포스텍, '볼펜 크기로 몸속 혈관 관찰'…현미경 개발

[포항=뉴시스]송종욱 기자 = 포스텍은 김철홍 교수 연구팀이 혈관·장기를 초고속·고해상도로 관찰할 수 있는 '볼펜 크기 현미경'을 개발했다고 26일 밝혔다.

'휴대성·빠른 촬영·고화질'의 3가지 과제를 모두 해결한 이번 성과는 의료 영상 장비의 새로운 가능성을 제시했다.

이번 연구 결과는 최근 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.

카메라가 작아지면 렌즈도 작아지고, 그만큼 화질을 유지하기는 어려워진다. 의료 영상 장비도 마찬가지다.
 
정밀한 영상을 얻으려면 장비가 커질 수밖에 없다. 수술실·응급 현장에서 손에 들고 다닐 수 있으며 선명한 영상을 제공하는 장비는 오랫동안 연구자의 목표였다.

빛·소리를 함께 활용하는 '광·음향 현미경(PAM)'은 이러한 한계를 넘을 기술로 주목 받아 왔다.
 
번개가 치면 천둥 소리가 나듯 조직에 레이저를 쏘면 순간적으로 초음파가 발생하는데, 이를 분석하면 혈관·미세 구조를 3차원 영상으로 구현할 수 있다. 조영제가 필요 없다는 장점이 있지만 대부분 크기가 크고, 고정이어서 이동이 어렵다는 제약이 있었다.

김 교수 연구팀은 '투명 초음파 트랜스듀서(TUT)'와 '광섬유 스캐너'를 하나로 통합한 핸드헬드(handheld) 광·음향 현미경을 개발했다.
 
빛이 통과하는 투명 초음파 소자를 활용해 레이저·초음파 경로를 일치하고, 복잡한 거울 대신 가느다란 광섬유 자체를 진동시켜 빛을 스캔하는 방식을 적용했다. 구조를 획기적으로 단순화하면서도 영상 품질을 유지하는 데 성공한 것.

완성된 광·음향 현미경은 지름 17㎜, 무게 11g에 불과하다.
 
머리카락 굵기의 10분의 1 수준인 7㎛(마이크로미터) 해상도를 구현했고, 지름 2.6㎜ 시야에서 단일 3차원 볼륨 영상을 1.5초 만에 획득한다.
 
연구팀은 쥐의 위·소장 등을 촬영해 복잡한 혈관들을 선명하게 확인했으며, 응급 치료에 사용되는 에피네프린(Epinephrine)을 투여하자 쥐의 미세 혈관이 수축했다가 회복되는 과정도 실시간으로 관찰했다. 특히 전이 초기 종양 주변에 형성되는 비정상적 혈관 구조를 선명하게 시각화했다.

피부과·종양학·복강경 수술·수술 중 영상 유도 진단 등 다양한 분야에서 진단과 치료의 정확도를 높이는 기술로 확장될 것으로 기대한다.

이번 연구는 교육부·한국연구재단 대학중점연구소사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견 연구·세종과학펠로우십, 과학기술정보통신부 딥사이언스 창업 활성화, 보건복지부·한국보건산업진흥원 글로벌 의사 과학자 양성, BK21 FOUR 사업, 글로컬대학 30, 현대차 정몽구 재단의 지원을 받아 수행했다.


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