DGIST, 인체 속 깊은 혈관을 실시간 3D 초음파로 선명하게 구현

DGIST(총장 이건우)가 로봇 및 기계전자공학과 유재석·김회준·이상훈 교수 공동 연구팀이 조영제를 사용하지 않고도 인체 속 깊은 곳의 혈관을 3차원으로 선명하게 시각화할 수 있는 초음파 영상 기술을 개발했다. 이번 기술은 방사선 노출이나 조영제 주사 없이도 정밀한 3D 혈류 영상을 구현할 수 있어, 의료 영상의 안전성과 접근성을 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대된다.

일반 초음파 검사는 대부분 2차원 단면 영상으로, 장기나 혈관의 전체 형태를 보기 어렵다. 인체 내부 혈관을 입체적으로 보려면 조영제 주입이나 CT·MRI 같은 대형 장비가 필요하지만, 조영제는 신장 손상·알레르기 등 부작용 위험이 있고 검사 비용과 방사선 노출 부담도 크다. 이러한 이유로 안전하고 간편한 3D 초음파 기술에 대한 수요가 높았다.

특히 기존 3D 초음파 기술은 수천 개의 송수신 채널을 사용하는 복잡한 센서 구조로 인해 장비가 크고 고가라는 한계가 있었다. DGIST 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 채널 수를 획기적으로 줄인 '행-열 방식 배열(Row-Column Addressed Array, RCA)' 구조를 도입했다. RCA 방식은 하드웨어를 단순화할 수 있지만 신호 감도와 영상 품질이 낮아지는 단점이 있었다. 

이에 연구팀은 여러 각도에서 영상을 합성하는 평면파 기법을 정밀하게 최적화하고, 신호를 암호화해 세기를 높이는 '코드화 여기(Coded Excitation)' 기술을 결합해 이러한 한계를 극복했다. 이를 통해 조영제 없이도 피부 아래 약 7㎝ 깊이의 혈관을 고해상도로 영상화하는 데 성공했다.

연구팀은 건강한 성인의 간과 비장을 대상으로 생체 내 실험을 진행해 초당 27프레임의 속도로 혈류의 움직임을 실시간 포착했고, 기존 대비 대조도-잡음비(CNR)가 약 9~10dB 향상되는 성과를 얻었다. 또한 미국 FDA 및 IEC 기준에 따른 안전성 검증에서도 장시간 촬영 시 프로브 과열 없이 안정적인 에너지 수준을 유지함을 확인했다.

유재석 교수는 “이번 연구는 복잡한 장비나 조영제 없이 인체 깊은 곳의 혈관을 3차원으로 관찰할 수 있음을 입증한 중요한 성과”라며, “특히 심부 장기 질환의 비침습적 진단과 모니터링에 즉시 적용할 수 있고, DGIST의 융합 연구를 통해 실제 임상에서 활용할 수 있는 의료기기로 발전시키겠다”고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF) 과학기술정보통신부 및 교육부에서 지원하는 우수신진연구와 글로컬랩, 그리고 DGIST R&D Program의 지원을 받아 수행됐으며, 의료 초음파 분야의 세계적 학술지 'Ultrasonics'에 지난 9월17일 온라인 게재됐다.