Research

[POSTECH 연구팀, 세계 최초 광음향·레이저 유도 초음파 영상 동시 구현 sTUT 개발]

 레이저 빛 한 번만 쏘면 혈관부터 피부 속 깊은 곳까지 한눈에 볼 수 있는 획기적인 의료영상 기술이 나왔다. 최근 POSTECH(포항공과대학교) 김철홍 교수 경북대 박정우 교수 연구팀이 손바닥 크기의 작은 장비로도 병원급 정밀 검사가 가능한 '반투명 초음파 센서'를 세계 최초로 개발했다. 이번 연구는 광학 분야 국제 학술지 ‘레이저 앤 포토닉스 리뷰스(Laser & Photonics Reviews, IF: 10)’에 게재됐다. 

 지금까지 몸속을 정밀하게 보려면 두 가지 검사를 따로 받아야 했다. 혈관처럼 피가 흐르는 부분을 보는 '광음향 영상'과 뼈나 근육 같은 조직의 모양을 보는 '초음파 영상'이 그것이다. ‘광음향 영상(Photoacoustic Imaging, PAI)‘은 혈액 속 헤모글로빈이 레이저 빛을 받으면 순간적으로 뜨거워지면서 초음파를 만드는 원리를 이용한다. 이 둘을 결합하면 훨씬 더 정밀하고 종합적인 진단이 가능하지만 기존 시스템은 복잡한 장비와 고전압 초음파 발생 장치가 필요하다는 점에서 한계가 있었다.

 POSTECH 연구팀이 만든 '반투명 초음파 센서(sTUT, semi-transparent ultrasound transducer)'는 이 문제를 깔끔하게 해결했다. 레이저 빛이 센서에 닿으면, 일부는 센서 자체가 흡수해서 광유도 초음파(Laser-Induced Ultrasound, LUS)를 만들고, 나머지는 그대로 통과해서 몸속으로 들어가 혈관에서 광음향 신호를 만든다.

 쉽게 말해, 레이저 하나로 두 가지 정보를 동시에 얻는 '일석이조' 기술이다. 마치 하나의 카메라로 일반 사진과 적외선 사진을 동시에 찍는 것과 같다.

 연구팀은 이 기술을 적용해 손에 들 수 있을 정도로 작은 장비를 만들고, 이를 실험용 쥐의 뇌, 장기, 피부에 적용해 50 마이크로미터(μm) 이하 고해상도 영상을 획득하는 데 성공했다. 특히, 사람 손바닥을 대상으로 한 실험에서는 혈관 분포뿐 아니라 피부의 가장 바깥층인 표피부터 진피, 피하층에 이르기까지 각 층이 마치 양파껍질을 한 겹씩 벗겨낸 듯 또렷하게 구분되어 관찰되었다.

 김철홍 교수는 “이번 기술은 고가의 초음파 장비 없이도 고해상도 생체 영상을 얻을 수 있어 기존 의료 영상 기술의 한계를 넘어서는 새로운 돌파구가 될 것”이라며, “장비가 작고 가벼워 누구나 쉽게 사용할 수 있는 만큼, 향후 피부 질환 진단이나 혈관 상태 검사 등 현장 의료에서도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 전했다.

 전자전기공학과·IT융합공학과·기계공학과·융합대학원 김철홍 교수, 비야르네 펄버그(Bjarne Perleberg) 석사 연구팀, 경북대 의생명융합공학과 박정우 교수(前 POSTECH 전자전기공학과 연구원)가 함께 수행한 이번 연구는 교육부와 한국교육재단 대학중점연구소사업, 중견연구사업, 딥사이언스창업활성화지원사업, 글로벌 의사과학자 양성사업, BK21, 글로컬대학 30 사업의 지원을 받았다. 

DOI: https://doi.org/10.1002/lpor.202500387