연구성과

창의 김철홍 교수팀, 혈관수술 등 미세수술 적용 가능한 영상 시스템 기술 개발

2016-10-21366

[창의 김철홍 교수팀, 광음향 및 광간섭 두 가지 영상기술을 수술용 현미경과 결합한 영상 시스템 개발.. 영상 속도 개선한 광음향 현미경 개발에도 성공해]

녹내장이나 백내장과 같은 안과수술, 미세혈관수술, 신경수술과 같은 미세수술에 활용되는 수술용현미경은 이비인후과 수술에 사용된 이래 많은 수술에 활용되어 왔다. 하지만 이 현미경은 환부의 표면을 확대한 영상만 볼 수 있다는 한계가 있었다. 이런 영상을 확대영상 뿐만 아니라 암이나 혈관의 위치 같은 생체정보를 실시간으로 볼 수 있는 새로운 시스템이 김철홍 교수 연구팀에 의해 개발됐다.

김철홍 교수 연구팀은 광음향*¹과 광간섭 영상기술*²을 수술용 현미경과 결합하고 증강현실을 적용해 보다 정밀한 수술을 할 수 있게 돕는 수술용 광음향․광간섭 영상시스템을 개발, Nature의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’를 통해 발표했다.

이 기술을 이용하면 수술을 하는 의사에게 환부의 확대영상을 보여 줄 수 있을 뿐 아니라 표면 아래에 있는 암이나 혈관의 위치, 조직 구조 같은 생체정보를 실시간으로 제공할 수 있게 된다. 또 이 광음향과 광간섭을 통해 촬영한 영상을 현미경 렌즈에 바로 제공해, 의사가 굳이 모니터로 시선을 옮기지 않고도 두 가지 영상을 한꺼번에 볼 수 있어 더욱 정확한 수술이 가능하다.

연구팀은 이 시스템을 이용해 살아있는 쥐의 다리에 있는 피부암 절제술과 암 주위에 바늘을 삽입, 약물을 전달하는 실험을 진행해 향후 실용성을 검증했다.

연구를 주도한 김철홍 교수는 “이번 기술은 실제 수술에서 바로 적용할 수 있어 앞으로 안과수술이나 미세혈관 수술과 같은 미세수술에 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

이와 함께 범용적으로 널리 쓰이는 갈바노미터(galvanometer)를 비전도성 액체 속에서 작동시키는 간단한 방법으로 기존의 느린 영상 속도를 빠르게 개선한 광음향 현미경도 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’를 통해 발표했다.

갈바노미터는 흔히 쓰이는 일종의 모터인데 연구팀은 이를 액체 속에서 작동 시키는데 성공하였고 이를 통해 높은 감도를 유지하면서 영상 속도를 향상시켰다. 기존의 광음향 현미경이 널리 상용화 되지 못한 이유 중 하나가 느린 영상 속도였는데 이 문제를 해결함으로서 향후 보급에 유리해졌다는 것이 연구팀의 설명이다.

이 기술을 이용한 광음향 현미경(Optical-resolution photoacoustic microscopy, OR-PAM)은 초음파영상과 광학영상의 장점을 모두 가지는 미세영상 촬영 기술로 생체내부의 미세혈관에서부터 적혈구까지 넓은 범위에서의 해부학적, 기능적, 분자정보를 제공해준다.


1. 광음향 (photoacoustic)
번개가 치면 천둥소리가 들려오는 현상과 마찬가지로 물질이 빛을 흡수하면 광(光)에너지가 열로 변하는 단계에서 기체에 음파가 발생하는 현상

* 광음향 영상 (photoacoustic imaging)
빛을 받으면 열이 발생되는 광음향소재를 조영제로 이용하여 부작용 없이 생체조직을 의료영상 촬영하는 기술이다.

2. 광간섭 단층촬영 장치 (optical coherence tomography; OCT)
광의 간섭 현상과 공초첨 현미경 원리를 조합하여 생체조직 내부의 미세 구조를 영상화할 수 있는 높은 분해능을 가진 영상 진단 기기