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[연구] MRI 크기·무게 절반 이하로 줄이는 기술 개발

전기硏,김석환·조영식 박사팀, 초전도 절연기술 '스마트 인슐레이션'

김세영 기자 입력 : 2019-06-28 16:04  | 수정 : 2019-06-28 16:12

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개발자인 KERI 김석환(왼쪽), 조영식 박사가 스마트 인슐레이션 연구실에서 크기와 무게가 줄어든 초전도 전자석 모형을 들고 포즈를 취하고 있다. 사진=한국전기연구원

 

[헬스앤라이프 김세영 기자] 우리 연구자들이 의료 진단기기인 MRI(자기공명영상)의 크기와 무게를 획기적으로 줄일 수 있는 초전도 절연기술을 개발했다.

 

국내외 다수병원들이 MRI의 부피와 무게로 인해 관리에 많은 어려움을 겪고 있다  KERI가 개발한 기술은 의료계에 많은 관심을 받을 것으로 보인다.

 

주인공은 한국전기연구원(KERI·원장 최규하) 초전도연구센터 김석환·조영식 박사팀.

 

28일 연구원에 따르면 MRI는 인체 부위에 수십만 헤르츠의 고주파 자기장을 송신한 뒤 인체 내부의 수소 원자핵으로부터 발생하는 영상신호를 2차원 혹은 3차원 단면상으로 보여주는 전신용 검사장비다.

 

MRI의 정확한 진단을 위해선 해상도가 가장 중요한데 자기장이 클수록 화질이 좋다. 기존 대부분의 MRI는 강력한 자기장을 만들어내기 위해 ‘초전도 전자석’을 활용한다. 초전도는 금속이나 화합물을 일정 온도 이하로 냉각할 때 전기저항이 소멸해 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 현상이다. 이러한 원리를 활용한 초전도 전자석은 전기저항이 ‘0’이기 때문에 같은 단면적의 구리선과 비교했을 때 훨씬 많은 전류를 흘릴 수 있어 MRI의 성능을 높이는 데 영향을 끼친다.

 

그러나 초전도 전자석에는 치명적인 문제가 있다. 일정 전기량 이상에서 초전도선의 어느 한 부분이 갑자기 초전도 상태를 벗어나 버리는 현상이 발생한다. 이 경우 보통의 금속보다 저항이 더 커지고 결국 발열하면서 타게 된다. 해당 현상은 원인이 명확하게 밝혀지지 않아 해결 방안이 없는 상황이다.

 

현재는 하나의 초전도선이 타는 것을 방지하기 위해 10배 정도 많은 구리를 초전도선에 둘러싸는 방법을 활용한다. 구리는 일종의 보험 역할로 초전도선에 발열이 생기면 전원 차단회로가 동작할 때까지 초전도선 대신 전류를 흘리는 역할을 한다. 하지만 이 방법도 구리의 많은 양 때문에 전체 부피와 무게가 커져서, 정작 자기장의 핵심인 초전도선을 많이 활용할 수 없다는 단점이 있다. 구리의 많은 양은 MRI 장비를 크고 무겁게 하는 주원인이다.

 

스마트 인슐레이션 기술 적용 전, 후 비교 
그림=한국전기연구원

 

KERI 연구팀은 초전도선의 발열 문제를 보완하면서 구리의 양도 획기적으로 줄이는 ‘스마트 인슐레이션(Smart Insulation)’ 기술을 개발했다. 이 기술은 정상 동작 시 일반 절연체와 같이 전기가 새지 않도록 절연 기능을 수행하다가 초전도선의 발열이 시작되면 자동으로 전기의 흐름을 돕는 도전재로 변신해 전류가 선과 선 사이를 건너갈 수 있게 한다.

 

기존에는 1개의 선마다 전류를 감당할 수 있는 많은 양의 구리를 넣어야 했지만 스마트 인슐레이션 기술을 활용하면 발열 발생 시 인근의 선들과 전류를 나눠 감당할 수 있기 때문에 초전도선을 둘러싸는 구리의 양을 대폭 줄일 수 있다. 위험성은 줄이면서도 전류밀도가 높은 초전도 전자석이 탄생할 수 있게 됐다.

 

개발자인 KERI 김석환·조영식 박사는 “MRI에 스마트 인슐레이션 기술을 활용하면 구리의 양을 절반 이하로 줄일 수 있는데 이는 곧 MRI 크기 역시 절반 이하로 줄일 수 있다는 의미”라면서 “병원에서 MRI를 설치할 때 장치의 크기와 무게로 인해 어려움을 겪고 있는데 이번 기술은 MRI의 소형화 및 경량화를 가능하게 할 것”이라고 설명했다.

 

연구팀은 기술이전 및 상용화를 추진하고 있다. 현재 우리나라 포함 5개국 특허를 출원한 상태이며 향후 지속적인 국내외 학회 및 전시회를 통해 기술홍보에 나선다는 계획이다.


ksy1236@healthi.kr

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