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Start Up Innovation / Science
2가지 초음파로 장기 영상을 선명하게
캐논 메디칼, 초음파진단장치 개발해 노이즈 최소화

캐논 메디칼시스템즈는 체내 장기의 상태를 선명하기 볼 수 있는 초음파진단장치를 개발했다. 2종류의 초음파를 조합한 진단 기술을 활용. 지금까지 초음파진단장치로는 어려웠던 폐 주변 등 ‘공기가 들어 있는 장기’ 진단의 정밀도를 향상시켰다. 최신 기종의 경우, 영상도 선명해져 1mm 이하의 환부도 진단이 가능, 환자의 조기 치료에 도움이 될 것으로 기대되고 있다.

“도입 병원의 의사로부터 “1mm씩 움직이게 하며 보고 싶다”라는 말을 듣기도 한다.” 캐논 메디칼의 초음파사업부, 야마기시(山岸) 그룹장은 새로운 장치의 높은 성능에 대해 이렇게 자랑했다. 캐논 메디칼이 개발한 초음파진단장치의 상위 기종인 ‘i시리즈’는 고객으로부터 높은 평판을 받고 있다.

초음파진단장치는 프로브(Probe)라고 하는 소형기기를 환자의 몸에 대면 사람에게는 들리지 않는 초음파를 송신. 반사된 초음파를 프로브로 수신해 그 강도를 밝기로 변환시켜 체내의 상태를 실시간으로 보여준다. 의사는 그 영상을 보고 장기의 위치 및 형태를 통해 환자의 병을 판단하는 것이다. 산부인과와 간 질환 환자의 진단에 이용되고 있다.

-- 체내의 깊숙한 곳도 볼 수 있어 --
하지만 초음파진단장치의 영상은 때론 대상물 이외의 물체를 영상화하기도 한다. 이러한 노이즈로 인해 영상이 뿌옇게 보이거나 불필요한 점들이 보여 원하는 장기의 상태를 잘 볼 수 없게 된다. 검사 시에 환자의 복부에 젤을 바르거나 환자에게 숨을 들여 마신 뒤 멈추도록 하는 것은 이 노이즈를 없애기 위해서이다.

이러한 문제를 극복하기 위한 기술이 캐논 메디칼 초음파진단장치의 기반이 되는 ‘디퍼런셜 티슈 하모닉 이미징(D-THI)’이다. 이것은 구(舊)도시바메디칼 시대에 개발된 기술로 올해의 전국 발명 표창에서 ‘문부과학장관상’을 수상했다.

D-THI가 개발되기 이전에 해외 제조사들이 강점을 가진 기존 기술은 초음파가 체내를 통과할 때 발생되는 ‘2차 고주파’라고 하는 파장을 영상화한다. 2차 고주파는 맨 처음 나오는 초음파보다도 높은 주파수의 파장이다.

일반적으로 주파수가 높으면 파장이 일직선으로 가기 쉽다. 불필요한 반동이 있는 초음파의 영향을 제거함으로써 노이즈를 줄일 수 있다. 하지만 이 방법으로는 파장의 범위에 해당하는 주파수 대역이 좁아져 심부(深部) 조직을 영상화하는데 어려움이 있다.

D-THI 기술은 노이즈 감소와 심부 조직 영상화의 양립을 목표로 한 것이다. 2종류의 초음파를 대상을 향해 동시에 쏘았을 때, 이 2종류의 초음파가 체내를 통과하는 동안 다른 파장이 발생되는 현상을 응용한 것이다. 이 다른 파장은 2종류의 주파수의 차분(差分)으로 인해 발생된 것이기 때문에 ‘차음(差音)’이라고 불린다.

이 차음과 2차 고주파의 파동의 2개의 파동을 서로 간섭시켜 두 개의 파동 모두 사라지지 않도록 제어하는 것이 D-THI 기술의 포인트다. 이것을 영상화함으로써 진단장치가 처리할 수 있는 주파수 대역이 넓어져 체내 깊숙한 곳에 있는 장기도 선명하게 볼 수 있게 된다.

-- 조기 발견 가능성 높아져 --
D-THI 기술로 병의 조기 발견 가능성이 높아졌다. 예를 들어 초음파진단장치를 통해 맹장이 부어있는 것을 판단할 수 있기 때문에 조기에 맹장염 수술이 가능하다. 맹장염의 경우 지금까지 의사의 진단 및 혈액 조사 등을 통해 진단해왔다. 어깨에 주사를 놓을 때 주사바늘이 적절한 위치에 도달했는지를 확인하는데도 이용될 수 있다.

캐논 메디칼은 초음파진단장치의 최신 기종, i시리즈에 D-THI를 기반으로 더욱 선명한 영상을 재현하는 기술을 도입했다. 3차원으로 확대되는 초음파가 공기에 닿을 경우 노이즈가 발생하기 쉽다. 최신 기종에서는 노이즈를 방지하기 위해 반사된 파장을 수신하는 부분의 면적을 좁혀 독립적으로 처리하도록 했다. 이것을 D-THI 기술과 조합해 넓은 주파수대를 확보하면서 선명한 영상을 재현할 수 있게 한 것이다.

이 2가지 기술의 조합으로 공기가 많이 들어 있는 장기와 가까운 부분도 영상화하기 쉬워졌다. 예를 들어 폐 옆에 있는 심장은 통상적으로 초음파가 폐의 공기에 닿아 반사된다. 공기의 영향으로 환부의 영상은 뿌옇게 되어 유리창을 통해 보는 것과 같은 상태가 된다고 한다.

폐 외에도 가스가 포함된 소화기 등, 기존의 초음파진단장치로는 영상화하기 어려웠던 영역도 이용할 수 있게 되었다. 장기뿐만 아니라 어깨뼈에서 작은 뼛조각이 분리되는 박리 골절 진단도 가능하다. 초음파를 수신하는 프로브를 교체한다면 1mm 이하의 이상도 알아낼 수 있다고 한다.

한편, 과제도 있다. 그 중 하나가 이용하는 의사를 늘리는 것. 의사들 사이에 ‘X선 촬영장치 등이 아니면 볼 수 없다’라고 인식되고 있는 환부와 질환이 많다고 한다. 또한 노이즈를 최소화하는 방법이 발달해도 프로브를 어떻게 갖다 대는가에 따라 영상에 차이가 생기는 경우도 있다. 캐논 메디칼에서는 세미나를 통해 의사들의 기술 향상을 추진하고 있다.

 -- 끝 --