인공지능으로 MRI 버금가는 광음향 CT 영상 확보

포스텍 연구진

컴퓨터 단층촬영(CT) 결과지. 초음파를 이용해 뇌의 단면을 관찰할 수 있다. 게티이미지뱅크

인공지능(AI)을 적용해 광음향 컴퓨터 단층촬영(PACT)의 성능을 자기공명영상(MRI)만큼 끌어올릴 수 있는 기술이 개발됐다. 종양·암 및 뇌 영상 연구의 속도를 높일 전망이다.

포스텍은 김철홍 전자전기공학과·IT융합공학과 교수와 이승철 기계공학과 교수 등 공동연구팀이 AI를 이용해 광음향 컴퓨터 단층촬영(PACT) 결과를 고해상도 영상 및 고속 영상으로 구현할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

PACT는 광음향 효과를 이용해 체내 영상을 촬영하는 기술이다. 광음향 효과는 빛이나 라디오파 같은 전자기파를 흡수한 물질이 열팽창을 통해 소리를 만드는 현상이다. PACT 기술은 종양·암, 뇌 연구 등 다양한 전임상·임상 연구에 활용된다.

현재 PACT 기술의 성능을 끌어올려 고해상도 영상을 촬영하려면 초음파 센서의 갯수를 늘리고 데이터 수집 시스템의 채널 수를 늘려야 하지만 고사양 하드웨어가 필요하고 비용이 올라간다는 단점이 있었다.

연구팀은 마치 고화질(HD) TV처럼 PACT가 높은 해상도의 영상을 촬영할 수 있도록 1024개의 초음파 센서를 가진 성능 좋은 하드웨어를 개발했다. 다만 물리적으로 한번에 256개의 초음파 센서만 전자기기에 연결할 수 있었다. 4번을 촬영해야 고해상도의 영상을 얻을 수 있다는 의미다.

김 교수는 "1024개의 초음파 센서로 얻은 영상을 기반으로 AI를 학습시켜 256개 초음파 센서로 받은 영상의 화질을 높일 수 있도록 설계했다"고 말했다. 소프트웨어를 통해 속도를 4배로 높인 것이다.

연구팀이 개발한 PACT는 동물의 전신 영상은 물론 심장, 신장, 뇌 등 생체 조직의 움직임을 고해상도로 실시간 모니터링할 수 있는 수준이었다. 특히 혈관을 약물에 주입했을 때 생체에 퍼지는 것을 관찰하는 약물동태학과 각 조직의 산소포화도를 측정하는 기능영상에 강점을 보였다.

AI을 이용해 기존 하드웨어 사양을 넘는 고해상도 및 고속 영상을 구현할 수 있다는 것이 증명되며 다양한 환경에서 광음향 영상을 활발히 사용할 수 있을 것으로 보인다. 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스' 지난해 11월 10일자에 뒷표지 논문(back cover)으로 발표됐다.

김 교수는 "현재 영상의 화질을 높일 수 있도록 AI를 학습시키고 있는 상황"이라며 "개발이 완료되면 이론적으로 MRI와 비슷한 수준의 성능을 보일 것으로 예측된다"고 말했다. 일반적으로 MRI는 고가이지만 해상도가 높아 뇌의 구조적 변화나 혈관을 살펴야 하는 경우 CT보다 많이 활용된다.

어드밴스드 사이언스 뒷표지 논문. 포스텍 제공

[이영애 기자 yalee@donga.com]