종양·심혈관·내분비 질환 연구 및 임상 분야, 장비 진입 장벽 낮추는 해결책
포스텍 연구팀이 비싼 장비가 아니어도 실시간으로 몸속에 있는 장기와 종양의 변화를 3D(3차원)로 관찰하는 새 기술을 개발했다.
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| ▲ 포스텍 김철홍 교수. [포스텍 제공] |
18일 포스텍에 따르면 전자전기공학과·IT융합공학과·기계공학과·융합대학원(의과학전공) 김철홍 교수, 인공지능대학원 박사과정 정현수 씨, 융합대학원 석사과정 오승훈 씨, IT융합공학과 통합과정 김지웅 씨, 최성욱 박사(미국 스탠포드대), 징게 양 박사(미국 Caltech 박사) 연구팀이 진행한 이번 연구는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스'에 게재됐다.
레이저를 비추면 몸속에서 아주 작은 소리가 나는데, '광음향 이미징'은 미세한 소리를 초음파 센서로 감지해 몸속을 영상으로 보여주는 기술이다.
이 원리를 활용한 'PACT(광음향 컴퓨터 단층 촬영)' 기술은 반구형으로 배치된 센서들이 여러 방향에서 신호를 한꺼번에 받아들이기 때문에 몸속의 구조와 기능, 그리고 조영 정보까지 한 번에 보여줄 차세대 영상기술로 주목받고 있다.
하지만 기존의 고사양 PACT 장비는 센서 수가 많아 가격이 비싸고 수집되는 데이터의 양이 너무 많아 처리 속도가 느리다 보니 몸속에서 빠르게 일어나는 변화를 실시간으로 보기 어렵다는 한계가 있었다.
연구팀은 적은 수의 센서만으로도 고해상도 영상을 만들 수 있는 PACT 기술을 개발했다. 그 핵심은 '하이브리드 확산'이라는 딥러닝 모델인데, 128개 센서만 가진 저사양 장비로 찍은 데이터를, 1024개 센서를 쓰는 고급 장비 수준으로 보정해 주는 기술이다.
이 기술을 이용하면 종양 내부의 혈관이 어떻게 자라는지, 산소는 얼마나 공급되는지, 또 약물이 어디로 이동하는지까지 정량적으로 추적할 수 있다.
실험에서도 높은 성능이 확인됐다. 256개 센서만 있는 장비에서도 산소포화도와 헤모글로빈양을 정확하게 측정할 수 있었고, 종양 주변의 혈관이 새로 생기거나 산소가 부족해지는 변화도 안정적으로 포착했다.
또한 '전이학습'을 적용한 결과, 128채널 장비에서도 심장·뇌·신장 등 주요 장기의 빠른 변화를 고속으로 촬영할 수 있었다. 특히, 조영제를 사용한 약물 추적 실험뿐 아니라 조영제를 쓰지 않은 경우에도 영상 품질이 크게 향상된 것으로 나타났다.
김철홍 교수는 "이번 기술의 핵심은 고가 장비 없이도 종양 변화를 안정적으로 관찰할 수 있다는 점"이라며 "앞으로 종양뿐 아니라 심혈관·내분비 질환 등 여러 연구 및 임상 분야에서 장비의 진입 장벽을 낮추는 실질적 해결책이 될 것"이라고 설명했다.
KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr
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