[POSTECH, 혁신적 광음향 기술로 뇌졸중 초기 혈관 변화 관찰 성공]

 

 매년 수백만 명이 뇌졸중으로 사망한다. 뇌혈관이 막히는 순간부터 시작되는 시간과의 싸움에서 승리하기 위해 POSTECH 연구팀이 빛과 소리를 결합한 첨단 기술로 새로운 돌파구를 열었다.

 뇌졸중은 전 세계적으로 두 번째로 흔한 사망 원인이다. 특히 허혈성 뇌졸중은 뇌에 혈액을 공급하는 혈관이 막혀 발생하는데, 치료가 늦어지면 뇌 조직 손상이 가속화되어 회복이 거의 불가능해진다. CT나 MRI 같은 기존 기술들은 초기 혈관 변화를 실시간으로 포착하는 데 한계가 있었고, 동물 모델 연구는 관찰 범위와 효율성 측면에서 문제가 있었다.

 이를 해결하기 위해 POSTECH 연구팀은 빛과 초음파(소리)를 결합한 ‘광음향 컴퓨터 단층 촬영(이하 PACT^*1 )’ 기술을 개발했다. 연구팀은 선형과 회전 스캔을 결합한 복합 스캔 방식을 적용해 여러 각도에서 얻은 이미지를 하나로 합성했다. 이는 마치 여러 방향에서 사진을 찍어 입체적으로 재구성하는 것과 같은 원리다. 이 기술을 이용해 연구팀은 허혈성 뇌졸중 초기 단계에서 소동물 뇌혈관 변화를 비침습적으로 실시간 모니터링하며, 넓은 영역의 혈관 변화를 정밀하게 분석하는 데 성공했다. 

 또한, 연구팀은 근적외선 영역 다파장 광음향 이미징을 활용해 헤모글로빈을 비침습적으로 관찰하고, 혈관별 산소포화도를 실시간으로 측정하는 알고리즘도 개발했다. 이를 통해 허혈성 병변뿐만 아니라 측부 혈류와 신생 혈관의 변화까지 정밀하게 모니터링할 수 있게 되었다. 이는 기존의 병리조직 검사와 비교해 신뢰성을 입증한 결과로, 연구팀이 새로 개발한 PACT 시스템이 뇌졸중 후 혈관 회복 과정을 효과적으로 추적할 수 있음을 보여주었다.

 

 

 POSTECH 연구팀은 “이번 연구의 가장 큰 성과는 조영제 없이도 혈류 변화를 정밀하게 관찰할 수 있게 된 것”이라며, “뇌졸중 치료 연구뿐만 아니라 다양한 신경·혈관 질환 연구에도 새로운 실험적 접근법을 제공할 것”이라고 전했다.

 이번 연구는 POSTECH IT융합공학과 · 융합대학원 안용주 교수, 전자전기공학과 · IT융합공학과 · 기계공학과 · 융합대학원 김철홍 교수, IT융합공학과 통합과정 김지웅 씨, 융합대학원 통합과정 권주영 씨, 인공지능연구원 박사후연구원 최성욱 씨(現 미국 스탠포드대 박사), IT융합공학과 통합과정 전현서 씨, 기계공학과 통합과정 성민식 씨 연구팀과 중국과학원(Chinese Academy of Sciences) Chengbo Liu씨, Rongkang Gao씨 연구팀이 수행했으며, 과학 분야 국제 학술지 중 하나인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 최근 게재됐다.

 한편, 이번 연구는 한국연구재단의 BK21 FOUR 사업, 과학기술정보통신부 및 정보통신기획평가원 주관 ICAN 프로그램, 한국의료기기산업협회 의료기기산업 육성사업 지원, 보건복지부 재원으로 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료 기술연구개발사업, 글로컬 대학 30 프로젝트, 현대자동차 정몽구 재단의 재정적 지원으로 수행됐다. 

DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202409361

1. 광음향 컴퓨터 단층 촬영(PACT) : 레이저 빛과 초음파를 결합하여 조직의 구조와 기능을 고해상도로 비침습적으로 실시간 관찰하는 이미징 기술이다.