공간벡터와 전자기 유도, MRI의 원리와 응용

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축소된 뇌·뇌혈관 MRI 건강보험

✔️ 최근 의대증원, 필수의료의 붕괴 등 의료계 관련 이슈들이 국민들의 큰 관심을 받고 있습니다. 이러한 이슈들은 모두 우리나라 의료제도의 핵심이 되는 국민건강보험제도와 큰 관련성이 있습니다. 건강보험 보장률을 높이는 것은 가계의 병원비 부담을 줄일 수 있지만, 환자 본인부담률을 낮추어 과잉진료, 의료쇼핑 등의 부작용이 발생할 수 있고 결국 건강보험 재정은 국민들의 세금으로 유지된다는 점에서 건강보험료 인상 등의 역효과를 낳을 수 있습니다. 따라서 건강보험 적용 항목(급여 항목)은 건강보험의 지속가능성을 고려해 신중하게 논의되어야 합니다.

❗️2017년까지 지속적으로 흑자를 기록하던 건강보험재정이 2018년부터 적자를 기록하기 시작했습니다. 그 원인은 '문재인케어'라 불리는 건강보험 보장성 강화 정책에 따라 급여 대상이 확대되면서 건강보험 지출이 급증하였기 때문입니다.

문재인케어의 핵심이 되었던 항목은 초음파와 MRI의 건강보험 적용이었으며 실제로 이들은 2018년 이후 건강보험 재정 누수의 원인으로 지목되었습니다. 비록 최근 2년간 건강보험 재정이 다시 흑자를 기록하였지만 그간의 적자로 인해 여유 재정인 적립금이 충분하지 않으며 고령화의 가속으로 인해 건강보험 지출이 폭증할 것으로 예상되는 만큼 정부는 '건강보험 지속성 제고 방안'을 통해 재정악화의 원인이 되는 항목들을 손보기 시작하였습니다.

그 중에서도 문재인케어의 핵심이 되는 MRI와 초음파의 급여기준을 축소 및 제한하는 방안을 제시하였고 이는 올해 10월부터 시행되기 시작하였습니다.

* 참고기사
https://www.docdocdoc.co.kr/news/articleView.html?idxno=3007721

10월부터 뇌‧뇌혈관 MRI 검사 건강보험 적용 축소 - 청년의사

오는 10월부터 뇌‧뇌혈관 MRI 검사에 대한 건강보험 적용이 축소된다.보건복지부는 17일 이같은 내용을 담은 ‘요양급여의 적용기준 및 방법에 관한 세부사항’ 고시를 개정했다고 밝혔다. 개정된 고시는 의료 ...

⭐️ 이번 탐구에서 우리는 교과 내용들을 통해 MRI의 원리를 이해하고, 다른 진단법과 비교하였을 때 MRI가 가지는 장점들에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 이러한 탐구와 이해는 미래에 의사로서 MRI가 필요한 상황에 대해 정확한 판단이 가능하게 할 것이며 이는 궁극적으로 건강보험 재정의 건전성을 강화한다는 점에서 책임감 있는 의료인의 자세를 지향하는 것이라 할 수 있습니다.

⭐️ 이번 탐구는 MRI의 원리 설명을 위해 지난 탐구에서 다루었던 NMR의 기본 원리를 보다 심화된 수준에서 설명하고 있습니다. 지난 초전도체와 NMR 탐구를 생략하셨다면 이번 콘텐츠의 이해가 다소 어려울 수 있습니다.

✔️ 최근 필수의료 붕괴의 우려가 더욱 심화되고 있다. 현재 정부에서 시도하는 의대 증원 정책이 얼마나 효과가 있을지는 아무도 알 수 없지만, 분명한 것은 소아청소년과, 외과 등의 전공과 지방 근무를 기피하는 현상에 대한 근본적인 해결책이 함께 고민되어야 한다는 점이다. 지난 수년간 의협을 비롯한 의료 단체들이 주장한 것은 기피과에 대한 수가 조정이었는데, 수가란 건강보험에 적용되어 있는 의료서비스를 제공하였을 때 환자와 건강보험공단으로부터 받는 총액을 의미한다. 따라서 수가의 조정은 건강보험 재정에 영향을 미치게 되는데, 필수의료의 수가를 올리기 위해서는 부적절한 건강보험 지출을 줄이는 것이 선행될 필요가 있다.

지속적으로 흑자를 기록하던 건강보험 재정이 2018년 이후 몇년간 적자를 기록하였고, MRI와 초음파의 건강보험 적용이 그러한 적자의 원인으로 지목받았다. MRI와 초음파 건강보험 적용은 환자들의 본인 부담을 낮추어준다는 점에서 그 취지는 긍정적이지만, 실제로는 해당 의료행위가 필요하지 않은 상황에서까지 무분별하게 사용되며 재정 누수의 원인이 되었다. 미래 의료인을 꿈꾸는 나는 특정 의료 행위들에 대해 이해하고 필요한 상황을 정확히 판단하는 것이 책임감 있는 의료인의 자세라 생각하며 재정 누수의 원인으로 지목된 MRI의 원리와 필요성을 교과 내용과 연계해 탐구해보려 한다.

기하, 공간좌표 + 벡터 = 공간벡터

✔️ 과거 2009 개정 교육과정까지 존재하던 '기하와 벡터' 과목에서는 2차원의 평면벡터에 더해 3차원 공간에서의 공간벡터에 대해서도 다루었으나 2015 개정 교육과정에서 교과명이 '기하'로 바뀌며 공간벡터 단원이 삭제되었습니다.

