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한국의 뇌 영상 기술, 세계 중심이 될 수 있다
김동찬 논설위원(대학교수)  |  channok@naver.com
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승인 2016.09.03  10:49:59

   
▲ 김동찬 논설위원 ⓒ뉴스타운

미국의 뇌과학자 마커스 라이클 박사는 지난 2001년 뇌영상 장비를 통해 사람이 아무런 인지활동을 하지 않을 때 활성화되는 뇌의 특정 부위를 알아낸 후 연구 내용을 정리하여 논문으로 발표했다. 라이클 박사의 논문에서 언급된 그 부위는 생각에 골몰할 경우 오히려 활동이 줄어들기까지 했다. 뇌의 안쪽 전전두엽과 바깥쪽 측두엽, 그리고 두정엽이 바로 그 특정 부위에 해당한다. 이러한 연구는 fMRI(기능적 자기공명영상 : functional Magnetic Resonance Imaging)장비가 있기에 가능했다. 하지만, 최근 뇌영상 기술의 중심이 대한민국으로 옮겨지고 있다.

 ‘널싯(NIRSIT)’이라고 들어보았는가? 한국과학기술원 배현민 교수팀이 개발한 ‘널싯’은 휴대용 근적외선 뇌 영상 장치로서, 근적외선 분광분석기(NearInfraredSpectroscopy: NIRS) 원리를 기반으로 전기공학 분야에서 쓰이는 다양한 방식이 접목된 실시간 뇌 활동 현황을 태블릿PC로 보여 주는 장치다. 널싯은 기존의 고전적 뇌영상 측정 장비의 고질적인 문제를 해결하고 배 교수 연구진의 자체 기술로 개발한 반도체로 공간 해상도와 휴대성을 업그레이드 시켰다. 머리에 작은 헬멧만 쓰면 10초 안에 뇌 활성화 정도를 태블릿PC로 확인이 가능하며, 헬멧에 부착된 레이저와 디텍터가 자기장을 활용, 뇌 세포의 산소화를 파악하는 구조다.

 널싯의 근본 원리인 NIRS는 1977년 Jobsis가 처음 제안한 이래로 현재 여러 생체조직들 가운데 특히 뇌조직의 산소화를 감지하는 측정법으로 널리 활용되고 있다. NIRS는 두가지 주요한 성질을 기본으로 한다. 첫째, 우리 몸의 생체 조직이 근적외선 영역의 파장을 가진 빛을 상대적으로 잘 투과시키며 둘째, 생체 조직에는 산화도의 상태에 따라 빛의 흡수 정도가 달라지는 색 함유 물질인 크로모포어(chromophore)들이 존재한다. 파장의 길이가 700-1,000nm 영역인 근적외선은 상대적으로 높은 조직 투과성을 보여 이 영역의 빛은 조직에 흡수되지 않고 투과되며 투과 거리가 8cm을 넘는다. 이러한 물리적 성질에 근거하여 첨단 광원(light source)과 광 감지기(light sensor)를 이용하여 NIRS가 개발된 것이다.

 NIRS로 측정한 뇌조직 혈류의 역학적 변화와 에너지 상태의 지속적인 관찰 데이터는 여러 질병을 조기에 진단하고 뇌 질환 치료 효과의 판정 및 예측등에 활발히 활용되고 있다. NIRS를 사용하여 현재까지는 측정이 불가능하였던 뇌의 산소화 정도와 혈류역학적 변화를 침상곁에서 지속적으로 관찰할 수 있다. 특히 배현민 교수팀이 개발한 널싯은 자기공명영상(fMRI) 크기의 250분의 1 수준으로 무게가 400g에 불과하고, 모든 선을 없앤 와이어리스(Wireless)로 개발하였으며, 화질은 일반 자기공명영상(MRI) 수준(픽셀당 4×4㎜)을 유지한다. 비슷한 기능의 근적외선 분광분석기(3×3㎝)보다 10배 가까이 선명하다. 장비에 탑재된 전용 반도체는 레이저와 디텍터가 주고 받는 신호를 송출, 제어, 분석한다. 휴대성을 극대화하는 코드분할자원접속(CDMA), 다중안테나(MINO) 방식도 전용 반도체를 적용했다. 전용 반도체를 활용하여 자기장이 어떤 채널을 통과했고 어떤 정보를 주고받는지 파악이 가능하다. 반도체와 SW 알고리즘, 고속 통신 기술이 접목된 융합 기술을 토대로 초소형의 초고화질 영상장비가 국내 기술로 완성한 것이다. 양산 체제에 돌입한 널싯은 올해 하반기에 식약처의 의료기기 허가를 끝낼 예정이며 내년 초부터 연구용 외에 일반 의료기기로 판매를 할 계획이다.

   
▲ 국내 기술로 개발한 뇌 영상 장비 널싯(왼쪽)과 기존의 뇌영상 장비 fMRI(오른쪽) ⓒ뉴스타운

이미 국내 첨단 기술 널싯에 대하여 애플, 구글 등 글로벌 기업의 러브콜이 쏟아지고 있다. 스마트 기기를 활용하여 심장박동 수, 스트레스 지수 등 스마트폰에 탑재된 헬스케어 서비스가 널싯을 활용한다면 뇌 영역까지 확대할 수 있기 때문이다. 그동안 확보가 불가능하다고 생각했던 실시간 뇌 활동 데이터를 널싯을 통해 확보한다면 이와 관련된 의료 서비스의 영역은 무궁무진해 질 수 있다. 헬스케어 업체 뿐만 아니다. 자동차 업체인 아우디 까지 뇌 데이터 분석장비인 널싯 도입을 적극적으로 검토하고 있다. 추후 널싯과 관련 된 뇌영상 분석 및 뇌질환 예방 헬스케어 시장 규모만 100조원 이상이 될 것으로 전망하고 있다. 글로벌 브레인 헬스케어 시장에 우리나라 첨단 뇌영상 기술이 중심 역할을 할 날이 머지 않았다.

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