포항공대, 저사양 장비로 종양·장기 3D 실시간 관찰 기술 개발

연구 이미지. /포항공대 제공

포항공과대학교 연구팀이 고가 장비 없이도 인체 장기와 종양 변화를 실시간 3D로 관찰할 수 있는 새로운 영상 기술을 개발했다. 

이번 연구는 김철홍 포항공대 교수 연구팀이 수행했으며, 국제 학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 최근 게재됐다.

기술의 기반이 되는 ‘광음향 이미징’은 레이저 조사로 발생하는 미세한 음향 신호를 초음파 센서로 감지해 몸속을 영상화하는 방식이다. 이 원리를 확장한 PACT(광음향 컴퓨터 단층 촬영) 기술은 여러 방향에서 신호를 동시에 수집해 구조와 기능, 조영 정보까지 한 번에 보여주는 차세대 영상 기술로 주목받아 왔다. 그러나 기존 고사양 장비는 센서 수가 많아 가격이 높고 데이터 처리 속도가 느려 실시간 관찰이 어렵다는 한계가 있었다.

연구팀은 적은 수의 센서만으로도 고해상도 영상을 구현하는 기술을 개발했다. 핵심은 128개 센서로 얻은 저사양 데이터를 1024개 센서 장비 수준으로 보정해 주는 ‘하이브리드 확산’ 딥러닝 모델이다. 이를 통해 종양 내 혈관 생성, 산소 공급 변화, 약물 이동 경로까지 정량적으로 추적할 수 있다.

모델은 광음향 특성에 맞게 설계된 확산 전방향 과정에 CNN, self-attention, Mamba 모듈을 결합해 기존 확산 모델이 수백 번 반복했던 계산을 2회만에 처리할 수 있는 속도를 구현했다. 실험에서도 256개 센서 장비로 산소포화도와 헤모글로빈양을 정확히 측정했으며 전이학습을 적용하자 128개 센서 장비에서도 심장·뇌·신장 등 주요 장기의 빠른 변화를 고속으로 촬영할 수 있었다. 조영제 유무와 관계없이 영상 품질도 크게 향상됐다.

김철홍 교수는 “고가 장비 없이도 종양 변화를 안정적으로 관찰할 수 있다는 점이 이번 기술의 핵심”이라며 “심혈관·내분비 질환 등 다양한 연구 및 임상 분야에서 장비 진입 장벽을 낮추는 해법이 될 것”이라고 말했다.

/단정민기자 [e-mail]