한계 뛰어넘으며 의공학 분야 새로운 지평 열어
한계 뛰어넘으며 의공학 분야 새로운 지평 열어
  • 유지연 기자
  • 승인 2020.07.27 17:56
  • 댓글 0
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DGIST 로봇공학전공 유재석 교수
DGIST 로봇공학전공 유재석 교수
DGIST 로봇공학전공 유재석 교수 Ⓒ유지연 기자

대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 유재석 교수팀은 최근 미국 피츠버그 의과대학과의 공동연구를 통해 미세혈관까지 잡아내는 초해상도(Super-resolution) 초음파 영상 기술개발에 성공했다. 기존 초음파 영상 기기로는 촬영하기 어려웠던 병의 진행 과정을 모니터링할 수 있게 된데다 데이터의 수집·처리 속도 또한 획기적으로 빨라졌기에 향후 다양한 활용이 기대된다.

 

기존 기술의 한계 극복한 초해상도 초음파 영상 기술, 다양한 활용 기대

유재석 교수가 이끄는 의생명초음파연구실(Advanced Ultrasound Research Laboratory)은 초음파 기반의 의료 영상과 치료에 관한 연구에 집중한다. 대중들에게는 임신 후 태아의 상태를 확인하는데 사용되며 친숙하게 인식되고 있는 초음파는 그만큼 안전하고 실시간으로 확인할 수 있다는 점이 강점이다. 반면 일반인들은 초음파 화면을 쉽게 식별할 수 없을 정도로 대조도(contrast)가 낮다는 점은 초음파의 단점으로 손꼽힌다. 이에 유 교수는 조직의 특성에 따른 주변 환경과 초음파와의 간섭 특성을 분석 및 해석하여 해부학적 영상이 아닌 기능성 영상을 얻어 대조도를 향상시키는 기술들을 중점적으로 연구하고 있다고 소개했다.

모든 파동 기반의 영상 장치들은 회절한계라는 물리적 해상도의 한계가 있습니다. 이를 극복하려는 시도는 오래전부터 있었으나 2014년 노벨화학상을 받은 초해상도 현미경 기술이 새로운 지평을 열었다고 할 수 있죠. 이번 연구의 출발점 또한 여기에 있습니다.”

유 교수는 매년 노벨상 시상식이 끝난 후 과학 분야의 내용을 훑어보곤 한다며, 초해상도 현미경이 물리학이 아닌 화학상을 수상한데 흥미를 가졌다고 설명했다. 이후 관련 세미 나에 참여한 그는 기술의 가능성을 확인, 이를 활용한 연구에 몰두했다. 이번 연구를 통해 유 교수는 초음파 조영제의 개별 신호를 구분해 위치를 찾아내는 국지화(Localization) 기술을 적용해 기존보다 4~5배 이상 향상된 해상도를 구현하는 데 성공했다. 기존 기술로 탐지 가능한 미세혈관 크기인 150~200um의 성능보다 5~6배에 뛰어난 최대 32마이크로미 터(um)의 미세혈관 관찰이 가능하다. 또한, 2분여의 시간이 소요되던 데이터 수집·처리 속도 또한 1초대로 줄였다. 그는 임상 연구가 가능한 수준의 결과를 구현해낸 것이라며 향후 다양한 활용에 대한 기대감을 전했다.

지금까지 없던 기술을 개발해낸 만큼 향후 임상의 어떤 분야에 활용될 수 있을지 의사들과 논의 중입니다. 향후 충분한 검증과 최적화를 통해 방향성을 찾아가고자 합니다.”

초해상도 초음파 영상 기술이 뇌 연구 분야에 활용될 경우 뇌의 혈류의 실시간 관찰이 가능해진다. 머리에 초음파 트랜스듀서를 고정시켜두면 자유롭게 움직이는 환경에서도 뇌 미세혈관의 혈류를 볼 수 있다. 유 교수는 이러한 방식이 적용된다면 연구 주제의 확장 또한 기대할 수 있다며, 향후 조기 진단이 어렵던 많은 질병들의 매커니즘을 밝히는데 도움이 되었으면 한다고 말했다.

 

보다 의미 있는 연구 수행하는 연구자, 독립적 연구자 배출하는 교육자

유재석 교수는 향후 인공지능과 웨어러블, 3차원 영상에 관한 연구에 집중할 전망이다. 그는 인공지능이 다양한 분야에서 각광받고 활용되고 있지만 매우 보수적으로 접근을 해야 하는 분야가 의료계라 설명했다. 사람의 생명을 다루는 분야다 보니 그만큼 신기술을 적용하는 데도 보수적인 까닭이다. 유 교수는 새로운 기술에 대해 신중히 접근하면서도 기술적 트렌드는 놓치지 않아야 한다고 말했다. 향후 기저 원리 부분에 인공지능을 활용한다면 인간이 풀지 못했던 문제를 풀 수 있는 도구로도 활용할 수 있으리라는 기대감과 함께였다. 웨어러블 초음파 또한 그가 관심을 갖는 분야 중 하나다. 최근 휘어지는 초음파 트랜스듀서가 개발되는 등 초음파 분야에도 다양한 기술적 진보가 이루어지고 있다. 나아가 3차원으로 초음파를 확장하는데도 관심을 두고 연구를 진행할 계획이다.

실제 임상에서 의미가 있는 연구를 수행하고자 합니다. 의 공학 분야 연구는 다른 분야와 달리 매우 보수적이고 높은 신뢰도를 요구합니다. 의료 기술 분야 연구의 99.9%가 상용화에 이르지 못하고 사장되어 버리죠.”

유 교수는 실제 환자에게까지 영향을 미칠 수 있는 기술을 개발하기 위해 융복합적 접근을 강조하고 있었다. 생명, 화학, 물리 등 모든 분야가 제대로 어우러질 때 진정한 의미의 솔루션이 탄생할 수 있는 만큼 다학제간 연구에 무게를 싣는 모습이다. 이러한 연구 자세는 학생들에게도 적용된다. 과학기술원에서 연구에 중점을 두고 미래의 연구자들을 육성하고 있는 만큼 주인의식을 함양시키는데 초점을 맞추고 있었다. 유 교수는 자율 하에 창의성도 나온다며, 독립적 연구자의 양성에 집중하고 있다고 전했다. 또한, 의공학 분야를 연구하는 만큼 과학과 기술을 융합한 접근과 원천적인 문제에 답을 내놓을 수 있는 연구의 필요성을 강조하는 모습이다.

하이리스크, 하이리턴의 연구를 수행하는 것은 학교에서만 할 수 있는 일이기에 원천 융합 기술에 대한 연구에 집중하고자 합니다. 또한, 교수로서 학생들이 마음껏 연구할 수 있는 공간과 환경을 만들어주고 싶습니다. 새로운 경험과 기회들을 선사하며 그들이 독립적 연구자로 성장할 수 있는 밑거름이 되겠습니다.”

 
 

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