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문제 정의
- 우리나라의 경우는 어떤지 다시금 생각하게 하는 대목이다. 본고에서는 국내 MRI 제작 기술이 어느 정도인지 현주소를 대략적으로 파악하고, 차 후 역점을 두고 집중 개발이 필요한 기술이 무엇인지에 대하여 간략하게나마 제안하고자 한다.
- MRI는 종합적인 의료진단 기기로서 여러 가지 목표를 종합적으로 지향해야만 하는 분야이다. 즉 영상획득 고속화, 분해능 및 대조도 증대, High SNR NMR 시그널획득, 인공물저감, Patient Comfort 향상, 안전도 향상, Cost Effective, System 확장성 증대(새로운 융합 및 전문화기기개발) 등을 세부화 하여 분야 별로 집중적인 연구 개발을 목표로 장단기 계획을 수립하는 것이 최우선 과제라고 본다. 이 중 특히 중요한 것은 SNR 향상을 통한 고해상도 MRI 마그넷 개발이다.
후속연구
- 특히 Multi-channel Receive RF Coil 기술, Transmit RF Coil 기술, Gradient Coil 제작기술, Spectrometer 기술, 시퀀스 및 영상기법 기술, 대상에 따른 영상획득 및 처리기술 등은 세계최고 기술 대비 이미 80~90 % 이상의 기술력을 보유하고 있다고 본다. 결과적으로 MRI 생산원가의 60 %를 차지하는 초전도 자석의 국산화가 시급하다고 볼 수 있을 것이며, 이는 차 후 국내 MRI 제조업체들이 외국의 대형 MRI 제조업체들과의 가격경쟁력에 밀려 어려움을 겪는 상황을 막을 수 있을 것으로 본다.
- 이에 따라 고온초전도 NMR/MRI 마그넷의 영구전류모드 운전을 위해서 2세대ReBCO 고온초전도 선재의 초전도 접합 기술 및 장치 개발은 선결되어야 할 과제이다. 다행이도 최근 국내 연구진(고려대학교와 케이조인스)에 의해 세계 최초로 2세대 고온초전도선재의 접합 기술 개발에 성공하였으며, 이 기술로 고자장 NMR/MRI 등 의료장비 뿐만 아니라 초전도 에너지저장장치, 초전도 자기 분리 장치, 초전도 풍력발전기와 같은 친환경 차세대 전력기기 개발에 적용이 가능하게 되어 고온초전도 응용에 지대한 공헌을 할 것으로 본다.
- 아직 저렴한 가격의 고온초전도 선재의 수급에 문제가 있기는 하지만 곧 해결되어야 할 당면과제 임에는 틀림없다. 따라서 뛰어난 전기적/기계적 특성을 갖는 2세계 고온초전도 개발 및 고온초전도 마그넷 기술 개발 관련 연구가 집중적으로 되어야 할 것이다.
- 그러나 성공 시 부가가치는 높으나 초기 투자비용이 높고, 기술 개발에 다양한 공동 연구가 필요하고, 기술적 난이도가 타 기술에 비해 높아 국내 중소/중견기업이 뛰어 들기에는 무리가 따르며 그렇다고 대기업은 관심이 미비한 실정이어서 국내 MRI 연구 개발 및 사업화는 많은 어려움이 있다는 것이 국내 현실이다. 따라서 무역수지 개선, 수입 단가 절감, MRI 촬영 수가 절감 및 수출 증대를 위해서 MRI의 핵심 부품인 초전도 자석의 국산화가 하루 속히 이루어질 수 있도록 국가적인 지원과 정책이 뒤따라야 할 것이다.