하지만 2015 개정 교육과정에서도 평면벡터를 통해 벡터가 무엇인지를 배우며, 또한 공간좌표 단원을 통해 x, y, z 축으로 이루어진 3차원 좌표공간에 대해 배우기 때문에, 이러한 두가지 개념을 통합한 공간벡터(=3차원 벡터) 개념 역시 어렵지 않게 이해할 수 있습니다.

❗️공간벡터의 기본적인 개념은 평면벡터와 동일합니다. 크기와 방향을 가지는 양으로서 이때 2차원의 평면이 아닌 3차원의 공간에 표현되는 벡터를 공간벡터라 할 수 있습니다.

공간벡터를 나타내기 위해서는 두가지 서로 다른 공간좌표 시점과 종점이 정의되어야 하며, 이때 벡터의 방향은 시점→종점이 됩니다. 이때 어떤 공간벡터를 평행이동 하여 시점을 원점(0,0,0)으로, 종점을 A(a1,a2,a3) 으로 하였을 때, a1는 벡터의 x성분, a2는 벡터의 y성분, a3는 벡터의 z성분이라 하며, 벡터를 아래와 같이 성분으로 나타낼 수 있습니다.

$\overrightarrow{a}=\ \left(\combi{a}_1,\ \combi{a}_2,\ \combi{a}_3\right)$

→ 이때, 공간벡터의 크기는 선분 OA의 길이와 같으며 이는 아래와 같이 계산할 수 있습니다.

   |a| =OA = √(a1)2+(a2)2+(a3)2

→ 또한, 공간벡터의 연산 역시 평면벡터의 연산과 동일한 방법으로 수행될 수 있습니다.

물리, 전자기 유도

✔️ 통합과학과 물리1에서 배우는 전자기 유도란, 자기장의 변화가 유도전류를 만들어낸다는 것으로, 보다 정확히는 코일을 통과하는 자기 선속이 변화할 때 코일에 전류가 흐르는 현상을 의미합니다.

❗️전자기유도를 활용하는 대표적 예시는 전자기 유도를 이용해 전기에너지를 발생시키는 발전기라 할 수 있습니다. 이외에도 금속 탐지기, 전자기타, 마이크, 무선 충전기 등 전자기 유도 현상은 다양하게 이용되는데 이번 탐구에서는 MRI에서 전자기 유도를 이용해 인체로부터 신호를 얻어내는 과정을 살펴보도록 하겠습니다.

※ 전자기유도에 대한 더 자세한 개념적 설명은 교과서, 부교재를 통해 스스로 정리하시길 바랍니다.

전자기파(Electromagnetic wave)란?

✔️ 전자기파(Electomagnetic wave)란, 전기와 자기의 관계를 잘 나타내는 에너지의 전파 형태라고 이해할 수 있습니다. 전자기파는 전기장과 자기장이 주기적으로 진동(Oscillating)하며 공간을 통해 전파되는 파동이며 이때 진동하는 전기장이 자기장을 생성하며 또한 진동하는 자기장이 전기장을 생성합니다.

우리는 오른손 법칙, 왼손 법칙 등으로 전기와 자기의 관계가 수직함을 배웠습니다. 마찬가지로 전자기파에서도 전기장과 자기장은 서로 수직한 관계를 가지며 또한 둘 모두 전파 방향과 수직하고 있습니다.

❗️전자기파는 파동의 형태이며 따라서 파동을 정의하는 물리량(파장, 주파수 등)을 가집니다. 파장이 짧을 수록 파동이 가지는 에너지가 커지며, 반대로 파장이 길어질수록 파동 에너지가 작아집니다. 전자기파 중 우리가 눈으로 볼 수 있는 파장의 전자기파가 바로 '빛', '가시광선'에 해당하며 자외선, 적외선, X선, 마이크로파, 라디오파 등 역시 각각의 고유한 파장 범위의 전자기파에 해당합니다.

전자기파와 원자의 상호작용은 두가지 측면에서 생각해볼 수 있습니다. ① 첫 번째로 전자기파가 가진 파동의 에너지가 원자(전자 혹은 원자핵)에 의해 흡수될 수 있습니다. ② 두 번째로, 전자기파가 형성하는 진동하는 자기장이 원자에 영향을 미칠 수 있습니다.

핵의 세차운동과 Net magnetization 벡터

✔️ 지난 탐구에서 살펴본 것 처럼, 홀수개의 양성자 혹은 중성자를 가지는 1H 혹은 13C와 같은 원자핵들은 스스로 회전하는 '스핀' 현상을 나타내며 이러한 양성자의 운동(전하의 운동)에 의해 원자핵은 작은 자석과 같은 특성을 가지게 됩니다(원형 도선에 전류가 흐를 때 자기장이 형성되는 것과 유사한 원리).

이때 원자핵에 의해 만들어지는 자기장의 방향과 세기를 벡터로 나타낸 것을 '핵자기 모멘트'라고 합니다.

❗️ 오늘 살펴볼 MRI는 인체에 존재하는 1H를 측정하는 것입니다(1H-NMR). 물을 비롯해 우리 몸을 구성하는 대부분의 물질은 H를 풍부하게 가지고 있기 때문에 이는 1H를 측정하는 것이 곧 우리 인체 조직들을 나타내는 것이라 할 수 있습니다.