현미경처럼 혈관을 들여다보는 3D 초음파

(Credit: Alexandre Dizeux)

파리 의학 물리학 연구소 (Physics for Medicine Paris laboratory (ESPCI Paris-PSL, Inserm, CNRS))의 과학자들이 초음파를 이용한 3D 이미징 기술을 한계까지 끌어 올렸습니다. 연구팀은 쥐를 이용한 동물 모델을 통해 뇌와 심장의 미세한 혈관을 비침습적으로 방사선 노출 없이 현미경으로 들여다 보는 것처럼 자세히 볼 수 있다는 점을 증명했습니다.

연구팀은 지난 10년 동안 초민감 도플러 이미징 기술과 초음파 로컬라제이션 현미경 검사 (ultrasensitive Doppler imaging (uDoppler), ultrasound localization microscopy (ULM))법을 크게 개선해 이미지의 해상도를 수십 마이크로미터까지 낮췄을 뿐 아니라 실시간으로 관측할 수 있는 방법을 개발했습니다.

초음파를 통해 이렇게 작은 혈관까지 볼 수 있는 비결은 혈액에 초미세 공기 방울을 주입하는데 있습니다. 공기 방울에 반사된 초음파를 미세하게 관측해 작은 혈관의 형태와 혈류를 실시간으로 관측할 수 있는 것입니다. 아래 영상으로 보면 살이 있는 동물의 장기보다는 그냥 CG 같은 느낌입니다. 이런 디테일로 전체 장기의 3차원 지도를 그릴 수 있다는 점이 놀랍습니다.

(3D ultrasound microscopy of the mouse brain. Credit: Alexandre Dizeux / Physics for Medicine Paris (Inserm, ESPCI Paris-PSL, CNRS))

(Coronary microcirculation captured using 3D ultrasound localization microscopy)

하지만 사실 최신 초음파 이미징 기술을 이용해도 장기 전체의 모습을 담기는 어렵습니다. 뇌의 경우 두개골의 간섭과 방해를 보정하고 이미지를 얻은 후 다시 데이터를 3차원으로 재구성해야 합니다. 1분간 생성되는 데이터의 양만 1TB가 넘기 때문에 이는 매우 강력한 컴퓨팅 파워가 필요합니다.

연구팀은 앞으로 이 기술이 연구 및 임상에서 큰 기여를 할 것으로 기대하고 있습니다. 예를 들어 막힐 가능성이 높은 혈관이나 혈관 분포가 많은 종양 조직을 아직 작은 초기 단계에서 파악할 수 있습니다. 다만 실제 임상에서 사용할 수 있는 수준까지 발전시키기 위해서는 아직 많은 연구가 필요합니다. 앞으로 연구 성과 및 상용화를 기대합니다.

참고

https://medicalxpress.com/news/2022-05-major-advance-3d-ultrasound-imaging.html

Oscar Demeulenaere et al, Coronary Flow Assessment Using 3-Dimensional Ultrafast Ultrasound Localization Microscopy, JACC: Cardiovascular Imaging (2022). DOI: 10.1016/j.jcmg.2022.02.008

Oscar Demeulenaere et al, In vivo whole brain microvascular imaging in mice using transcranial 3D Ultrasound Localization Microscopy, eBioMedicine (2022). DOI: 10.1016/j.ebiom.2022.103995

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