【브레이크뉴스  경북 포항】박영재 기자=POSTECH (포항공과대학교, 총장 김무환) 김철홍 교수 연구팀이 초음파 검사 한 번만으로 안질환, 종양은 물론 몸속 환경을 들여다볼 수 있는 ‘4중 융합 영상 시스템’을 개발했다.

▲ 4중 융합 영상 시스템의 모식도  © 포스텍

9일 POSTECH에 따르면 전기전자공학과‧IT융합공학과‧기계공학과 김철홍 교수·박별리 박사·시스템생명공학부 통합과정 박정우씨 연구팀과 IT융합공학과 김형함 교수, 신소재공학과 정운룡 교수는 경북대 의과대학 김홍균 교수와 공동연구를 통해 투명 초음파 트랜스듀서를 개발하고 이를 활용하여 초음파 영상과 광음향, 광간섭, 형광 영상 시스템이 결합된 4중 융합 영상 시스템을 세계 최초로 구현했다.

이번 연구는 세계적 권위지 ‘미국립과학원회보(PNAS)’에 8일 자에 게재됐다.

최근 들어 초음파 영상 기기와 레이저를 사용하는 광학 영상 기기를 결합하여 다양한 영상과 정보를 얻는 멀티모달(multimodal) 영상 기기에 관한 관심이 늘고 있는 추세다. 이 중, 초음파 트랜스듀서는 초음파를 발생시켜 이미지를 얻는 장치로, 초음파 검사를 할 때 이미지 센서와 같은 역할을 하지만 이 장치가 종래에는 물리적으로 투명하지 않아 레이저를 통과시킬 수 없어 광학 영상 기기와 결합하기 상당히 제한적이었다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 레이저가 통과할 수 있는 투명한 초음파 트랜스튜서를 개발했다. 연구팀이 개발한 투명 초음파 트랜스듀서는 최초로 하나의 영상 시스템에서 초음파, 광음향, 광간섭, 형광의 4중 융합 영상을 얻을 수 있다.

실제 투명 초음파 트랜스듀서가 결합된 4중 융합 영상 시스템을 안과용 영상 진단기기에 접목해 생쥐를 관찰한 결과, 쥐 눈의 생체 내 화학적 화상 및 봉합사로 인한 각막 신생 혈관, 구조적 변화, 백내장, 염증 등 여러 가지 역학적 변화를 종합적으로 확인할 수 있었다.

▲ 광음향과 광간섭으로 동시에 촬영한 쥐 눈 영상  © 포스텍

또 종양 영상 진단기기로 활용할 경우, 흑색종에 걸린 쥐를 촬영한 결과 조영제 없이 흑생종, 주변 혈관의 산소포화도, 그리고 조직을 다양하게 시각화할 수 있었다. 또한, 분자 영상이 가능하여 유방암에 걸린 쥐에 인체에 무해한 조영제를 주사한 후 다양한 영상을 획득하고 관찰함으로써, 유방암도 진단할 수 있었다.

이 연구 결과는 안과 질환이나 종양 영상 진단은 물론 헬스케어나 의료 분야, 모바일, 자동차, 로봇, 비파괴검사 등 초음파와 광학 센서가 쓰이는 다양한 산업 분야에서도 광범위하게 사용될 수 있을 것으로 기대케 한다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 대학중점연구소, 중견연구자지원사업, 시스템반도체 융합전문인력 육성사업, POSCO 그리고 BK21 FOUR의 지원으로 수행됐다.

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

 Acquire quadruple fusion images at once

[Brake News, Pohang, Gyeongsangbuk-do] Reporter Seong-Hyun Lee = POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Moo-Hwan Kim) Prof. Chul-Hong Kim's research team has developed a'quaternary fusion imaging system' that allows you to see eye diseases and tumors as well as the internal environment with only one ultrasound examination. .

According to POSTECH on the 9th, Professor Cheol-Hong Kim, Byeol-ri Park, Department of Systems and Biotechnology, Department of Mechanical Engineering, Department of Electrical and Electronics Engineering, IT Convergence Engineering, Department of Mechanical Engineering, Professor Jeong-Woo Park and Professor Hyung-Ham Kim of the Department of IT Convergence Engineering, and Professor Woon-Ryong Jung of the Department of Materials Science and Engineering were jointly with Prof. Through research, we developed a transparent ultrasonic transducer and implemented it for the first time in the world to create a quadruple fusion imaging system that combines ultrasonic imaging, photoacoustic, optical interference, and fluorescence imaging systems.

The study was published on the 8th in the world-renowned journal, The American Academy of Sciences Newsletter (PNAS).

In recent years, there is a growing interest in a multimodal imaging device that obtains various images and information by combining an ultrasound imaging device and an optical imaging device using a laser. Among them, an ultrasonic transducer is a device that generates ultrasonic waves to obtain an image, and functions like an image sensor when performing ultrasonic inspection, but this device is not physically transparent in the past, so it cannot pass through a laser, so it is combined with an optical imaging device. It was quite limited to follow.

To solve this problem, the research team developed a transparent ultrasonic transducer through which the laser can pass. The transparent ultrasonic transducer developed by the research team can obtain quadruple fusion images of ultrasonic, photoacoustic, optical interference, and fluorescence in one imaging system for the first time.

As a result of observing mice by grafting a quadruple fusion imaging system combined with an actual transparent ultrasonic transducer into an ophthalmic imaging device, chemical burns in the rat eye and corneal neovascularization due to sutures, structural changes, cataracts, inflammation, etc. Various epidemiological changes could be comprehensively confirmed.

In addition, when used as a tumor imaging device, as a result of photographing a mouse with melanoma, it was possible to visualize melanoma, oxygen saturation of surrounding blood vessels, and tissues in various ways without a contrast medium. In addition, since molecular imaging is possible, breast cancer can also be diagnosed by injecting a contrast agent harmless to the human body into mice suffering from breast cancer, and then acquiring and observing various images.

The results of this study are expected to be widely used in various industries where ultrasound and optical sensors are used, such as healthcare and medical fields, mobile, automobiles, robots, and non-destructive testing, as well as eye disease and tumor imaging diagnosis.

On the other hand, this research was carried out with the support of the Korea Research Foundation's University Focus Research Center, the mid-level researcher support project, the system semiconductor convergence specialist training project, POSCO and BK21 FOUR.