피부 접촉 없이 생체 내부 3D 영상 구현 기술 세계 최초 개발

(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 국내 연구진이 레이저와 초음파 원리를 결합해 피부에 기기를 접촉하지 않고도 생체 내부를 선명한 3차원 영상으로 구현하는 데 세계 최초로 성공했다.

광주과학기술원(GIST)은 전기전자컴퓨터공학과 이병하 교수팀이 고려대학교 물리학과 최원식 교수와 공동으로 광학 기반 비접촉식 광음향 단층촬영(PAT) 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 기술은 초음파 센서를 피부에 밀착할 필요 없이 생체 조직 내부를 고해상도로 3차원 영상화할 수 있어 기존 한계를 뛰어넘는 의료 영상 진단 분야의 혁신을 이끌 것으로 기대된다.

광음향 PAT 기술은 짧은 시간의 레이저 빛을 생체 조직에 조사했을 때 빛을 흡수한 부위에서 발생하는 초음파(광음향파)를 감지해 조직 내부를 3차원 영상으로 재구성하는 기술이다.

그러나 기존 PAT는 초음파 센서를 피부에 밀착해 신호를 받기 때문에 센서의 크기나 형태에 따라 적용이 제한되고, 감도·해상도가 저하됐다. 또 화상 부위나 안구처럼 민감한 부위에는 사용하기 어려웠다.

반면 연구팀이 개발한 기술은 초음파 센서를 사용하지 않고 레이저로 조직에서 광음향파를 발생시킨 뒤 생체 표면에 퍼지는 미세한 초음파 파문을 디지털 홀로그래피(Digital Holography)로 감지해 동영상 수준으로 기록하고, 이를 분석해 내부 혈관 구조를 3차원으로 정밀하게 복원할 수 있다.

특히 디지털홀로그래피를 통해 넓은 면을 한 번에 측정, 기존의 점 단위 스캔 방식보다 훨씬 빠른 영상화가 가능해졌다.

연구팀은 이 기술을 활용해 생쥐의 허벅지 혈관과 닭 배아의 융모막 혈관을 3D로 선명하게 촬영해 실제 해부 이미지와 비교했으며 높은 일치도를 확인했다.

이병하 교수는 "이번 연구는 생체에 접촉할 필요 없이 빛만으로 생체 내부에서 발생한 초음파 신호를 넓은 영역에 걸쳐 빠르게 측정할 수 있는 기술을 세계 최초로 구현한데 의미가 있다"며 "뇌혈관 질환이나 종양 진단 등 의료 영상은 물론 반도체 웨이퍼나 원자력 설비 등 산업 전반의 비파괴 검사에도 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이병하 교수의 지도 아래 윤태일 박사과정생이 주도하고, 고학석 박사(KAIST), 임정묘 연구원(GIST), 정의헌 교수(GIST), 최원식 교수(고려대) 등이 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 '포토어쿠스틱스(Photoacoustics)'에 지난 7월 25일 온라인 게재됐다.

kanjoys@news1.kr