 효과를 전주기에서 모니터링하는 영상 바이오마커로 응용 가능함을 제시했다는 점에서 의미가 있다.

방사선 치료는 암세포에는 방사선량을 최대화하면서 주변 정상 조직의 손상은 최소화하는 것이 매우 중요하지만, 기존의 방사선 치료 반응을 평가하는 MRI 기법은 민감도가 낮아 방사선 조사에 의한 조직 변화 측정의 정확성이 떨어지는 한계가 있어왔다. 이에따라 방사선 치료 효과를 조기에 정확하게 평가할 수 있는 영상 바이오마커 개발의 필요성이 제기되어 왔다.

연구팀은 2년 전에도 MRI 기반의 도전율 영상을 이용한 방사선 조사 영향 평가 결과를 발표한 바 있으며, 이번 연구는 지속적인 공동 연구성과를 바탕으로 다양한 방사선 조사 조건을 추가해 도전율의 방사선 치료 효과 평가 도구로서의 가능성을 입증한 것이다. 당시 실험 쥐의 뇌에 방사선을 조사한 후 조직변화를 영상으로 보여주는 민감도를 측정한 결과, MRI에서는 최대 20%, 도전율 영상은 최대 250%로 높게 나타났다.

연구팀은 이번 연구 성과를 토대로 방사선 치료 효과의 초기와 후기 지연 반응의 정량화 및 주변 정상 조직의 손상 평가 등을 도전율 영상을 이용해 충분히 검증한 후 실제 암 환자의 방사선 치료 효과를 모니터링 할 수 있는 기술을 구축할 계획이다.

과학기술정보통신부에서 지원하는 ‘기초연구과제지원’ 사업의 일환으로 수행된 이번 연구 성과는 종양학 분야 국제 학술지 ‘캔서스(Cancers)’ 2021년 10월31일자 온라인 판에 게재됐다.

[용어설명]

자기공명영상(MRI: Magnetic Resonance Imaging)

○ 자기공명영상은 인체에 무해하고 연부조직의 영상 대조도가 우수하며 해상도가 좋아 임상에서 질병의 진단을 위한 중요한 영상기법이다. 자기공명영상은 수소 원자핵이 자기장 내에서 자기장과 상호작용하며 특정 주파수의 전자파를 흡수·방출하는 패턴을 측정함으로써 영상을 형성한다. 물의 수소 원자핵인 양성자는 임의적 방향의 스핀을 가지고 있는데, 강력한 자기장에 들어가면 양성자의 스핀 방향이 자기장의 방향을 따라 정렬된다. 이 상태에서 고주파의 전자기 펄스를 걸어주면 수소 원자핵은 전자파의 에너지를 흡수해 자기장의 반대방향으로 스핀을 바꾸게 되고 펄스를 끊으면 역방향 스핀을 가진 수소 원자핵은 원래 상태로 되돌아가는데, 이 때 약한 전자파를 방출한다. 이 전자파를 검출해 전자파가 방출된 수소원자핵의 위치를 추적해 영상화 할 수 있다.

도전율 영상(Electrical Conductivity Imaging)

○ 도전율(導電率, conductivity, S/m)은 물질에서 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 물리량으로 물체의 크기나 모양에 관계없는 고유의 성질이다. 인체는 전기적으로 도체이어서 외부에서 전류를 인가하면 조직을 구성하고 있는 성분에 따라서 흐르는 전류의 양이 달라지게 된다. 도전율 영상은 이와 같은 생체내에서 조직의 전기적 특성인 도전율을 자기공명영상을 통해서 측정하여 영상 대조도로 나타낸 정보이다. 인체의 도전율 분포는 조직을 구성하고 있는 여러 가지 이온들의 농도와 이동도에 의해서 결정되므로 도전율 대조도의 변화는 세포내외에서 이온들의 증감과 이동도의 변화를 의미한다. 일반적으로 수분 함유량이 높은 연부조직들이 뼈, 연골 등의 경부조직에 비해서 도전율 대조도가 높게 나타난다.


헬스코리아뉴스 임도이 admin@hkn24.com

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