초강력 초음파로 수술없이 암 제거하는 기술 진전


KIST, 집속 초음파 기술에서 주변 조직 파괴 원인 규명

고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [KIST]

[아이뉴스24 최상국 기자] 초음파 에너지를 신체 내 원하는 목표지점에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사시킬 수 있다. 현재 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 이런 방법으로 종양을 파괴하거나 수전증을 일으키는 신경회로를 열적으로 차단하는 치료 방법이 임상에서 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 지난해(2019년)에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 '고강도 집속초음파(HIFU)'를 이용해 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴하는 기술을 국제학술지(Ultrasonics Sonochemistry)에 발표한 바 있다.

연구팀은 이 연구에서, 강력한 초음파를 받은 목표 지점에서 발생한 수증기 기포의 운동에너지를 이용해 목표한 종양 조직을 (열을 이용하지 않고) 물리적으로 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀냈다.

하지만 이 기술 역시 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 2차 미세기포를 동시 다발적으로 생성해 원치 않는 부위까지 파괴할 가능성이 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다.

연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용해 종양조직을 제거할 때 2차 미세기포가 생성되는 원리를 밝히는 수학 모델을 개발하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다.

그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭에 의해 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용해 촬영한 결과와 비교했더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인했다.

2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상 [KIST]

연구팀은 "2차 미세 기포가 생성되는 원리를 규명하고, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 가능성을 제시했다"고 연구의 의의를 밝혔다.

박기주 박사는 “개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망"이라며 “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전돼 향후 임상에서 적용되길 기대"했다.

연구팀은 앞으로 동물 모델을 대상으로 집속초음파 수술 기술의 안전성 및 유효성을 평가하고, 초음파 치료 과정을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 기술을 개발할 계획이다.

이 연구는 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 음향 분야 권위지인 '초음파 음향화학(Ultrasonics Sonochemistry)’ 최신호에 게재됐다.(논문명: The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect)

최상국기자 skchoi@inews24.com





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