레이저로 혈관·조직 들여다본다…광음향단층촬영(PAT) 기술이란? [고든 정의 TECH+]

현대 의학은 몸속을 들여다볼 수 있는 첨단 진단 장치 덕분에 크게 발전했습니다. X선 촬영, 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI), 초음파 기술은 끊임없이 발전하면서 질병을 진단하고 치료하는 데 큰 역할을 하고 있습니다.

하지만 지금까지 거둔 발전에도 불구하고 더 간편하고 정확한 질병 진단를 위해 과학자들은 끊임없이 새로운 새로운 진단 기술을 개발하고 있습니다. 2000년 대 초반부터 많은 발전이 이뤄지고 있는 광음향 단층촬영(PAT·PhotoAcoustic Tomography) 기술입니다.

광음향 기술은 이름 그대로 빛이 음파로 바뀌는 현상을 이용한 것입니다. 약한 레이저를 조직에 발사하면 그 에너지가 흡수되는 과정에서 조직이 팽창합니다. 그러면 약한 진동이 발생하는데, 이때 나오는 음파를 분석해 초음파처럼 내부를 들여다보는 것이 광음향 기술입니다.

광음향 기술은 기본적으로 초음파처럼 방사선 노출 위험 없이 조직을 들여다볼 수 있고 반사되는 초음파 대신 조직에서 나오는 음파를 확인하기 때문에 훨씬 해상도가 높아 밀리미터 크기의 혈관도 확인할 수 있습니다. 특히 최근 등장한 PAT은 3차원으로 혈관 및 조직을 확인할 수 있어 차세대 진단 기술로 주목받고 있습니다.

하지만 PAT에도 몇 가지 단점에 있습니다. 레이저가 조직에 깊이 흡수되기는 어렵기 때문에 투과가 가능한 깊이가 대개 15㎜ 정도라는 점이 대표적 단점입니다.

그러나 임상에서 PAT의 활용도를 크게 떨어뜨리는 문제점은 초음파처럼 바로 이미지를 얻지 못하고 5분 이상의 시간이 필요하다는 것입니다. 그 사이 움직이면 이미지가 흔들리는 문제가 생겨 검사자와 환자 모두 불편할 수밖에 없습니다.

영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 연구팀은 오랜 연구 끝에 5분이 아니라 수초만에 이미지를 얻을 수 있는 PAT 기술을 개발했습니다. 연구팀은 한 개가 아닌 여러 곳에서 초음파 데이터를 확인하고 이미지 압축 기술과 수학적 모델로 이미지 처리 속도를 끌어올려 수초에서 1초 이내에 이미지를 확보할 수 있습니다.

PAT 검사 시간이 크게 단축되면 이미지 품질이 올라가는 것은 물론이고 초음파처럼 움직임도 실시간 영상처럼 확인할 수 있어 활용도가 크게 높아집니다. 물론 환자도 많이 편해지고 오래 기다릴 필요가 없습니다.

연구팀은 7명의 건강한 자원자와 2형 당뇨 환자, 유방암 환자, 류머티즘 관절염 환자에서 이 기술을 테스트했습니다. 그 결과 새로운 PAT 장치가 암 조직 근처의 염증, 관절염이 있는 손가락, 혈관이 좁아진 다리와 발 혈관 등 과거에는 쉽게 구할 수 없었던 이미지를 빠르고 정확하게 얻을 수 있다는 점을 알아냈습니다.

물론 실제 의료 현장에서 사용되기 위해서는 더 많은 환자를 대상으로 한 임상 시험과 관계 기관의 승인이 필요합니다. 앞으로 후속 연구와 검증을 거쳐 PAT가 초음파나 CT, MRI처럼 의료 현장에서 혁신을 일으킬 수 있을지 주목됩니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com