기존보다 빠른 계산 속도, 저비용 시스템 적용 가능…“임상 적용시 저비용 고효율로 혈류 분석”
광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 김재관 의생명공학과 교수팀이 이기준 대구경북과학기술원(DGIST)·성명수 중국 남통대 교수팀과 공동으로 뇌졸중·심근경색과 같은 심뇌혈관질환 예방과 관리를 위한 혈류 속도 실시간 측정 및 분석을 기존보다 400배 이상 빠르게 할 수 있는 알고리즘을 개발했다고 9일 밝혔다.
심뇌혈관질환의 실질적인 예방과 관리를 위해서는 환자 혈류를 지속적으로 측정해야 한다. 확산 상관 분광법은 조직내 혈류 속도 변화를 피부 절개나 손상 없이 측정할 수 있는 방법 중 하나다. 다른 측정 장비와 비교할 때 무표지 측정이 가능하고 상대적으로 시스템 비용이 저렴하다. 같은 측정 시간에 더 많은 데이터를 얻을 수 있는 높은 시간 해상도를 갖는다.
확산 상관 분광법을 이용한 기존 혈류 측정 및 분석은 측정한 신호를 물리적 모델과 비교해 혈류 정보를 얻기 때문에 실시간 분석 및 관찰이 어렵다. 분석에 적지 않은 메모리 용량이 필요해 가용 메모리 용량이 작은 저가형 프로세서를 이용한 확산 상관 분광법 개발에 많은 어려움이 있었다.
연구팀이 개발한 수치 적분 기반 알고리즘은 측정된 신호를 바로 수치 적분 기반 식에 적용해 혈류 변화를 측정한다. 새로 개발한 알고리즘 우수성을 확인하기 위해 시뮬레이션한 결과 알고리즘 평균 소요시간이 12.02마이크로초(㎲·100만분의 1초)로 기존 평균 소요시간 4960㎲보다 400배 이상 빠른 계산 속도를 보였다. 데이터 당 400바이트 램 용량만을 사용해 저비용 시스템에 적용이 가능하며 이때 최대 606㎲ 초 이하의 짧은 계산 시간이 소요됨을 확인했다.
김재관 교수는 “확산 상관 분광법 시스템에서 측정된 상관 함수를 물리 모델과 비교하는 과정을 통해 혈류 정보를 얻어내는 것이 일반적”이라며 “이번 연구에서는 상관 함수의 수치 적분을 통해 혈류 정보를 얻어내 확산 상관 분광법의 계산 시간과 전체 시스템 비용을 줄일 수 있음을 증명했다”고 말했다.
이기준 DGIST 교수는 “새로 개발한 알고리즘은 향후 심뇌혈관질환의 임상 영역에서의 혈류 변화 측정에 도움이 될 것으로 기대하고 있다”고, 성명수 남통대 교수는 “이번 성과를 기반으로 연구를 계속 진행하면 저가형 소형 혈류 측정 장비를 개발하는 사업화도 가능할 것”이라고 말했다.
김재관 GIST 교수와 이기준 DGIST 교수가 주도하고 성명수 교수와 오윤호 GIST 박사과정 학생(공동 제1저자)이 수행한 이번 연구는 정보통신산업진흥원과 보건산업진흥원의 지원으로 이뤄졌다. 컴퓨터 과학 이론 및 방법 분야 권위적인 학술지인 '바이오의학의 컴퓨터 방법과 프로그램'에 최근 온라인으로 게재됐다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
