미국 메이요클리닉은 가천의과학대 뇌과학연구소 조장희박사팀이 세계에서 최초로 개발한 ‘뇌전용 7.0 테슬러 MRI - HRRT PET 퓨전 시스템’ MRI(7.0T MRI-High Resolution Research Tomography(HRRT) PET)(이하 퓨전시스템)을 도입하겠다는 의사표명과 함께 ‘미래 뇌수술’ 방법에 대해 연구협력키로 했다.

이에 따라 2월15일 가천의과학대 뇌과학연구소에서 연구협정 조인식을 체결했다.

뇌영상 분야에서 독보적인 수준을 갖춘 가천의과학대학은 지난 2005년 미국 하버드대학과도 뇌과학 입체영상시스템에 대한 연구 협정식을 가진 바 있지만, 이번 조인식은 가천의과대학 뇌과학연구소가 전 세계적으로 유일하게 보유하고 있고, 전세계 과학계의 주목을 받고 있는 퓨전시스템이어서 더욱 관심을 끌고 있다.

초고 해상도 뇌 영상 촬영이 가능한 7.0 테슬러 는 전 세계적으로 15대 정도 보급 되어 있고, 초정밀 민감도로 뇌 기능을 측정할 수 있는 HRRT PET는 전 세계적으로 9대 정도 보급됐고, 뇌질환 원인 규명과 치료연구에 쓰이고 있다.

이중에 뇌과학연구소는 아시아에는 유일하게 이들 장비를 보유하고 있으며 전 세계적으로는 유일 무이하게 두 개의 장점을 효과적으로 합친 퓨전시스템을 보유하고 있다.

특히 퓨전시스템은 IT(정보기술)와 BT(바이오기술)를 결합한 복합기술로 대한민국의 위상을 드높이고 미래 신기술로 자리잡을 것으로 기대된다.

- 퓨전 시스템, 미래 지향적 뇌수술에 필수 의료장비

이번 메이요클리닉이 가천의과학대학의 퓨전시스템을 도입하기 원하는 한 이유 중에는 아직까지는 불모지로 여겨지는 뇌분야 연구의 가천의과대학이 핵심 주도권을 가지고 있고, 미래에 이루어질 뇌수술을 위해서는 이 퓨전시스템이 필수적이기 때문이다.

따라서 2월14일부터 20일까지 열리는 공동 심포지엄에서는 미래의 뇌수술의 방법 중 하나인 DBS(Deep Brain Stimulation 뇌심부자극술)에 대한 심층적인 토의가 이루어질 전망이다.

‘미래 지향적인 뇌수술 치료법’은 크게 뇌심부자극술(DBS), 감마 나이프(Gamma knife), 최첨단 복합 영상 수술실(Intraoperative MR-OR) 등 3가지로 분류된다.

뇌심부자극술(Deep Brain Stimulation)은 뇌의 깊숙한 부분에 전기 자극기를 넣어 특정 부위에 전기로 자극을 줌으로써 수술 없이 간편하게 호르몬과 뇌기능을 조절하는 수술 방법이다. 현재 DBS는 파킨슨 환자에게 널리 쓰이고 있으며 더 나아가 우울증, 통증 등 다양한 치료에 응용 되고 있다.

감마 나이프(Gamma Knife)는 스웨덴 렉셀 박사 (Dr. Leksel) 대표적인 무혈수술 방식으로 수술없이 뇌의 종양이나 혈관질환을 깨끗이 치료하는 최첨단 기술이다. 기존의 뇌 종양 치료시 행해야 했던 다량의 방사선 치료와는 다르게 극소량의 방사선을 3차원적으로 한 점에 쏘아서 그 점에서만 암에게 치명전인 방사선치료가 되게 하는 기술이다.

최첨단 복합 영상 뇌수술실(Intraoperative MR-OR)들은 수술실과 영상장비를 한 곳에 합친 수술실로써 의사의 편리함과 정밀도를 도와주는 시스템으로 뇌영상을 실시간으로 촬영해 보다 정밀하고 정확한 수술이 그 즉시 가능하도록 해주는 시스템이다.

MD앤더스 암센터에서도 MRI가 수술실 내에 있고, 실시간으로 대형 화면으로 수술이 점검 되는 BrainSUITE가 개발되었고, 하바드 의대에서는 (Harvard MGH Hospital) MRI와 PET을 동시에 사용 가능한 수술실을 만들기 위한 프로젝트가 진행 되고 있다. 이런 최첨단 복합 영상 뇌수술실들이 전 세계 유명 병원에서 개발되고 늘어나는 것은 뇌 수술을 하는데 있어서 영상장비의 중요성을 보여주는 좋은 예이기도 하다.

이와 같은 미래지향적인 뇌수술들이 가능하려면 실시간으로 뇌 안을 손바닥 보듯이 들여다보며서 치료할 수 있는 영상 장치가 필요하며 수술 후에도 실시간으로 뇌 기능을 검증할 수 있어야 한다. 뇌 수술에는 뇌의 특성상 초정밀도가 요구된다.

이런 추세에 맞춰 뇌수술 방법은 DBS 등 날로 발달해 가고 있으나 뇌를 정확하게 들여다 볼 수 있는 장치가 없어 그동안 뛰어난 치료방법을 개발하고도 그 가치를 극대화시키지 못하고 있는 현실이다. 이는 기본적으로 뇌 속을 초고 해상도로 볼 수 있는 영상 장비가 없기 때문에 일어난 일이다.

