번개가 치면 수초 뒤 천둥소리가 뒤늦게 들려오는 것을 접할 수 있다. 번개가 지나간 주변 물질이 빛을 흡수해 빛이 열로 변하는 과정에서 물질이 팽창해 음향을 발생시키는 ‘광음향’ 현상이다. 과학자들은 최근 이 원리를 몸속에 적용해 고정밀 초음파를 만들고 몸속을 관찰하는 데 활용하고 있다.

창의IT융합공학과 김철홍 교수가 이끄는 생체 광음향 의료영상 연구실은 몸속에 번개를 내리쳐 샅샅이 들여다보는 광음향 기술을 개발하고 있다. 광음향 기술을 통해 구석구석을 들여다보며 조기에 암을 진단하는 성과를 내고 있다. 저가의 초음파 기기에도 그대로 기술을 적용할 수 있어 다양한 임상에도 쉽게 적용가능한 장점을 살려 장비 개발에도 속도를 내고 있다. 최근에는 인공지능(AI) 기반 초음파 및 광음향 기술을 활용한 차세대 의료영상기술을 개발하고 이를 임상에 적용해 상용화를 추구하고 있다.

광음향은 초음파 기술을 한 단계 높인 기술이다. 초음파는 소리를 기계로 만들어 보낸 다음 돌아오는 소리를 측정해 물체의 구조를 파악한다. 광음향은 초음파 대신 레이저를 쏘아 몸속에서 초음파 만들고 이를 측정해 감도를 최대한 높인다. 기존 초음파는 최종 진단이 어려워 컴퓨터단층촬영(CT)이나 자기공명영상(MRI) 등 고가이거나 방사선 노출이 필요한 장비가 추가로 따라온다. 광음향 장비를 활용하면 추가 진단 없이도 병을 진단하는 것이 가능하다.

연구실은 10년간의 연구 기간을 거쳐 다양한 성과를 내고 있다. 위내시경을 대신할 수 있는 광음향 진단장치를 개발하고 ‘네이처 나노테크놀러지’에 발표한 연구가 대표적이다. 지난해에는 국제학술지 ‘네이처 빛:과학과 적용’에 피부속 복잡한 혈관이나 림프관, 각종 암 등을 깊고 뚜렷하게 시각화하는 초고해상도 영상기술을 발표했다.

연구실은 의료영상 장비를 처음부터 아이디어를 내 개발하며 이를 임상에 적용하고 상용화하기까지 전체 과정을 모두 연구한다. 여기에 AI를 적용해 기존 시스템의 물리적 한계를 극복하는 새로운 연구도 수행한다. 연구실은 산업계가 원하는 수준의 장비와 소프트웨어를 갖춘 시스템을 개발하면서 구성원 모두가 미래 새로운 기술 변화에 언제든 적응할 수 있는 준비된 잠재력을 갖춰가고 있다.