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“현재 암 확진을 위한 조직검사는 일주일가량이 걸립니다. 수술을 할 때는 재발을 막기 위해 넓은 면적의 조직을 절제합니다. 의사의 경험에 근거해 범위를 정합니다. 우리가 만드는 다중 모달 융합내시경을 이용하면 암을 진단하고 치료할 때 보다 빠르고 객관적인 정보를 제공할 수 있을 것입니다.”송철 DGIST 로봇공학전공 교수가 말했다. 송 교수는 문대원 뉴바이올로지전공 교수와 황재윤 정보통신융합전공 교수, 김은주 동반진단의료기술융합연구실 책임연구원, 김재영 뉴바이올로지전공 연구교수 등 10여 명의 연구진과 함께 암 진단과 치료에 적용할 다중 모달 융합내시경 기술을 연구하고 있다. 다중 모달 융합내시경에는 조직의 생체정보를 파악하는 ‘현미경 기반 대기압 질량분석법’과, 3차원 이미지를 찍는 ‘광 결맞음 단층촬영법’, 2차원의 분포를 정량적으로 파악하는 ‘분광 이미징기법’ 등 세 가지 기술이 들어간다.
송 교수는 “(이 기술이 완성되면) 의심되는 암의 깊이와 경계면을 이미징 기술로 찾고 질량분석법으로 조직을 정확히 진단해 입체적인 치료방법을 마련할 수 있다”고 설명했다.
문 교수는 “우리가 생활하는 대기압에서 암 조직의 시료를 채취해 질량분석을 하는 기술을 자체개발했다”며 “세계 최초로 내시경과 질량분석기술을 접목할 것”이라고 말했다.
반도체 공정에서 30여 년 전부터 사용된 기존의 질량분석 이미징 기술은 초진공상태에서 가속 이온 빔을 통해 이뤄졌고, 0.1μm(마이크로미터, 100만분의 1m) 수준의 물체를 구분할 수 있는 성능(분해능)을 갖추고 있었다.
문 교수는 “현재는 조직을 열로 태울 때 나오는 연기를 빨아들여 질량분석을 하고 있다”며 “이 방식은 조직이 차지하는 공간정보도 알 수 없고 원래의 물질이 타면서 변형됐기 때문에 정확도에도 한계가 있다”고 설명했다.
연구팀은 대기압에서 작동하는 근적외선 레이저로 조직을 기화시킨 뒤, 플라스마로 이온화해 공간 정보를 얻는 ‘현미경 기반 대기압 질량분석법’을 개발하는 데 성공했다. 분해능도 수십 μm인 타 기술과 비교해 3μm 수준으로 높였다.
연구팀은 수 μm 굵기로 집중시킨 레이저로 실제 암조직과 이와 비교할 정상조직을 기화시켰다. 아르곤 또는 헬륨기체로 만든 플라스마로 조직을 이온화 시킨 뒤, 진공으로 옮겨 질량분석을 하는 방법으로 두 조직간의 차이점을 비교해 데이터화하고 있다.
대기압 질량분석 기술 개발을 이끈 김재영 연구교수는 “단순한 진단에서 그치는 것이 아니라 분자정보의 변화도 확인할 수 있기 때문에 투여한 항암제가 환자에게 맞지 않을 경우 빠르게 재처방을 내리는 데도 도움이 될 것”이라고 전망했다.
◀ 김재영 DGIST 뉴바이올로지전공연구교수(오른쪽)와 임진택 학생이 현미경 기반 대기압 질량분석기의 레이저 세기를 측정하고 있다.
3단계 심층분석으로 정확한 조치 돕는다
다중 모달 융합내시경에는 대기압 질량분석 이미징 기술 외에도 두 가지 기술이 추가로 탑재된다.
확인이 어려웠던 신체 조직 내부는 광 결맞음 단층촬영기술로 3차원의 영상으로 만들어 암의 깊이를 파악한다. 분광이미징 기술로는 빛의 흡수 스펙트럼을 이용해 2차원 이미지를 만들어 암조직의 경계를 명확히 확인한다.
송 교수는 “세 가지 이미징 기술을 내시경에 담아 진단과 징후를 예측하는 정확도를 80% 이상으로 끌어 올리는 것이 목표”라며 “각각의 기술을 최적화해한 기계 안에 담을 수 있도록 설계하는 것이 관건”이라고 설명했다. 연구팀은 2018년까지 기초기술을 개발해 특허를 출원하고 대장암과 위암에 걸린 동물모델부터 실험할 계획이다. 문 교수는 “연구 성과가 모이면 기업과 연계해 다중 모달 융합내시경기술로 의료시장을 새로 개척할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
문 교수는 “현재는 조직을 열로 태울 때 나오는 연기를 빨아들여 질량분석을 하고 있다”며 “이 방식은 조직이 차지하는 공간정보도 알 수 없고 원래의 물질이 타면서 변형됐기 때문에 정확도에도 한계가 있다”고 설명했다.
연구팀은 대기압에서 작동하는 근적외선 레이저로 조직을 기화시킨 뒤, 플라스마로 이온화해 공간 정보를 얻는 ‘현미경 기반 대기압 질량분석법’을 개발하는 데 성공했다. 분해능도 수십 μm인 타 기술과 비교해 3μm 수준으로 높였다.
연구팀은 수 μm 굵기로 집중시킨 레이저로 실제 암조직과 이와 비교할 정상조직을 기화시켰다. 아르곤 또는 헬륨기체로 만든 플라스마로 조직을 이온화 시킨 뒤, 진공으로 옮겨 질량분석을 하는 방법으로 두 조직간의 차이점을 비교해 데이터화하고 있다.
대기압 질량분석 기술 개발을 이끈 김재영 연구교수는 “단순한 진단에서 그치는 것이 아니라 분자정보의 변화도 확인할 수 있기 때문에 투여한 항암제가 환자에게 맞지 않을 경우 빠르게 재처방을 내리는 데도 도움이 될 것”이라고 전망했다.
◀ 김재영 DGIST 뉴바이올로지전공연구교수(오른쪽)와 임진택 학생이 현미경 기반 대기압 질량분석기의 레이저 세기를 측정하고 있다.3단계 심층분석으로 정확한 조치 돕는다
다중 모달 융합내시경에는 대기압 질량분석 이미징 기술 외에도 두 가지 기술이 추가로 탑재된다.
확인이 어려웠던 신체 조직 내부는 광 결맞음 단층촬영기술로 3차원의 영상으로 만들어 암의 깊이를 파악한다. 분광이미징 기술로는 빛의 흡수 스펙트럼을 이용해 2차원 이미지를 만들어 암조직의 경계를 명확히 확인한다.
송 교수는 “세 가지 이미징 기술을 내시경에 담아 진단과 징후를 예측하는 정확도를 80% 이상으로 끌어 올리는 것이 목표”라며 “각각의 기술을 최적화해한 기계 안에 담을 수 있도록 설계하는 것이 관건”이라고 설명했다. 연구팀은 2018년까지 기초기술을 개발해 특허를 출원하고 대장암과 위암에 걸린 동물모델부터 실험할 계획이다. 문 교수는 “연구 성과가 모이면 기업과 연계해 다중 모달 융합내시경기술로 의료시장을 새로 개척할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
