수초만에 이미지를 얻는 새로운 광음향 기술

(Disease captured by UCL hand-held 3D photoacoustic scanner. Credit: Dr. Nam Huynh)

광음향 (photoacoustic) 기술은 생체 조직에 특정 파장의 저출력 레이저를 쏘면 열팽창에 의해 진동이 생기는 것을 감지해 이미지를 얻는 기술입니다. 초음파의 낮은 해상도를 보완하면서 방서선이나 환자에게 해로운 영향이 없기 때문에 차세대 이미지 기술로 주목받고 있습니다.

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이런 이유로 광음향 단층촬영 (photoacoustic tomography (PAT)) 장치도 개발됐긴 했지만, 아직은 널리 사용되지는 않고 있습니다. 한 번 촬영하는데 5분 이상의 시간이 걸려 불편할 뿐 아니라 움직임에 의해 이미지가 흐려질 가능성이 높기 때문입니다.

PAT은 피부에서 15mm 정도만 투과할 수 있는 대신 밀리미터 크기의 작은 혈관까지 보여줄 수 있습니다. 다만 CT, MRI처럼 통속에 누워 있으면 기기가 돌아가는 게 아니라 피부에 기계를 갖다대는 방식으로 적용이 불편하고 흔들릴 가능성이 높습니다.

영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 연구팀은 오랜 연구 끝에 수초만에 이미지를 얻을 수 있는 PAT 기술을 개발했습니다. 이 장치는 한 개가 아닌 여러 곳에서 초음파 데이터를 확인하고 이미지 압축 기술과 수학적 모델로 이미지 처리 속도를 끌어올려 수초에서 1초 이내에 이미지를 확보할 수 있습니다.

이는 검사 사간 단축은 물론 이미지 퀄러티를 높이고 실시간 변화를 추적해 새로운 영상 이미지까지 확인할 수 있습니다.

연구팀은 7명의 건강한 자원자와 2형 당뇨 환자, 유방암 환자, 류마티즘 관절염 환자에서 이 기술을 테스트 했습니다. 그 결과 새로운 PAT 장치가 암 조직 근처의 염증, 관절염이 있는 손가락, 혈관이 좁아진 다리와 발 혈관 등 과거에는 쉽게 구할 수 없었던 이미지를 빠르고 정확하게 얻을 수 있다는 점을 알아냈습니다.

연구팀은 더 많은 환자에서 PAT 기술의 가능성과 진단 정확도를 검증해 이 기술을 상용화하기 위해 준비하고 있습니다. 성공한다면 간편하고 안전하게 다양한 질병을 진단할 수 있게되어 초음파의 도입에 견줄 수 있는 의료 혁신이 될 수 있습니다. 앞으로 결과가 주목됩니다.

참고

https://medicalxpress.com/news/2024-09-held-scanner-generates-3d-images.html

A fast all-optical 3D photoacoustic scanner for clinical vascular imaging, Nature Biomedical Engineering (2024). DOI: 10.1038/s41551-024-01247-x

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