포스텍, 4중 융합 영상시스템 개발

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광음향과 광간섭으로 동시에 촬영한 쥐 눈 영상
<광음향과 광간섭으로 동시에 촬영한 쥐 눈 영상>

초음파 검사 한 번만으로 안질환, 종양은 물론 몸속 환경을 들여다볼 수 있는 '4중 융합 영상 시스템'이 개발됐다.

포스텍(총장 김무환)은 전기전자공학과IT융합공학과기계공학과 김철홍 교수와 박별리 교수, 박정우 시스템생명공학부 통합과정 연구팀이 김형함 IT융합공학과 교수, 정운룡 신소재공학과 교수, 김홍균 경북대 의과대학 교수와 공동연구를 통해 투명 초음파 트랜스듀서를 개발하고 이를 활용하여 초음파 영상과 광음향, 광간섭, 형광 영상 시스템이 결합된 4중 융합 영상 시스템을 세계 최초로 구현했다고 9일 밝혔다.

안질환과 종양 등 몸속 환경을 들여다볼 수 있는 4중 융합 영상시스템을 개발한 연구팀. 왼쪽부터 김철홍 교수, 박별리 교수, 박정우 통합과정
<안질환과 종양 등 몸속 환경을 들여다볼 수 있는 4중 융합 영상시스템을 개발한 연구팀. 왼쪽부터 김철홍 교수, 박별리 교수, 박정우 통합과정>

최근 들어 초음파 영상 기기와 레이저를 사용하는 광학 영상 기기를 결합해 다양한 영상과 정보를 얻는 멀티모달(multimodal) 영상기기에 관한 관심이 늘고 있는 추세다. 이 가운데 초음파 트랜스듀서는 초음파를 발생시켜 이미지를 얻는 장치로, 초음파 검사를 할 때 이미지 센서와 같은 역할을 하지만 이 장치가 종래에는 물리적으로 투명하지 않아 레이저를 통과시킬 수 없어 광학 영상기기와 결합하기 어려웠다.

4중융합영상시스템 모식도
<4중융합영상시스템 모식도>

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 레이저가 통과할 수 있는 투명한 초음파 트랜스튜서를 개발했다. 이번에 개발한 투명 초음파 트랜스듀서는 최초로 하나의 영상 시스템에서 초음파, 광음향, 광간섭, 형광의 4중 융합 영상을 얻을 수 있다.

실제 투명 초음파 트랜스듀서가 결합된 4중 융합 영상 시스템을 안과용 영상 진단기기에 접목해 생쥐를 관찰한 결과, 쥐 눈의 생체 내 화학적 화상 및 봉합사로 인한 각막 신생 혈관, 구조적 변화, 백내장, 염증 등 여러 가지 역학적 변화를 종합적으로 확인할 수 있었다.

종양 영상 진단기기로 활용하면 흑색종에 걸린 쥐를 촬영한 결과 조영제 없이 흑생종, 주변 혈관의 산소포화도, 그리고 조직을 다양하게 시각화할 수 있었다. 또 분자 영상이 가능해 유방암에 걸린 쥐에 인체에 무해한 조영제를 주사한 후 다양한 영상을 획득하고 관찰함으로써 유방암도 진단할 수 있었다.

이 연구 결과는 안과 질환이나 종양 영상 진단은 물론 헬스케어나 의료 분야, 모바일, 자동차, 로봇, 비파괴검사 등 초음파와 광학 센서가 쓰이는 다양한 산업 분야에서도 광범위하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

한국연구재단 대학중점연구소, 중견연구자지원사업, 시스템반도체 융합전문인력 육성사업, 포스코, BK21 FOUR 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 세계적 권위지 '미국립과학원회보(PNAS)'에 게재됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com