- 또한 MRI 활용의 다양성 확대라는 측면을 볼 경우 국내 MRI 제조업체가 GE, 지멘스,필립스, 히다치 등과 같은 거대 외국기업과의 경쟁에서 생존하기 위해서는 외국 기업과 동일 사양의 제품을 가지고는 경쟁에서 이길 수 없다. 따라서 외국 기업들의 관심이 상대적으로 적은 피부과, 정형외과 등의 특정목적에 부합하는 환자 맞춤형 MRI나 수입 과일이나 야채의 내부품질 검사용 MRI 등의 제품의 다양화 및 차별화가 요구되는 기술들을 중심으로 집중적으로 연구개발을 할 필요가 있다고 본다. 특히 MRI는 부가가치가 높고, 기술 난이도가 높기 때문에 GE, 지멘스, 필립스, 히다치, 도시바 등 일부 몇 개 거대 해외 업체에서 기술력과 자본을 무기로 거의 독점하고 있다고 봐도 과언이 아니다.
- 특히 MRI 시스템은 연구 및 제작비용이 크고 기술 진입 장벽이 높을 뿐만 아니라 GE healthcare 및 SIEMENS AG 등 글로벌 선도 기업들의 견제 또한 매우 크기 때문에 시장진입에 어려움이 따른다. 따라서 우리만의 독창적인 기술 확보로 기술적 우위를 점하도록 하기 위해 관련 국내외 주요학술대회 및 세미나에 활발히 참가하여 다양한 자료를 수집, 이를 조사 분석하고 정기적인 미팅을 통하여 최신 정보를 교류하도록 하며, 또한 비정기적인 밀접한 상호교류를 통해 각 기관의 연구결과에 대한 의견을 상시적으로 교류하는 “고자장 MRI 연구교류회(가칭)” 등이 초전도저온공학회 또는 초전도산업협회가 주관되어 조직하는 것이 필요하리라 본다.
- 그러나 고온초전도체는 장선화의 어려움이 있어 고자장 마그넷 제작을 위한 최소 선재길이가 확보되지 못하고 있다. 따라서 저온초전도에 비해 동작온도가 높고, 고온초전도에 비해 장선재 제작의 용이성 및 저렴하다는 장점을 지닌 MgB2 초전도 선재를 이용하여 MRI 마그넷 제작을 위한 집중적인 연구 및 개발이 필요할 것이다. 즉 MgB2 초전도는 Bi2223 초전도보다 90 %이상 제조비용을 줄일 수 있으며, 저온초전도체인 NbTi와 비교하여 제조 비용은 비슷하나, 유지 및 운영비용(액체헬륨(NbTi) 대신 냉동기 (MgB2) 사용 가능)은 크게 낮출 수 있어 MgB2 초전도 선재는 미래초전도 응용기술의 핵심 소재로서 NMR/MRI 등의 초전도 의료기기와 초전도 케이블, 모터, 발전기, 한류기 등 초전도 전력기기 산업에 있어 큰 변혁을 가져올 것으로 예상된다.
- 이외에도 14 T MRI 시스템은 향후 10여 년간 최고의 성능을 가진 연구 장비가 될 것이며 전 세계 유수 연구자들을 모이게 하는 세계적인 뇌연구의 허브역할을 할 것이며, 이는 유럽의 “CERN” 같은 역할 수행이 가능하게 되어 국가과학기술 및 국가 브랜드가 한층 업그레이드 될 것으로 본다. 또한 14 T MRI 시스템 개발 과정에서 습득된 지식과 노하우는 논문, 특허 등의 지적권리를 통한 부가가치를 창출할 수 있으며, 이를 국내 기업을 통해 산업화할 경우 막대한 국부를 창출할 수 있을 것이다.
- 또한 K-Star 프로젝트에 참여한 경험이 있는 현대중공업, 두산중공업, 삼성, 콤텍스, 한울, 고려제강, 포스콘, 대원, 우신, SFA, S&A 등의 기업들과 현재는 다른 기업에 인수, 도산(메디너스, 카이, 아이솔 등) 또는 명맥만 유지하고 있는 AILAB 및 덕성 같은 중소기업 등에서 초전도마그넷을 제작했던 경험 및 각 대학에서 국소적으로 연구하고 있는 MRI 관련 연구진의 노하우가 하나로 결집된다면 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 본다.
