포스텍 전자전기공학과 · IT융합공학과 · 기계공학과 · 융합대학원 김철홍 교수, 인공지능연구원 최성욱 연구원(現 미국 스탠포드대 박사), 전자전기공학과 양 징게(Yang Jinge) 연구원(現 미국 칼텍 박사) 연구팀이 빠른 속도로 생체를 촬영하는 연속 회전 스캐닝 방식의 광음향 단층촬영(이하 PACT) 시스템을 개발했다 고 7일 밝혔다.

생명체의 복잡한 생물학적 과정과 질병 진행 상황을 이해하기 위해 생체 전체 동역학을 추적하는 것이 중요하다는 인식이 확산되고 있다. 현재 소동물 모델에 적용되는 다양한 영상 기술(X-선 CT, MRI, PET, 광학 영상 등)은 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 있지만, 전신 촬영에 수 분이 걸리고 해상도가 낮으며, 신체의 한쪽 면만 관찰할 수 있는 등 제한이 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하고, 소동물 몸통에서 여러 생물학적 매개변수를 빠르게 관찰할 수 있는 PACT 시스템을 개발했다. 이 시스템은 반구형의 초음파 트랜스듀서(transducer) 배열을 고속으로 회전시켜, 기존의 단계별 스캔보다 훨씬 빠른 속도로 여러 데이터를 동시에 수집할 수 있다. 이 기술로 연구팀은 단 9초 만에 쥐 모델의 360° 해부학 이미지를 얻었으며, 전체 몸통 스캔에는 54초가 걸렸고, 공간 해상도는 약 212마이크로미터(µm)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"라며 이번 연구의 의의를 전했다. 또, 최성욱 박사는 "이 시스템이 전임상 연구 분야에서 생물학적 시스템의 빠른 동역학과 산소 동역학 등에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 것"이라고 덧붙였다.

[신아일보]포항/배달형 기자

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