초고속 광음향 소동물 전신 촬영술의 새로운 패러다임
포스텍(POSTECH)은 김철홍 전자전기공학과·IT융합공학과·기계공학과·융합대학원 교수, 인공지능연구원 최성욱 연구원(현 미국 스탠포드대 박사), 전자전기공학과 양 징게( 연구원(현 미국 칼텍 박사) 연구팀이 빠른 속도로 생체를 촬영하는 연속 회전 스캐닝 방식의 광음향 단층촬영(PACT) 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다.
생명체의 복잡한 생물학적 과정과 질병 진행 상황을 이해하기 위해서는 생체 전체 동역학을 추적하는 것이 중요하다. X-선 CT, MRI, PET, 광학 영상 등 현재 소동물 모델에 적용되는 다양한 영상 기술은 각기 장단점이 있어 연구자들은 생체 조직의 구조적, 기능적, 분자적 측면을 관찰할 수 있는 PACT에 주목하고 있다.
PACT 시스템은 광학과 초음파 촬영 기술의 장점을 결합해 기존 영상 기술의 한계를 극복할 수 있는 유망한 대안으로 평가받고 있다. 하지만, 전신 촬영에 수 분이 걸리고 해상도가 낮으며, 신체의 한쪽 면만 관찰할 수 있는 등 제한이 있다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하고, 소동물 몸통에서 여러 생물학적 매개변수를 빠르게 관찰할 수 있는 PACT 시스템을 개발했다. 이 시스템은 반구형의 초음파 트랜스듀서 배열을 고속으로 회전시켜, 기존의 단계별 스캔보다 훨씬 빠른 속도로 여러 데이터를 동시에 수집할 수 있다. 이 기술은 9초 만에 쥐 모델의 360° 해부학 이미지를 얻었으며, 전체 몸통 스캔에는 54초가 걸렸고, 공간 해상도는 약 212㎛에 달했다.
이 시스템을 이용해 연구팀은 전체 신체 구조를 이미지화할 뿐만 아니라 살아 있는 동물의 약물 동태와 헤모글로빈 산소 포화도 변화를 모니터링하는 데도 성공했다. 특히 넓은 조직의 산소 포화도를 관찰할 수 있어 복잡한 생물학적 시스템에서 산소 운반과 분포를 이해하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다.
김철홍 교수는 “기존 영상 기술과 유사한 성능을 제공하면서도 분자 및 기능적 정보를 동시에 얻을 수 있는 장점이 있다”고 말했다. 또, 최성욱 박사는 “이 시스템이 전임상 연구 분야에서 생물학적 시스템의 빠른 동역학과 산소 동역학 등에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 것”이라고 덧붙였다.
교육부의 대학중점연구소사업, 과학기술정보통신부의 중견연구사업과 브릿지융합연구개발사업, 범부처전주기의료기기연구개발사업, BK21의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 광학 분야 국제 학술지 중 하나인 '레이저 & 포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews)' 온라인판에 게재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
