국내 연구팀이 기존의 기술로는 관찰이 힘든 신장 손상의 진행 정도를 관찰하는 데 성공했다. 지금까지 나온 해상도를 뛰어넘는 초해상도 초음파 영상 기술을 개발한 덕분이다.
지금까지의 초음파 영상 기기는 잊어라!
DIGIST 로봇공학 전공 유재석 교수팀이 미국 피츠버그 의과대학과 공동 연구해 초해상도 초음파 영상 기술을 개발했다.
이번에 개발된 기술은 기존 초음파 영상 기기의 한계를 뛰어넘어 촬영이 어려웠던 병의 진행 과정을 모니터링할 수 있는 것으로 알려졌다.
이번 연구는 기존 초음파 영상의 공간 해상도 한계로 여겨지던 음향회절 한계를 극복한 데 성과 의의가 있다. 이 기술이 개발되기 전까지는 초음파 영상 기기의 해상도는 음향회절 한계를 벗어날 수 없었다. 회절 한계(Diffraction Limit)란 어떤 물체의 크기가 시각화하는 데 필요한 주파수의 반 이상이 돼야 하는 것을 의미한다. 해상도 연구의 대부분에서 이 음향회절 한계를 벗어나지 않는 수준에서 진행, 응급 상황이 발생하는 경우 사용하는 데 어려움이 따랐다.
이번에 개발된 기술은 이 음향회절 한계를 넘어 초음파 조영제의 개별 신호를 구분해 위치를 찾아내는 국지화 기술을 이용해 4~5배이상 해상도 구현에 성공했다. 이번 기술을 토대로 최대 32㎛의 미세혈관을 관찰할 수 있다. 이는 기존 기술로 탐지가 가능한 미세혈관 크기인 150~200㎛를 5~6배 정도 뛰어넘는다.
음향회절 한계 극복과 함께 데이터 속도 1초 이내로 줄여
이번 기술 개발로 기존에는 진단할 수 없었던 다양한 질병을 진단하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
특히 죽상동맥경화증으로 인한 동맥 내부 혈관의 맥관 이상 형성 모니터링과 뇌의 동작 구조를 파악하기 위한 실시간 혈류 변화 등 다양한 임상 분야에 활용할 수 있을 것으로 보인다.
고속 초해상도 초음파 영상 기법의 개발은 임상 연구에 수 분이 소요되던 데이터의 속도를 1초 이내로 줄여 임상에 적절하게 적용할 수 있게 됐다는 점이다. 연구팀은 천문학에서 주로 사용하는 디컨볼루션(Deconvolution) 신호처리 기법을 적용해 데이터 수집 시간을 150배 가까이 줄일 수 있었다. 해상도와 함께 데이터 수집 시간을 단축한 연구팀의 기술은 한시가 급한 응급 상황 등 다양한 임상에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 이번에 개발한 기술을 기존의 기술로는 관찰할 수 없었던 급성 신장 손상이 만성 신장 질환으로 진행되는 경과를 성공적으로 관찰해 그 실효성을 확인한 것으로 알려졌다.
유재석 교수는 “이번에 개발한 기술이 기존의 초음파 영상 기기로 진단이 불가능했던 병의 진행을 관찰해 그 실효성이 입증됐다”라며 “초해상도 영상을 3차원으로 구현 가능한 기술을 연구 중이며, 향후 실제 임상에서 사용 가능한 기술로 발전시킬 것”이라고 발했다.
이번 연구 결과는 신장학 분야의 국제 학술지 《키드니 인터내셔널(Kidney International)》 3월 자에 발표됐다.
