몸속에 진단 장비를 직접 삽입하는 내시경은 암 조기진단 등에 도움이 된다. 게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 광학과 음향학을 융합한 투명 내시경을 처음으로 개발했다. 암 조기 진단율을 높이는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

포스텍은 김철홍 전자전기공학과·IT융합공학과·기계공학과·융합대학원 교수와 김형함 전자전기공학과·IT융합공학과·융합대학원 교수, 김재우 IT융합공학과 연구원, 허다솜 기계공학과 석박통합과정생 연구팀이 김희만 연세암병원 교수와의 공동 연구를 통해 초음파 기반의 고성능 투명 내시경을 세계 최초로 개발했다고 16일 밝혔다. 연구결과는 지난달 22일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 공개됐다.

내시경 초음파는 소화기내과에서 암 진단에 널리 활용되는 기술이다. 부드러운 연조직의 대조도가 낮고 조직의 구조적 정보만 제공해 민감도가 떨어진다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 광음향 기술을 내시경 초음파에 결합해 조직 혈관 정보를 추가로 제공하고 암 조기 진단율을 높이려는 시도가 계속돼왔다. 광음향 내시경은 조직에 빛을 쬐어 팽창시키고 이때 발생하는 초음파를 감지해 영상화하는 기술이다.

초음파와 광음향 결합 방식은 두 영상의 품질을 동시에 확보하는 것이 과제였다. 빛과 초음파를 같은 방향으로 정렬하는데 한계가 있었기 때문이다. 전기 신호와 초음파를 상호전환하는 장치인 초음파 트랜스듀서에 구멍을 뚫어 빛의 경로를 확보하거나 광학장치를 기울이는 방법이 제시됐지만 초음파와 광음향 중 한쪽의 영상 품질이 크게 떨어지는 문제가 있었다.

투명 초음파 트랜스듀서 기반의 광음향-초음파 융합 내시경과 내시경으로 촬영한 쥐 직장, 돼지 식도 영상. 포스텍 제공

연구팀은 초소형 투명 초음파 트랜스듀서를 개발하는 데 성공했다. 인듐 주석 산화물 전극, 우레탄 흡음층 등 투명한 재료로 만들어져 빛의 경로를 확보할 수 있는 트랜스듀서를 만들었다. 광학계와 음향학계를 결합해 고해상도 초음파와 광음향 영상을 동시에 구현한 것이다.

상용 내시경에 결합해 돼지 식도 촬영에 도입한 결과 식도 점막부터 근육층까지 시각화하는 데 성공했다. 기존 내시경과 비슷한 성능을 보였고 거리가 멀어도 고해상도 이미지를 얻을 수 있었다.

김철홍 교수는 "기존 광음향-초음파의 한계를 극복하고 진단 정확도를 획기적으로 높일 것으로 기대된다"고 말했다. 또 김희만 교수는 "이번 실험 결과는 혁신적인 진단 의료기기 개발과 국산화의 중요한 첫걸음"이라고 밝혔다.

<참고 자료>

- doi.org/10.1126/sciadv.adq9960