예를 들면 DBS의 경우 뇌 속의 중뇌의 일부인 시상밑핵 (subthalamic nucleus, 운동 명령 활동을 조절 하는 핵심 뇌 부분으로 파킨스 환자의 치료 대상 뇌영역으로 알려져 있다.) 부분에 전기장치를 꽂아야 하는데 기존의 1.5T또는 3.0T 수준의 MRI로는 이 뇌 부분을 구분해 볼 수 없다. 이로 인해 현재 7.0T MRI가 없는 곳에서는 수동으로 찾아내거나 간접적인 통계자료로 위치를 가늠하는 정도다.

이 방법들은 수술을 장기화시킬 뿐아니라 정확도 또한 현저히 떨어진다. 따라서 결과적으로 같은 효과를 내기 위해서는 더 많은 영역을 더 강한 전기 자극을 주어서 작동을 시켜야 하는 것이 현실이다.

감마 나이프 역시 현재 0.25mm의 정확도를 가지고 있음에도 불구하고 영상 장치들이 이런 수술을 할만큼 정밀한 해상도를 제공하지 못해 수술능력을 발휘하지 못하고 있는 상황이다. 따라서 뇌전용 HRRT PET -7.0 테슬러 MRI 퓨전 시스템과 같이 초정밀한 영상이 가능하면 뇌수술의 진화를 가지고 올 것으로 예상할 수 있다.

따라서 스웨덴의 Elekta Leksell Gamma knife 회사의 부사장인 Dr. Rolf Kjellstrom가 방문하여, 이 분야에 대한 공동 연구에 대한 논의도 이번 심포지엄에서 이루어질 예정이다.

-새로운 뇌과학 시대를 연다

가천의과학대 뇌과학연구소 조장희박사팀이 개발한 ‘뇌전용 HRRT PET -7.0 테슬러 MRI 퓨전 시스템’은 이런 모든 수술을 가능하게 하는 최첨단 미래지향적인 영상장치다.

뇌 영상뿐만 아니라 기능면에서 전세계에서 유일무이한 장치로 평가 받고 있다. 이 장치는 미래지향적인 수술방법들이 그 진정한 가치를 발휘할 수 있도록 하는 것으로 반드시 갖춰야 할 필수장비라 할 수 있다.

최근 의료영상기술의 발전과 더불어 PET와 MRI 기술이 재조명되고 있으며 ‘뇌전용 7.0 테슬러 MRI - HRRT PET 퓨전 시스템’ 은 제4세대를 대표하는 최첨단 의료영상 장치로, PET의 조기 진단 능력과 MRI의 고해상도 해부학적 영상을 결합했다.

다시 말해 뇌세포의 기능 및 분자 과학적인 변화를 3차원 영상으로 얻을 수 있다. 유전자의 기능과 변화도 알 수 있으며 뇌의 미세구조를 볼 수 있다. 이를 통해 현재는 미리 발견하기 어려운 여러 가지 뇌질환에 대해 조기 진단이 가능하게 된다.

예를 들면 뇌세포의 분자 과학적인 변화를 미리 감지해 냄으로써, 뇌종양의 발병을 미리 차단할 수 있다. PET-MRI 융합시스템의 개발은 암, 알츠하이머나 파킨슨병, 뇌출혈과 같은 질환은 물론 정신분열증, 우울증, 자폐증, 인격 장애 등 뇌신경의 이상으로 발병하는 질병 치료 분야에 새로운 가능성을 열어주고 있다.

지금까지 진단할 수 없었던 많은 질병의 조기 발견은 물론 인류의 꿈인 인간의 인지과학 연구에도 새로은 장을 열 수 있을 것으로도 평가 받고 있다.

환자를 이동식 침대에 눕혀놓고 7.0T MRI로 초고해상도의 뇌영상을 얻어낸 다음 HRRT PET로 초고해상도의 뇌기능검사를 동시에 할 수 있다. 전산실에서는 두 영상을 합쳐 최고의 영상과 뇌기능에 대한 기록이 담겨있는 자료를 연구원과 의료진에게 제공하게 된다.

- 감마나이프 통해 진단 후 치료 가능 시스템도 발표

한편 가천의과학대학 뇌과학연구소 조장희 박사는 이번 심포지움에서 퓨전시스템으로 진단하고 감마나이프로 치료하는 미래지향적 뇌수술 방법에 대해서도 발표할 예정이다.

초정밀 진단에서부터 치료까지 가능하게 하는 시스템은 이번이 세계 최초다. 이 시스템은 연내 추진을 목표로 공동연구에 대한 깊은 논의가 오가고 있다.

초정밀 수술이 가능한 감마나이프의 경우도 영상 장치들이 수술을 할 만큼 의 해상도를 제공을 못해 수술을 제대로 하지 못하고 있는 실정. 하지만 퓨전시스템으로 선명한 영상을 얻어 뇌 질환을 진단하고 정확도를 가진 감마나이프가 그 자리에서 즉시 치료를 하게 된다.

감마나이프의 원리는 암 치료시 방사선을 쏘게 되는데, 이때 부작용으로 암세포 뿐 아니라 방사선이 지나는 모든 정상 세포도 죽을 가능성이 있을 때, 3차원적으로 아주 약한 방사선을 한 점으로 쏘아서, 나머지 모든 영역은 극소량의 방사선만 받고, 한 점만 최대한 방사선이 집중되게 되어, 수술 없이 뇌의 깊숙한 암 세포가 치료가 가능해지는 것이다.

치료의 정확성이 가능해짐에 따라 새로운 분야에 대한 (예, 삼차신경통, 파킨슨씨병, 만성 불치성 통증등) 시도들이 줄을 이을 것으로 보인다.

초정밀 뇌기능 영상(퓨전시스템)을 이용해 진단에서부터 감마나이프를 통해 바로 치료까지 꿈의 ‘정밀 진단-정밀수술’ 시스템이 구축된다.