얼마 전 미국항공우주국(NASA)은 누리집을 통해 국제 우주 정거장(ISS)에 설치된 로봇 팔이 지구 어린이의 생명을 구할 '천사의 손' 역할을 하게 될 것이라고 전했다. 캐나다에서 제작해, '캐나다암(Canadarm)'이란 이름이 붙은 이 장비의 쌍둥이 축소 로봇 팔이 조만간 병원 수술실에서 의사를 대신할 예정이기 때문이다. 최근 수술 시험을 무사히 마친 이 작은 로봇 팔은 눈으로 보기 힘든 장기의 미세한 부분이나 손이 닿지 않는 부분을 정확하게 찾아 치료할 수 있다. ISS에서 우주 화물을 나르거나 정비를 돕는 만능 로봇은 언뜻 우리의 삶과는 전혀 상관없어 보인다. 그런데 좀 더 자세히 살펴보면 이러한 첨단 기술은 인류에게 실제로 큰 도움을 주며, 원자력 기술도 이에 포함된다. 오늘은 앞서 생활 속 방사능을 다루며 잠시 소개한 바 있는 '핵의학'을 보다 자세히 만나 보자.

 

△X선 촬영 등으로 몸속 구석구석 살펴

방사선, 방사성 동위 원소 등을 이용해 몸속의 암세포를 찾아 치료한다는 이야기는 이제 더 이상 새롭지 않다. 방사선 등으로 이처럼 여러 질병을 진단하고, 치료하는 것을 전문 용어로는 '핵의학'이라고 한다.

엄마, 아빠는 어릴 적엔 엑스(X)선으로 결핵 등에 걸렸는지 알기 위해 가슴(폐)을 촬영했다. 수십 년이 지난 요즘도 어린이라면 누구나 병원에서 이와 같은 검사를 받는다. X선은 이밖에 겨울철 흔히 일어나는 빙판길이나 스키장 미끄러짐 사고 때 뼈가 부러졌는지를 빨리 알 수 있게 해 준다. 놀라운 점은 이와 같은 핵의학 기술의 역사가 채 100년도 되지 않는다는 것이다. 1930년대 후반 미국과 유럽을 중심으로 처음 등장, 1950년대 들어서면서 큰 발전을 이룬 핵의학은 현재에도 활발한 연구가 진행 중인 학문이라 할 수 있다.

 

△방사선과 방사성 동위 원소로 암을 찾는다

오늘날 핵의학은 질병의 진단과 치료, 두 분분에서 대단히 중요한 역할을 담당한다. 우리 몸속의 나쁜 세포 등을 찾아 어떤 질병에 걸렸는지를 밝히는 진단의 경우, 방사선을 직접 몸에 쏘이거나 작은 알약 등을 사람 몸에 넣어 추적하는 기술이 대표적이다. 이 알약 안에는 아주 적은 양의 방사성 동위 원소가 들어 있다. 앞서 예를 든 X선 촬영은 원자에서 나오는 방사선의 하나인 X선을 사람 몸에 직접 쬐어 영상을 얻는다. X선은 방사선 즉 빛의 성질을 가졌다. 햇빛과 달리 물체를 뚫고 지나가는 능력(투과력)도 지녔다. 단, 피부는 통과하지만 뼈처럼 딱딱한(밀도가 높은) 물체에 부딪히면 튕겨져 나온다. 그래서 뼈가 부러졌거나, 폐에 이상이 있는지를 파악하는 게 가능하다.

 

X선을 돋보기라 할 때, 현미경 역할을 하는 장비도 있다. 흔히 '시티(CT)'라 불리는 '컴퓨터 단층 촬영 장치'와 '엠알아이(MRI)'란 '자기 공명 영상 촬영 장치'다. 이중 CT는 X선을 여러 방향에서 쏘아 우리 몸을 구석구석 살피는 장비다. MRI는 수소의 핵 반응을 이용한 좀 더 복잡한 장치로, 우리 몸을 보다 자세히 촬영할 수 있다. 몸의 약 70%는 물(H2O)로 이뤄져 있다. 물은 다시 산소(O)와 수소(H)로 나뉜다. MRI는 이 가운데 수소의 핵이 반응하는 고주파를 순간적으로 쏜 뒤, 몸 안의 수소 원자핵이 이를 흡수했다가 다시 방출하는 순간의 영상을 보여 주는 장치다. 이를 이용하면, 몸속 혈관의 막힌 곳이나 암 덩어리도 쉽게 찾는다.

 

비교적 최근 나온 'PET'(양전자 단층 촬영 장치)는 주사기로 양전자를 방출하는 방사성 동위 원소가 들어간 약을 환자 몸에 넣은 뒤, 특정 부위를 촬영하여 그 변화를 파악하는 기술이다. 이때 몸속에 들어온 방사성 물질은 암세포나 혈관에 달라붙는 성질을 띤다. 즉, 암세포가 있는 곳에선 방사선 수치가 높게 측정돼 초기 암의 발견에 큰 도움을 준다. 물론 우리 몸에 들어가는 방사성 동위 원소의 양은 아주 적기에 직접적인 피해는 없다.

 

△물질을 분해하는 방사능으로 항암 치료도 가능

각종 진단 장치로 찾아낸 암 덩어리들은 방사선을 이용해 없앨 수도 있다. 방사선은 물질을 분해(이온화)하는 성질을 가졌기에 이런 치료가 가능한 것이다. 쉽게 말해 암세포에 높은 에너지를 가진 방사선을 쏴 성장을 멈추거나 사라지게 하는 것이다. 이 같은 치료에는 X선을 비롯해 감마선, 전자선, 양성자선, 중성자선 등 다양한 방사선이 쓰인다. 현재 널리 알려진 방사선 치료 기기로는 양성자 치료기와 사이버 나이프가 있다. 양성자 치료기는 MRI처럼 수소를 이용한다. 수소의 원자핵 안에 든 양성자선을 아주 빠른 속도로 우리 몸에 쏘아 암세포를 잡는 것. 이때 치료기에서 쏘는 양성자선은 1초에 지구를 4바퀴 반이나 돌 수 있는 엄청난 빠르기를 갖는다. 이를 위해 원통형 가속 장치인 사이클로트론이란 기계가 필요한데, 돌팔매질을 할 때 돌을 매단 끈을 빙빙 돌려 속도를 높이는 원리와 비슷하다. 양성자선이 순식간에 우리 몸속을 통과하면 정상 조직에는 별 영향을 미치지 않는다. 하지만 목적지인 암 부위에는 더 많은 에너지를 쏟아 부을 수 있다. 양성자 치료기는 주로 초기 폐암이나 간암, 전립선암 등의 치료에 효과적이다.

 

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