미세혈관도 OK 초해상도 초음파 영상 기술
미세혈관도 OK 초해상도 초음파 영상 기술
  • 함예솔
  • 승인 2020.07.10 21:25
  • 조회수 1446
  • 댓글 0
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DGIST 로봇공학전공 유재석 교수팀이 美 피츠버그 의과대학과의 공동 연구를 통해 초해상도(Super-resolution) 초음파 영상 기술을 개발했습니다. 개발된 기술은 기존 초음파 영상 기기가 갖던 한계들을 뛰어넘는 기술로 기존 촬영이 불가능했던 병의 진행 과정 모니터링이 가능해, 향후 관련 기술을 의료 분야의 여러 방면으로 응용해 병을 진단하는 데 있어 많은 활용이 기대됩니다. 해당 연구는 <Kidney International>에 게재됐습니다.

 

미세혈관 찾아내는 '국지화 기술'

 

기존 초음파 영상 기기의 해상도는 '음향회절한계(Diffraction Limit)'를 벗어날 수 없었습니다. 참고로 회절한계란 어떤 물체를 시각화하기 위해서는 물체의 크기가 시각화 되는데 필요한 주파수의 절반 이상이 돼야하는 것을 의미하는데요. 관련된 기존의 해상도 향상 연구의 대부분 또한 음향회절한계 범위를 벗어나지 않는 수준에서 이뤄져왔습니다. 또한 기존 방식은 데이터 취합에만 몇 분씩 소요돼, 응급상황의 경우에는 사용하는데 어려움이 많았습니다.

초음파 초해상도 영상 기법. 출처: DGIST
초음파 초해상도 영상 기법. 출처: DGIST

유 교수팀의 연구를 통해 개발된 기술은 음향회절한계를 극복하고자 초음파 조영제의 개별 신호를 구분해 위치를 찾아내는 '국지화(Localization) 기술'을 이용해 기존보다 4~5배 이상 향상된 해상도 구현에 성공했습니다. 이번 기술을 활용할 경우 최대 32마이크로미터의 미세혈관의 관찰이 가능해 기존 기술로 탐지가 가능한 미세혈관 크기인 150~200마이크로미터를 5~6배 정도 뛰어넘었습니다.

 

여기에 환자를 촬영한 데이터를 수집해 처리하는 속도 또한 수 분에서 1초 이내로 줄였습니다. 유 교수팀은 천문학에서 주로 사용되던 신호처리 기법인 디컨볼루션(Deconvolution)을 적용해 데이터 수집시간을 기존보다 150배 가까이 줄일 수 있었습니다. 해상도 개선뿐만 아니라 데이터 수집 시간도 단축시킨 유 교수팀의 기술은 향후 일분일초가 급한 응급 상황을 포함한 다양한 임상에서의 활용이 가능할 것으로 보입니다.

초해상도 초음파 영상 기법을 이용한 급성신손상 신장 모니터링 결과. 출처: DGIST
초해상도 초음파 영상 기법을 이용한 급성신손상 신장 모니터링 결과. 출처: DGIST

또한 유 교수팀은 이번에 개발한 기술을 이용해 기존 초음파 영상으로는 관찰이 불가능했던 급성신장손상(Acute Kidney Injury)이 만성신장질환(Chronic Kidney Disease)으로 진행되는 경과를 성공적으로 관찰할 수 있었습니다. 이는 기존의 기기가 갖던 해상도의 한계로 진단이 불가능했던 질병들을 진단하고 치료하는데 활용될 수 있는 가능성을 보여줘, 향후 활용 가능성이 기대됩니다.

 

로봇공학전공 유재석 교수는 "이번에 개발한 기술은 기존의 초음파 영상기기로는 진단이 불가능했던 병의 진행을 관찰해 그 실효성이 입증됐다"며 "현재 초해상도 영상을 3차원으로 구현할 수 있는 기술을 연구 중으로, 향후 실제 임상에서 사용가능한 기술로 발전시킬 것"이라고 말했습니다.

유재석 교수. 출처: DGIST
유재석 교수. 출처: DGIST

 


##참고자료##

 

 


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