양파껍질처럼 한겹씩…피부·혈관 한번에 찍는 손바닥 크기 레이저 센서

레이저. 게티이미지뱅크 제공

레이저를 한번만 쏘면 피부 속 깊은 부위와 혈관까지 한눈에 볼 수 있는 의료영상기술이 개발됐다. 

포스텍은 김철홍 전자전기공학과·IT융합공학과·기계공학과·융합대학원 교수 연구팀이 박정우 경북대 의생명융합공학과 교수 연구팀과 손바닥 크기 장비로 병원급 정밀검사를 할 수 있는 ’반투명 초음파 센서(sTUT)‘를 세계 최초로 개발하고 연구 결과를 국제학술지 ’레이저 & 포토닉스 리뷰스‘에 발표했다고 25일 밝혔다. 

몸속을 정밀 관찰하려면 두 가지 검사를 해야 한다. 혈관에서 피가 흐르는 것을 보는 '광음향 영상', 뼈나 근육 같은 조직 모양을 보는 '초음파 영상' 등 두 가지다. 광음향 영상은 혈액 속 헤모글로빈이 레이저 빛을 받아 뜨거워지면 초음파가 형성되는 원리로 영상을 촬영한다. 

광음향 영상과 초음파 영상을 결합하면 더욱 정밀하고 종합적인 진단이 가능하지만 둘을 결합하려면 복잡한 장비와 고전압 초음파 발생 장치가 필요하다. 

연구팀은 반투명 초음파 센서를 만들어 두 영상 검사의 장점을 합쳤다. 레이저 빛이 센서에 닿으면 일부는 센서가 흡수해 광유도 초음파(LUS)를 만들고 일부는 그대로 통과해 몸속 혈관에서 광음향 신호를 만든다. 레이저를 한번 쏘면 두 가지 정보를 함께 얻을 수 있는 기술이다. 카메라 하나로 일반 사진과 적외선 사진을 동시에 찍는 것과 같다.

연구팀은 개발한 기술을 기반으로 손으로 들 수 있을 정도의 작은 장비를 만들어 쥐의 뇌, 장기, 피부에 적용해 50μm(마이크로미터, 100만분의 1m) 이하 고해상도 영상을 얻었다. 

사람 손바닥에 적용했을 땐 혈관 분포와 피부 가장 바깥층인 표피, 그 아래 진피, 피하 층까지 각 층이 마치 양파껍질을 한 겹씩 벗겨낸 듯 또렷하게 구분돼 관찰됐다. 

김철홍 교수는 “고가의 초음파 장비 없이도 고해상도 생체 영상을 얻을 수 있게 됐다”며 “장비가 작고 가벼워 누구나 쉽게 사용할 수 있는 만큼 피부 질환 진단이나 혈관 상태 검사 등 의료 현장에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 

(왼쪽부터) 김철홍 포스텍 전자전기공학과·IT융합공학과·기계공학과·융합대학원 교수, 박정우 경북대 의생명융합공학과 교수, 비야르네 펄버그 포스텍 석사(제1저자). 포스텍 제공.

<참고 자료> 
doi.org/10.1002/lpor.202500387

[문세영 기자 moon09@donga.com]