포스텍(POSTECH, 포항공과대학교) 김철홍 교수 연구팀이 혈관과 장기를 초고해상도로 관찰할 수 있는 '볼펜 크기' 휴대용 현미경을 개발했습니다.

카메라가 작아지면 렌즈도 작아지고, 그만큼 화질을 유지하기 어려워지는 것처럼 의료영상 장비도 정밀한 영상을 얻으려면 장비가 커질 수 밖에 없습니다.

이번 연구는 수술실이나 응급 현장에서 손에 들고 다닐 수 있으면 서도 선명한 영상을 제공하는 것을 목표로 추진됐습니다.

연구팀이 개발한 장비는 빛과 초음파를 함께 활용하는 '광-음향 현미경' 기술을 소형화한 것으로, 지름 17mm, 무게 11g에 불과합니다.

물질이 빛을 흡수하면 순간적으로 열이 발생하고 팽창하면서 초음파가 생기는데, 이를 분석해 혈관과 미세 구조를 3차원 영상으로 구현하는 방식입니다.

머리카락 굵기의 10분의 1 수준인 7마이크로미터 해상도를 구현했고, 직경 2.6mm 범위의 3차원 영상을 1.5초 만에 촬영할 수 있습니다.

조영제를 쓰지 않고도 생체 내부를 선명하게 볼 수 있는 것이 특징입니다.



기존 장비는 크고 고정형이어서 이동이 어렵다는 한계가 있었지만, 연구팀은 빛이 통과하는 '투명 초음파 센서'를 적용해 레이저와 초음파의 경로를 일치시키는 데 성공했습니다.

여기에 가느다란 광섬유를 진동시켜 빛을 스캔하는 구조를 도입해 장비를 획기적으로 크기를 줄여 소형화했습니다.

동물 실험에서는 쥐의 위와 소장 혈관을 선명하게 촬영했으며, 응급 치료에 사용되는 에피네프린 투여 후 귀의 미세혈관이 수축했다가 회복되는 과정도 실시간으로 관찰했습니다.

특히 전이 초기 종양 주변에 형성되는 비정상적인 혈관 구조를 시각화해, 종양 부위의 혈관 밀도와 구조적 복잡성이 정상 조직보다 높다는 점을 확인했습니다.

연구팀은 이 기술이 수술 중 병변을 실시간으로 확인하거나, 내시경과 결합해 초기 암을 빠르게 탐지하는 등 다양한 임상 현장에서 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐습니다.

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정지훈(daegurain@yna.co.kr)