POSTECH “초음파 한번에 4중 융합 영상 얻는다”

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 전기전자공학과‧IT융합공학과‧기계공학과 김철홍 교수·박별리 박사·시스템생명공학부 통합과정 박정우씨 연구팀과 IT융합공학과 김형함 교수, 신소재공학과 정운룡 교수는 경북대 의과대학 김홍균 교수와 공동연구를 통해 초음파 영상과 광음향, 광간섭, 형광 영상 시스템이 결합된 4중 융합 영상 시스템을 세계 최초로 구현했다. 

이번 연구는 세계적 권위지 ‘미국립과학원회보(PNAS)’에 8일 자에 게재됐다.

최근 들어 초음파 영상 기기와 레이저를 사용하는 광학 영상 기기를 결합해 다양한 영상과 정보를 얻는 멀티모달(multimodal) 영상 기기에 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 영상 기기와 결합하기 상당히 제한적이었다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 레이저가 통과할 수 있는 투명한 초음파 트랜스튜서를 개발했다. 

연구팀이 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 활용할 경우, 흑색종에 걸린 쥐를 촬영한 결과 조영제 없이 흑생종, 주변 혈관의 산소포화도, 그리고 조직을 다양하게 시각화할 수 있었다. 

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.

한편, 이 연구는 한국연구재단 대학중점연구소, 중견연구자지원사업, 시스템반도체 융합전문인력 육성사업, POSCO 그리고 BK21 FOUR의 지원으로 수행됐다.