- 또한 Whole Body 시스템의 Gradient 크기의 증가로 얻을 수 있는 영상획득고속화(1990년 이전: 1.0~15 mT/m, 2000년 경:~25 mT/m, 2010년 경: ~40 mT/m) 및 고분해능화(1990년 경: 256x256, 2000년경: 512x512, 2010년 경: 1024x1024 이상, 보통 25 cm Diameter ROI기준)를 목표로 하는 연구개발을 집중적으로 시행해야 할 것이다.
- 차후에는 고자장(UHF)을 뛰어넘는 wholBody용 차세대 14 T 급 초고자장(EHF) 마그넷 개발이 필요할 것이며, 이는 곧 MRI 시스템 개발에 있어서 가장 최고의 극한 목표이며 궁극적으로 추구해야 할 Holy Grail이라고 할 수 있겠다. 만약 14 T MRI가 개발된다면 치매를 일으키는 독성 단백질인 베타 아밀로이드나, 치매로 막히는 미세 혈관 등을 훤히 들여다 보는 것이 가능한 0.05 ㎜ 이라는 엄청난 해상도를 이용하여 기존의 어떤 검사로도 불가능했던 치매 등 퇴행성 뇌질환, 뇌졸증등 혈관성 뇌질환, 선천성 대사 질환 등을 조기에 진단 및 치료가 가능하게 되며, 우울증의 진행과정도 영상으로 확인할 수 있게 되는 등 헬스/의료 분야에 있어 새로운 파라다임을 구축하게 될 것이며, 이는 우리나라에서 최초로 노벨상에 탈 수 있는 가장 근접한 연구가 가능해 진다는 것을 의미한다. 이외에도 14 T MRI 시스템은 향후 10여 년간 최고의 성능을 가진 연구 장비가 될 것이며 전 세계 유수 연구자들을 모이게 하는 세계적인 뇌연구의 허브역할을 할 것이며, 이는 유럽의 “CERN” 같은 역할 수행이 가능하게 되어 국가과학기술 및 국가 브랜드가 한층 업그레이드 될 것으로 본다.
- 이외에도 호재는 또 있다. 삼성전자 헬스케어사업은 독립팀 성격의 HME(Healthcare and Medical Equipment) 사업팀이 주관해오다가 최근 국내 1위 초음파 진단기기 제조업체인 메디슨을 인수하여 헬스케어 사업을 본격화하게 되어 차 후 국내 MRI 개발 및 관련 사업에 큰 몫을 담당할 것으로 기대한다.
- 최근 전 세계적으로 국가 프로젝트화를 통한 14 T급 초고자장 MRI 조기 확보를 위해 조심스런 움직임이 포착되고 있는 가운데 국내에서도 초전도 관련 모든 산·학·연 기관들이 보유 기술을 공유하고 다양한 융합 연구 등의 사전 준비 작업을 해야 한다고 본다. 이를 위해 마그넷설계/제작 기술 개발 뿐 만 아니라 14 T 자장 세기에 이용 가능한 초전도 자기장차폐 (Shield)/자장 균일화 (Shimming)/경사 자장 (Gradient)/ 영상화 코일 (Imaging Coil) 등의 하드웨어 설계/제작 기술 및 14 T 용 자기공명 영상 시스템 오퍼레이션을 위한 Imaging 기술, 고해상도, 고화질의 자기공명영상 데이터 획득 및 재구성법 개발 등에 많은 국내 연구자들의 역량을 집약시키는 것이 필요하리라 본다.
