실시간 조직검사 가능한 초소형 현미경 개발(03.27)

지름 3.2mm로 내시경 삽입…머리카락 두께 1/6까지 구별

정기훈 KAIST 교수팀, 임상실험 거쳐 상용화 예정

# 지난해 대장내시경 검사를 받은 34살 직장인 문 모씨는 5mm 크기의 용종이 발견돼 제거수술을 받았다. 대장암 가족병력이 있어 일주일 후 조직검사 결과가 나온다는 말에 초초한 마음으로 밤잠을 설쳤다.

KAIST(총장 강성모) 바이오 및 뇌공학과의 정기훈 교수 연구팀은 내시경에 장착해 실시간 조직검사를 할 수 있는 초소형 현미경을 개발했다고 27일 밝혔다.

지름이 3.2mm에 불과한 이 현미경은 20f/s(초당 프레임 수)의 속도로 3mm 깊이까지 3차원으로 스캔할 수 있고, 분해능(최소 식별 거리)은 머리카락 두께(100μm)의 약 6분의 1인 17μm로 암세포, 정상세포, 염증세포 등을 정확하게 구별해 낼 수 있다.

이번 기술 개발로 보통 2~3일 걸리던 조직검사를 실시간으로 수행할 수 있고, 불필요한 조직검사 횟수를 줄일 수 있다. 또 점막절제술 시 정확한 위치에 대한 시술이 가능해져 합병증을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

이와 함께 일본 업체들이 독점하며 진입장벽이 높았던 의료용 내시경 장비 시장 진입도 기대할 수 있게 됐다.

기존 내시경 조직검사는 의심되는 병변부위를 절제한 후 현미경으로 조직검사를 수행하기 때문에 실시간 진단이 불가능했다. 또 조직검사 과정에서 세포 염색 등을 위한 시간이 오래 걸려 정확도가 떨어졌다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 물리적인 절개 없이 실시간으로 조직을 진단하는 광간섭단층촬영술(OCT, Optical Cohrence Tomography) 등 차세대 영상기법을 내시경에 접목하는 연구가 최근 활발히 진행 중이다.

소화기 내시경(지름 약 11mm)에 최신 영상기술을 접목하기 위해서는 직경 3.5mm이내의 한정된 공간에 초소형 현미경을 구현하는 것이 핵심인데 최근에는 압전소자와 광섬유를 이용해 직접 스캐닝하는 방식이 주로 사용됐다.

그러나 기존 광섬유 스캐너는 광섬유의 대칭적 구조로 인해 발생하는 물리적 간섭현상에 매우 취약해 임상용 의료내시경 개발에 한계가 있었다.

연구팀은 미세전자기계기술(MEMS, Micro Electro Mechanical Systems)을 이용해 문제점을 해결했다.

연구팀은 광식각공정 및 심도반응성 이온기술을 이용해 미세 실리콘 보조 구조물을 제작했다. 이를 광섬유와 결합해 구동특성을 변조함으로써 간섭현상을 해결하고 광섬유 스캐너의 안정성을 크게 향상시켰다. 또 스캔 패턴을 변화시켜 시간에 따라 연속적으로 해상도를 높일 수 있는 이미지 복원방법을 구현했다.

그 결과 관찰한 부분의 3차원 구조를 최소 0.5초 내에 측정할 수 있었고, 스캔 시간이 늘어남에 따라 연구팀은 좀 더 정밀한 이미지를 얻을 수 있었다.

정기훈 교수는 "국내 내시경 업체 및 병원과 긴밀한 협력을 통해 시제품 제품 개발에 박차를 가하고 있다"며 "동물실험 및 임상실험을 거쳐 수년 내 상용화 될 것"이라고 제품 출시에 대한 기대감을 내비쳤다.

이번 기술 개발 성과는 광학분야 세계적 학술지인 옵틱스 익스프레스(Optics Express) 온라인판에 지난 5일 게재됐다.