연구성과

창의IT 김철홍 교수팀, 고강도 집속초음파 치료 중 광음향 영상 이용해 실시간 종양 온도 확인

2019-12-02 103

– 광음향·초음파 영상시스템 개발
– 기존 초음파시스템과 결합 가능…미국전기전자학회 표지논문 게재

고강도 집속초음파(High Intensity Focused Ultrasound, 이하 HIFU) 치료란, 체외에서 병변 부위까지 높은 강도의 초음파를 전달하여 병든 조직과 종양을 제거하는 비침습 치료법으로, 병변 주위 조직에 영향을 미치지 않고 빠른 회복이 가능해 ‘미래의 초음파’라 불리는 획기적인 기술이다. 최근 국내 연구팀이 광음향 초음파 영상 시스템을 개발함으로써 HIFU 치료 중에 실시간으로 종양이나 병변 부위의 온도가 상승하는 것을 확인했다. 이는 종양 등 병변의 위치와 상태를 알 수 있는 것으로, 앞으로 더욱 정교한 HIFU 치료가 기대된다.

창의IT융합공학과 김철홍 교수, 김지수 박사, 통합과정 최원석씨 연구팀은 강력한 HIFU파의 간섭 없이 치료과정을 확인할 수 있는 실시간 광음향 온도 측정 시스템을 새롭게 제안했다. 이 시스템에 따르면 체외에서 병변 부위까지 높은 강도의 초음파를 전달하는 과정 중에도 초음파 이미징, 광음향 이미징, 광음향 온도 측정이 가능하다.

이 연구성과는 미국전기전자학회(IEEE) ‘트랜잭션즈 온 바이오메디컬 엔지니어링(Transactions on Biomedical Engineering)’에 게재됐으며, 특집기사 및 표지논문으로 선정됐다.

HIFU 치료는 고강도의 초음파에너지를 한곳에 모을 때 초점에서 발생하는 65~100℃의 고열을 이용해 병든 조직을 태워 없애는 방법이다. 때문에 칼이나 바늘을 사용하지 않고 전신 마취가 필요 없이 몸속에 있는 병변을 치료할 수 있으며, 주변 정상 조직을 훼손하지 않는다는 장점이 있다.

HIFU는 전달되는 부위에 따라 다른 온도값을 갖는다. 정상 부위와 병변의 온도를 측정하는 것은 병변의 위치와 상태를 정확하게 파악할 수 있어 시술의 안전성을 높이며, 적절하게 치료를 계획하는 데 필수적이다. 이를 위해서 MRI나 초음파 등의 의료영상 기술이 뒷받침되어야 했다.

과거에도 HIFU 치료과정을 관찰하기 위한 광음향 온도 측정 연구는 있었지만, HIFU가 켜져 있는 동안 이미지를 만들 수 없거나, 2D 모니터링을 제공할 수 없거나, 임상에서 사용할 수 없는 등 많은 한계가 있었다.

연구팀은 종양이 있는 실험용 쥐를 이용하여 광음향 신호 세기와 온도를 측정한 결과, HIFU로 인한 치료 부위의 온도가 증가하는 것을 실시간 광음향 영상을 이용해 확인했다. 또한, 광음향 영상을 통해 기존 초음파에서 구별하기 어려웠던 병변 부위를 광흡수 정도에 따라 구별할 수 있었다.

연구를 주도한 김철홍 교수는 “이번 광음향 초음파 영상 시스템 개발로 실시간 온도 상승 측정이 가능해짐으로써 HIFU 치료의 효과적인 계획을 세울 수 있게 됐다”며, “무엇보다 기존 초음파 영상 기반 HIFU 치료 시스템에 레이저를 결합함으로써 빠르게 임상에 적용할 수 있다”며 연구의 의미를 밝혔다.

한편, 이 연구는 ICT명품인재양성사업, 한국연구재단 파이오니어사업, 보건복지부 보건의료기술연구개발사업의 지원으로 수행됐다.