신경외과학의 역사 - 최근의 획기적 발전1

획기적 발전 - 전산화단층촬영술(Computed tomograpgy, CT)

   현대 신경외과학의 발전에 큰 영향을 끼친 획기적인 발명 또는 발전이 여러 가지 있었는데, 그중의 첫 번째가 전산화단층촬영술(CT)이다. 1960년대 초 미국의 의사 올덴도르프(William H. Oldendorf)는 X선 Beam을 뇌에 투사하여 스캔한 다음 서로 다른 밀도의 조직을 구별해서 볼 수 있는 가능성을 제시하였는데, 영국의 전기공학자 하운스필드(Godfrey N. Hounsfield)가 이 이론에 따라 X선 생성기와 검출기가 피사체를 사이에 두고 쌍으로 회전하여 전 방향에서 영상을 얻은 후, 컴퓨터로 '역 라돈 변환' 계산을 거쳐 횡단면 영상을 얻은 다음 마지막으로 기하학적 처리를 통해 완전한 3차원 영상으로 변환하는 EMI Scanner를 만들었고, J. Ambrose는 이 기계를 사용한 임상실험 성적을 1972년에 발표하였다. 이것으로 최초의 뇌 전산화 단층촬영술이 탄생하게 되었고 공로를 인정받아 하운스필드와 미국의 물리학자 앨런 코맥은 1979년 노벨 생리학·의학상을 수여받았다.

   CT 검사로 인한 인체의 X선 조사량은 두개부 단순 X선 촬영과 비슷한 수준이며, 환자에게 아무런 고통도 주지 않으면서 아주 작은 병소의 위치나 상태를 알 수 있게 되어 두개강내 공간점유성 병소의 진단에서는 어떤 신경방사선 진단법 보다 뛰어나다. 그 결과 종전의 각종 진단법은 더 이상 사용하지 않게 되었고 뇌혈관 조영술조차도 이용빈도가 격감하게 되었다. 이 기술은 처음에는 뇌에만 적용되었으나 전신 전산화 단층촬영술이 개발되면서 척추 및 기타 기관에까지 적용하게 되었다. 

획기적 발전 - 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI)

   1946년 스위스의 물리학자 펠릭스 블로흐(F. Bloch)와 미국의 물리학자 에드워드 밀스 퍼셀(E. M. Purcell)이 핵자기공명현상(Neuclear magnetic resonance phenomenon)을 각각 발표하였으며, 이것은 나중에 핵자기공명 분광법(NMR spectroscopy)으로 발전되어 유기화합물의 분석용으로 사용하게 되었다.

   이 NMR의 원리를 인체에 적용해 보자는 생각은 미국의 화학자 라우터버(Lauterbur)와 맨스필드(Mansfield)등 여러 사람의 연구를 통해 Hinshaw, Worthington 등에 의해서 결실을 맺게 되었고, 'MRI의 아버지'로 불리는 미국의 레이먼드 다마디언(Raymond Damadian)이 1971년 MRI에 대한 특허를 세계 최초로 획득하여 상용화가 시작되었다. 그리고 7년 뒤, MRI 기술을 사용한 손목과 아래팔의 영상이 학회에서 발표되었으며, 이것이 최초의 자기공명영상이다. 자기공명영상은 인체에 해가 없는 자석(Magnet)과 고주파(Radiofrequency)만을 이용하여 신체조직의 원자핵에 핵자기공명 현상을 일으켜 그 원자핵의 밀도 및 물리화학적 특성을 영상화 한 것으로서, 현재의 임상진단에 활용되는 자기공명영상은 인체의 물분자를 구성하는 수소 원자핵의 공명을 이용한 영상이다.

   MRI는 CT에 비해 공간해상력(spatial resolution)과 대조도(contrast)가 모두 뛰어나고 횡단(Axial)영상 뿐만 아니라 관상(Coronal)영상과 시상(Sagittal)영상도 얻을 수 있으며, 체내 병변의 위치뿐만 아니라 악성(malignancy)의 유무도 진단할 수 있다는 장점 때문에 최근에는 중추신경계 질환의 영상진단에서 CT보다 진단적 가치가 더 높다고 평가되어 있고 특히 척수질환에서는 척추CT와 척수조영술이 MRI에 의해 대체되고 있다. 그러나 석회화(calcification)된 병소, 48시간 이내의 급성출혈(acute hemorrhage), 뇌수조(cistern)나 뇌고랑(sulci) 내의 출혈 등은 CT가 변별력이 뛰어나다.

 

획기적 발전 - 양전자 방출 전산화단층촬영술(Positron emission tomography)

 

   1950년대 말에 루크 채프먼, 데이비드 쿨, 로이 에드워즈에 의해 방사성 동위원소 중에서 양전자를 방출하여 음전자 만나 소멸하면서 감마선을 방출하는 원리를 이용하는 PET의 개념이 제안되었다. 그로부터 20여 년이 지난 1972년에 컴퓨터단층촬영술(CT)이 먼저 개발이 되면서, 이를 응용하여 미국 워싱턴 대학교 세인트루이스 의과대학 연구팀이 1975년에 PET을 개발하기에 이르렀다. 연구팀의 일원이었던 호프만(Edward J. Hoffman)은 PET을 이용하여 각종 방사성 동위원소로 표지 된 여러 가지 물질의 양적 변화로서 기능적 이상을 알아낼 수 있게 되어 간질의 병소 확인, 뇌의 각종 기능적 질환의 진단 및 치료에 새로운 길이 열리게 되었다.

   최근에는 암 진단 영역에서 큰 역할을 하고 있으며, 종양에 잘 모이는 방사성 동위원소 의약품을 사용하여 체내에 주입한 뒤 PET 장비로 방출되는 감마선을 감지하여 비정상적으로 강한 신호를 보이는 부분을 찾아내게 되었다. 특히 암세포는 빠른 세포 분열을 위해 세포막 형성, DNA 복제 등 여러가지 이유로 포도당을 다른 조직보다 비정상적으로 많이 섭취하기 때문에 이를 이용하여 방사성 동위원소가 포함된 포도당을 환자에 섭취시키고 PET을 촬영하면 암환자의 전신에 전이 유무까지 진단할 수 있게 되었다.