- 따라서 상용화를 위한 시장 진입을 위해서는 장기적으로는 추후 주력이 되는 3 T 급 Whole-Body MRI 시스템으로 진입하는 것을 집중 개발목표로 하되 단기적으로는 최근 개발 trend인 전문화(Breast, Cardiac 등) 및 융합(MR-PET, MR-HIFU 등)의 추세를 고려해서 전문화 또는 융합 시스템을 개발하는 것이 합리적이라고 본다. 이를 위해 세부적인 연구 단계를 살펴 볼 경우 단기적으로는 선택된 시스템을 위한 시스템설계 및 integration 기술을 포함하는 Spectrometer, 영상처리, 응용기술 및 영상기법(Sequence) 등을, 중기적으로는 Shimming/Gradient/Imaging/RF 코일 기술 등을, 그리고 장기적으로는 Whole Body용 Superconducting Magnet 등을 집중적으로 개발 할 필요가 있다고 본다.
- 이에 따라 고온초전도 NMR/MRI 마그넷의 영구전류모드 운전을 위해서 2세대ReBCO 고온초전도 선재의 초전도 접합 기술 및 장치 개발은 선결되어야 할 과제이다. 다행이도 최근 국내 연구진(고려대학교와 케이조인스)에 의해 세계 최초로 2세대 고온초전도선재의 접합 기술 개발에 성공하였으며, 이 기술로 고자장 NMR/MRI 등 의료장비 뿐만 아니라 초전도 에너지저장장치, 초전도 자기 분리 장치, 초전도 풍력발전기와 같은 친환경 차세대 전력기기 개발에 적용이 가능하게 되어 고온초전도 응용에 지대한 공헌을 할 것으로 본다.
- 이외에도 14 T MRI 시스템은 향후 10여 년간 최고의 성능을 가진 연구 장비가 될 것이며 전 세계 유수 연구자들을 모이게 하는 세계적인 뇌연구의 허브역할을 할 것이며, 이는 유럽의 “CERN” 같은 역할 수행이 가능하게 되어 국가과학기술 및 국가 브랜드가 한층 업그레이드 될 것으로 본다.
- 따라서 저온초전도에 비해 동작온도가 높고, 고온초전도에 비해 장선재 제작의 용이성 및 저렴하다는 장점을 지닌 MgB2 초전도 선재를 이용하여 MRI 마그넷 제작을 위한 집중적인 연구 및 개발이 필요할 것이다. 즉 MgB2 초전도는 Bi2223 초전도보다 90 %이상 제조비용을 줄일 수 있으며, 저온초전도체인 NbTi와 비교하여 제조 비용은 비슷하나, 유지 및 운영비용(액체헬륨(NbTi) 대신 냉동기 (MgB2) 사용 가능)은 크게 낮출 수 있어 MgB2 초전도 선재는 미래초전도 응용기술의 핵심 소재로서 NMR/MRI 등의 초전도 의료기기와 초전도 케이블, 모터, 발전기, 한류기 등 초전도 전력기기 산업에 있어 큰 변혁을 가져올 것으로 예상된다.
- 차후에는 고자장(UHF)을 뛰어넘는 wholBody용 차세대 14 T 급 초고자장(EHF) 마그넷 개발이 필요할 것이며, 이는 곧 MRI 시스템 개발에 있어서 가장 최고의 극한 목표이며 궁극적으로 추구해야 할 Holy Grail이라고 할 수 있겠다. 만약 14 T MRI가 개발된다면 치매를 일으키는 독성 단백질인 베타 아밀로이드나, 치매로 막히는 미세 혈관 등을 훤히 들여다 보는 것이 가능한 0.
- 초전도 응용기기 산업은 에너지 고갈과 환경오염 문제를 해결할 수 있는 대안으로 전 세계적인 관심이 급증하고 있는 가운데, 초전도 응용시스템 관련 시장 선점을 위해서는 고효율 및 고자장용 저가의 초전도 장선재 개발 및 확보도 필요할 것이다. 그러나 연구개발에서 사업화단계에 이르기까지 고비용과 장시간이 요구되며, 민간주도 개발이 어려운 초전도 응용시스템의 상용화는 선진국과 경쟁하기 위해서는 적극적인 정부의 지원이 절실한 상황이다.
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