(좌)이용재 연구 교수, (가운데)Tranh Dat Le 박사과정 학생, (가운데)이창호 교수, (우)엄태중 교수
전남대학교 핵의학과·인공지능융합학과 이창호 교수 연구팀이 부산대학교 광메카트로닉스공학과 엄태중 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 단일 레이저로 생체 조직의 공간 정보와 분광(다파장) 정보를 동시에 획득할 수 있는 공간분광 광음향 현미경(Spatiospectral Photoacoustic Microscopy) 시스템을 개발하는 데 성공했다.
광음향 현미경은 빛을 쬐면 조직이 미세하게 팽창하며 내보내는 초음파를 이용해, 조영제(색소 주사) 없이도 혈관의 모양과 혈액 속 산소량을 선명하게 찍어내는 의료영상 기술이다. 그런데 혈액 속 성분을 정확히 구별하려면 색이 다른 여러 빛(파장)을 번갈아 비춰야 한다. 지금까지는 이를 위해 레이저를 여러 대 쓰거나 같은 부위를 여러 번 나눠 찍어야 했는데, 이 경우 빛마다 촬영 시점과 위치가 조금씩 어긋나 결과가 부정확해지는 문제가 있었다.
연구팀은 이 문제를 특수 제작한 하나의 레이저로 풀었다. 이 레이저는 초록색 빛(532 nm)과, 헤모글로빈이나 조영제(ICG)가 잘 흡수하는 근적외선 빛(735~855 nm)을 아주 짧은 시간차(약 150 나노초, 1억분의 1.5초)를 두고 연달아 자동으로 쏘아준다. 덕분에 한 번의 스캔만으로 두 가지 빛으로 찍은 영상을 거의 같은 순간에 얻을 수 있어, 두 영상이 어긋나지 않고 훨씬 정확하게 겹쳐진다. 쉽게 말해, 원래 두 번 찍어 합쳐야 했던 사진을 이제는 한 번에, 그것도 더 또렷하게 찍을 수 있게 된 것이다. 이 레이저는 1초에 2만~3만 번 빛을 쏠 만큼 빠르면서도, 오랜 시간 촬영해도 출력이 거의 흔들리지 않는(8시간 동안 오차 0.44%) 높은 안정성을 보였다.
연구팀은 살아있는 생쥐 실험으로 이 시스템의 성능을 확인했다. 산소가 부족한 상황에서 동맥과 정맥의 산소량이 실시간으로 변하는 모습을 추적했고, 조영제를 주입해 혈관을 따라 퍼져 나가는 과정을 영상으로 담았으며, 종양 주변의 림프액 흐름과 종양 혈관의 산소 소모 상태까지 정밀하게 분석하는 데 성공했다.
이창호 교수는 "이번 성과는 여러 레이저를 결합하던 기존 방식의 동기화·안정성 한계를 단일 레이저 구조로 극복한 것"이라며 "광음향 영상이 단순한 구조 영상을 넘어 혈관 생리·종양 대사·림프 기능을 아우르는 실시간·정량 분자 진단 도구로 발전할 수 있는 기반을 마련했다"고 설명했다.
이번 연구에는 이용재 연구교수(부산대)와 전남대 Thanh Dat Le 박사과정 학생(전남대)이 공동 제1저자로, 이창호 교수(전남대)와 엄태중 교수(부산대)가 공동 교신저자로 참여했다.
개발된 시스템은 향후 심혈관 질환, 종양, 림프 관련 질환 등 다양한 임상 분야에서 조기 진단과 실시간 모니터링에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 광학 분야 국제 저명 학술지 'Laser & Photonics Reviews'(Wiley) [2026]년 온라인판에 게재되었다. (DOI: https://doi.org/10.1002/lpor.71584) [Impact Factor: 9.7, JCR 상위 6.79%]
이번 연구는 한국연구재단(NRF) 지역대학우수과학자지원사업, 바이오의료기술개발사업, 한-중 협력기반조성사업, 보건복지부 글로벌의사과학자양성사업의 지원으로 수행되었다.
