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산업산업일반
김철홍 포항공대(POSTECH) 교수, 초음파·광학기술 결합···의료영상 정확도 높여

[이달의 과학기술인상] 김철홍 POSTECH 교수

투명 초음파 트랜스듀서 개발

검사 한번에 4중 융합영상 확보

질병 따른 다양한 증상 동시관찰

40여편 특허출원·기술이전 등

디지털 헬스산업 성장에도 기여

김철홍(앞줄 왼쪽 네번째) 포항공대 교수 연구팀이 기념촬영을 하고 있다. /사진 제공=한국연구재단




최근 의료용 영상 시스템의 화두는 초음파와 레이저 광학기기를 결합해 다양한 영상과 정보를 한 번에 얻어 진단 정확도를 높이는 것이다. 이른바 멀티모달(Multi-Modal)이다. 하지만 광학 영상용 레이저는 기존 불투명한 초음파 트랜스듀서를 통과하지 못해 이 둘을 물리적으로 결합하는 데 어려움이 있었다. 트랜스튜서는 전기적 신호를 초음파로 만들거나 초음파를 받아서 전기신호로 변환해주는 장치나 소자다.

이 문제의 해법을 내놓은 김철홍(43) 포항공대(POSTECH) 전자전기공학과 교수가 ‘이달의 과학기술인상’ 12월 수상의 영예를 안았다. 이 상은 과학기술정보통신부가 주최하고 한국연구재단과 서울경제이 공동 주관한다. 그는 연구를 통해 기업에 대한 기술이전은 물론 직접 창업(옵티코)까지 해 디지털 헬스 산업에 이바지하고 있다는 평을 듣는다.

김 교수 연구팀은 투명한 초음파 트랜스듀서를 개발해 문제를 해결하고, 초음파 검사 한 번만으로 초음파·광음향·광간섭·형광의 4중 융합 영상을 얻는 시스템 개발에 성공했다. 이를 통해 질병에 따른 다양한 증상을 동시에 관찰할 수 있게 된 것이다. 김 교수는 “광학 내시경과 현미경은 몸속 심부 정보를 제공하는 데 한계가 있다”며 “X선·CT 영상은 심부 정보를 제공하나 방사선 노출의 위험성이 있다. 고가의 MRI 장비를 사용해야 하는 경우도 있다”고 설명했다. 그는 이어 “초음파와 광학을 결합한 광음향 영상은 보다 안전하고 저렴한 방법으로 정확한 진단이 가능하다”고 설명했다.

다양한 파장의 빛이 통과 가능한 투명 초음파 트랜스듀서




초음파·광음향·광간섭·형광 4중 융합 영상 시스템


연구팀은 4중 융합 영상 시스템으로 화상을 입은 쥐의 눈을 관찰한 결과 화상 및 봉합사로 인한 각막의 신생 혈관, 백내장, 염증 등의 다양한 증상을 종합적으로 확인했다. 더불어 흑색종·유방암 등 암 관련 질병의 진단 가능성도 검증했다.

김 교수팀은 빛을 몸에 조사해 체내에서 발생하는 초음파를 검출하는 광음향 영상을 비롯해 기존 초음파 영상과 결합한 ‘차세대 비방사선 광음향·초음파’ 의료 영상 장비를 개발한다. 광음향 영상은 조영제 없이 높은 해상도로 기관의 구조·혈관·산소포화도 등 다양한 정보를 3차원으로 획득할 수 있는 기술이다. 그는 “세포와 소동물에 사용하는 현미경 시스템에서부터 인체에 사용하는 임상 시스템까지 다양한 스케일로 개발하고 있다”며 “최근에는 고속 스캐너를 활용해 기존 광음향 현미경보다 500배 빠른 초고해상도 광음향 현미경을 개발해 적혈구 크기의 3차원 영상을 실시간으로 획득할 수 있게 됐다”고 소개했다. 그러면서 임상용 광음향·초음파 영상 시스템을 개발해 높은 민감도와 특이도로 갑상선 결절 환자의 악성 결절을 분류해 높은 의료비 지출과 사회적 비용을 줄일 수 있게 됐다고 했다.

김 교수팀은 40여 편의 국내외 특허를 출원·등록하고 기술이전에도 힘을 쏟았다. 김 교수는 2018년 말초혈관 질환을 실시간으로 촬영하는 초고속·고해상도 현미경 기술을 기반으로 ㈜옵티코를 창업했고 최근 시리즈A 투자도 받았다. 그는 “의료 영상 시스템뿐 아니라 빛과 초음파를 활용하는 다양한 산업 분야에서도 광범위하게 사용될 수 있을 것”이라고 기대했다.
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