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김철홍 교수팀, ‘다중컬러 광음향 림프절 조영술’ 개발

2015-10-05
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몸 속에 숨어있는 림프절‘광음향’으로 샅샅이 들여다본다

창의IT 교수 외 사진

* 사진설명(좌로부터) 김철홍 교수, 이창호 교수, 김지수 박사과정

크기가 1~2cm 정도에 불과하면서도 우리 몸 속 전체에 퍼져 있는 면역기관 ‘림프절(lymph node)’*1은 건강의 바로미터다. 예를 들어 감기에 걸렸을 때 편도가 붓는 것은 호흡기 바이러스가 몸에 들어왔을 때 목구멍 근처의 림프절에서 바이러스에 대한 항체 반응을 일으키기 때문이다. 그러나 우리 몸속에는 수많은 림프절들이 서로 복잡하게 얽혀 있어, 몸에 이상이 생겼다 하더라도 기존 림프절 조영법*2으로는 정밀한 탐지가 쉽지 않았다.

창의IT융합공학과 김철홍 교수이창호 교수김지수 박사과정 연구팀은 기존 의료계에서 사용하는 조영법 보다 훨씬 더 깊고 선명하게 촬영 가능한 광음향*3 림프절 조영술을 개발하고, 관련 연구 성과를 생체소재분야 국제 권위지 ‘바이오머티리얼즈(Biomaterials)’ 최신호(9월 16일)를 통해 발표했다.

김철홍 교수팀은 림프절 분포를 정확히 분별해 내는 것이 암진단 등 각종 질병을 진단하는데 중요함에도 불구하고 기존 방사선이나 형광 영상기반 조영술로는 복잡한 림프절을 탐지하는데 어렵다는 사실에 주목했다. 연구팀은 광음향 촬영 장치와 유기 나노제조된 두 가지 물질(나프탈로사이아닌 707nm 및 860nm)을 동시에 사용하는 방법으로, 서로 떨어져 있는 두 가지 림프절들을 광음향으로 동시에 뚜렷하게 촬영하는데 성공했다. 두 나노 물질의 근적외선*4 흡수도가 서로 다르다는 점에 착안한 것이다.

특히 이 기술을 이용하면, 기존 조영술보다 훨씬 고해상도로 촬영이 가능하고, 깊이 숨어 있는 림프절을 탐지해 낼 수 있다. 또한 복합 림프절의 연관 정보를 한눈에 파악하여 환자에게 영향을 최소화하면서도 효과적인 림프절 절제 시술이 가능하고, 암 진단 시 다양한 부위(목, 유방 등)의 동시 촬영도 가능하다.

연구를 주도한 김철홍 교수는 “기존 상용 초음파 장비와 결합하여 응용하면 우리 몸의 하수구와 같은 림프절 생체조직을 기존 조영술보다 훨씬 더 깊고 선명하게 볼 수 있는 광음향 영상을 구현할 수 있을 것으로 예상된다”며 “특히, 다른 색상으로 구분되어 표시되는 두 가지 림프절 영상은 유방암 진단과 같은 최소 침습 절제술에 크게 기여할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 및 정보통신산업진흥원의 ‘IT 명품인재 양성사업, 한-중 과학기술협력센터의 ’선도 연구센터 육성사업‘, 해양 수산부의 ‘해양 융복합 바이오닉스 소재 사용화 기술 개발 사업’의 지원을 받아 수행됐다.

1. 림프절 (lymph node, –)
생체 내에서 전신에 분포하는 면역기관의 일종으로, 내부에 림프구 및 백혈구가 포함되어 있다. 각 림프절은 림프관에의해 서로 연결되어 있으며 림프절에서는 림프관을 타고 림프절로 들어온 외부 항체 등에 대한 탐식작용 및 항원제시, 항체생성 림프구의 증식 등 일련의 면역반응이 일어난다.

2. 림프절 조영법 (lymphangiography, -造影法)
림프관과 림프절(림프샘), 가슴 림프관에 조영제를 주입하고 촬영하는 방사선 검사. 주로 악성 종양의 림프샘 전이 상태, 악성 림프 종양의 진단, 림프 계통 부종, 가슴 림프관의 변화 등 알아낸다.

3. 광음향 (光音響)
물질이 빛을 흡수하여 음향적 반응을 나타내는 현상

4. 근적외선 (near infrared ray, 近赤外線)
햇빛이나 발열체로부터 방출되는 빛을 스펙트럼으로 분산시켰을 때 적색 스펙트럼의 끝보다 바깥쪽에 있는 것이 적외선이며, 이 가운데 파장이 가장 짧은 것이 근적외선이다.

나프탈로사이아닌(나노랩) 707nm와 860nm 두 가지를 동시에 활용하여 살아있는 쥐의 림프절을 광음향 영상으로 촬영.

* 그림설명: 나프탈로사이아닌(나노랩) 707nm 860nm 두 가지를 동시에 활용하여 살아있는 쥐의 림프절을 광음향 영상으로 촬영.