포스텍, 작지만 선명한 화질 갖춘 '초해상도 현미경' 개발

수술 중 병변 및 초기암 확인 등 임상현장에서 쓰임 확대 기대

포스텍 연구팀이 개발한 광 음향 현미경 시스템 개요. 포스텍 제공

포스텍 김철홍 교수

포스텍(포항공대) 연구팀이 '휴대성', '빠른 촬영 속도', '선명한 화질' 등 현미경의 세 가지 요건을 모두 갖춘 볼펜 크기의 초해상도 현미경 개발에 성공했다.

의료 영상 장비의 새로운 가능성을 제시한 이번 연구 성과는 최근 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.

일반적으로 카메라가 작아지면 렌즈도 함께 줄어들기 때문에 화질을 유지하기가 쉽지 않다. 정밀한 영상을 얻으려면 장비가 커질 수밖에 없는데, 특히 현관이나 장기를 촬영하려는 경우라면 더욱 큰 장비가 필요하다.

이 때문에 의료계에서는 촬영 절차의 불편을 없애고 빠른 처치를 위해 수술실이나 응급 현장에서 바로 적용가능한 초고화질의 휴대형 영상장비가 절실한 상황이다.

이에 연구팀은 빛과 소리를 함께 활용하는 '광-음향 현미경(PAM)'에 주목했다.

조직에 레이저를 쏘면 순간적으로 초음파가 발생하는데, 이를 분석해 혈관과 미세 구조를 3차원 영상으로 구현하는 게 이 현미경의 원리다.

연구팀은 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 소재로 만든 초음파 센서와 '광섬유 스캐너'를 하나로 통합한 핸드헬드 광-음향 현미경을 개발했다.

이 현미경은 지름 17mm, 무게 11g에 불과하지만 머리카락 굵기의 10분의1 수준인 7µm(마이크로미터) 해상도를 구현해 냈다. 또 직경 2.6mm 시야에서 단일 3차원 볼륨 영상을 1.5초 만에 획득하는데도 성공했다.

연구팀은 현미경의 성능을 동물 실험을 통해 검증했다.

쥐의 위, 소장 등을 촬영하자, 복잡한 혈관망들이 선명하게 나타났다. 또 응급 치료에 사용되는 약물을 투여하자 미세혈관이 수축했다가 회복되는 과정도 실시간으로 확인 가능했다.

여기에 더해 전이 초기 종양 주변에 형성되는 비정상적 혈관 구조도 선명하게 시각화해 냈다.

연구를 주도한 포스텍 김철홍 교수는 "수술 중 병변을 실시간으로 확인하거나, 내시경과 결합해 초기 암을 빠르게 탐지하는 등 임상 현장에서 다양하게 활용될 수 있다"며 "앞으로 피부과, 종양학, 복강경 수술, 수술 중 영상 유도 진단 등에도 폭넓게 적용될 것으로 보인다"고 했다.