기존 초음파 장비로 ‘뇌 속 미세혈관’ 선명하게 본다

DGIST, 초음파 기반 초해상 영상기술 개발
기존 대비 적은 초음파 데이터로 화질은 동일
비침습으로 뇌 영상 확인...뇌 질환 및 진단 활용

기존 초음파 국소화 현미경(ULM)으로 획득한 쥐 뇌의 모세혈관 영상(위쪽)과 ULM의 효율성을 높여 개발한 ‘ULM-Lite’로 획득한 모세혈관 영상(아래쪽). DGIST 제공.

국내 연구진이 기존 초음파 장비를 활용해 적은 데이터 신호만으로 뇌 속 미세혈관까지 고해상도로 볼 수 있는 영상기술을 개발했다.

대구경북과학기술원(DGIST)는 유재석 로봇및기계전자공학과 교수와 현정호 뇌과학과 교수 연구팀이 초음파 기반 초해상 영상 기술인 ‘초음파 국소화 현미경’(ULM)의 효율성을 크게 높인 ‘ULM-Lite’를 개발했다고 18일 밝혔다.

병원에서 흔히 사용하는 초음파는 인체 내부 장기의 형태나 움직임을 관찰하는 데 유용하다. 하지만 머리카락보다 얇은 미세혈관을 구분하기에는 한계가 있었다.

ULM은 혈액 속에 있는 초음파 조영제(마이크로버블)를 따라가며, 그 움직임을 일일이 추적해 미세혈관의 구조를 초고해상도로 재구성해 기존 초음파로 전혀 볼 수 없던 머리카락 굵기의 수십 분의 1 수준의 혈관 지도를 그릴 수 있다.

하지만 ULM은 매우 빠른 속도로 수천 장의 초음파 영상을 촬영하고, 그 안에서 수많은 마이크로버블이 움직이는 신호를 하나하나 찾아내야 한다. 이 과정에서 초당 수 기가바이트(GB) 수준의 데이터가 생성돼 이를 처리하는 데 많은 시간과 비용이 든다.

이 때문에 기존의 ULM은 장시간 실험이나 결과를 즉시 확인해야 하는 실제 의료 현장에는 적용이 어렵다.

연구팀은 기존 초음파 장비를 그대로 쓰면서 초음파 신호 중 핵심 정보만 남기고 불필요한 데이터를 과감히 줄이는 새로운 분석 방식을 고안했다. 이를 통해 초음파 신호의 유효 대역폭을 약 67% 줄이고, 혈관 구조에 꼭 필요한 정보만으로 효율적으로 추출하도록 설계했다.

그 결과, 데이터 용량을 기존 대비 3분의 1 수준으로 줄였고, 영상의 선명도는 기존과 동일했다. 영상 처리 속도도 30% 가량 빨라졌고, 수술이나 형광물질 없이 비침습적으로 뇌 전체를 선명하게 볼 수 있다.

유재석 DGIST 교수는 “뇌 자극 치료와 행동 변화 관찰을 위한 도구로 활용 가능성이 높아 각종 다양한 뇌질환 진단 및 치료에 유용할 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구결과는 의료 초음파 분야 국제 학술지 ‘울트라소닉스’에 게재됐다.

유재석(왼쪽부터) DGIST 교수, 성효진·정진환 박사과정생, 현정호 교수.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr