DGIST 유재석 교수팀, 기존 해상도 뛰어넘는 초해상도 초음파 영상 기술 개발

DGIST(총장 국양) 로봇공학전공 유재석 교수팀이 美 피츠버그 의과대학과의 공동연구를 통해 초해상도(Super-resolution) 초음파 영상 기술을 개발했다.

개발된 기술은 기존 초음파 영상 기기가 갖던 한계들을 뛰어넘는 기술로 기존 촬영이 불가능했던 병의 진행과정 모니터링이 가능하다. 이 기술은 향후 관련 기술을 의료 분야의 여러 방면으로 응용해 병을 진단하는데 있어 많은 활용이 기대된다.

기존 초음파 영상 기기의 해상도는 ‘음향회절한계’ 회절한계(Diffraction Limit): 어떤 물체를 시각화하기 위해서는 물체의 크기가 시각화되는데 필요한 주파수의 절반 이상이 돼야하는 것을 의미를 벗어날 수 없었다.

관련된 기존의 해상도 향상 연구의 대부분 또한 음향회절한계 범위를 벗어나지 않는 수준에서 이뤄져왔다.

기존 방식은 데이터 취합에만 몇 분씩 소요돼, 응급상황의 경우에는 사용하는데 어려움이 많았다.

유 교수팀의 연구를 통해 개발된 기술은 음향회절한계를 극복하고자 초음파 조영제의 개별 신호를 구분해 위치를 찾아내는 ‘국지화(Localization) 기술’을 이용해 기존보다 4~5배 이상 향상된 해상도 구현에 성공했다.

이번 기술을 활용할 경우 최대 32마이크로미터의 미세혈관의 관찰이 가능해, 기존 기술로 탐지가 가능한 미세혈관 크기인 150~200마이크로미터를 5~6배 정도 뛰어넘었다.

유 교수팀은 천문학에서 주로 사용되던 신호처리 기법인 디컨볼루션(Deconvolution)을 적용해 데이터 수집시간을 기존보다 150배 가까이 줄일 수 있었다.

해상도 개선뿐만 아니라 데이터 수집시간도 단축시킨 유 교수팀의 기술은 향후 일분일초가 급한 응급상황을 포함한 다양한 임상에서의 활용이 가능할 것으로 보인다.

유 교수팀은 이번에 개발한 기술을 이용해 기존 초음파 영상으로는 관찰이 불가능했던 급성신장손상(Acute Kidney Injury)이 만성신장질환(Chronic Kidney Disease)으로 진행되는 경과를 성공적으로 관찰할 수 있었다.

이는 기존의 기기가 갖던 해상도의 한계로 진단이 불가능했던 질병들을 진단하고 치료하는데 활용될 수 있는 가능성을 보여줘 향후 활용 가능성이 기대된다.

로봇공학전공 유재석 교수는 “이번에 개발한 기술은 기존의 초음파 영상기기로는 진단이 불가능했던 병의 진행을 관찰해 그 실효성이 입증됐다”며 “현재 초해상도 영상을 3차원으로 구현할 수 있는 기술을 연구 중으로, 향후 실제 임상에서 사용가능한 기술로 발전시킬 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 신장학 분야 국제 학술지인 ‘Kidney International’에 지난 3월 발표됐다.