광영상기술 이용해 초음파 뇌 자극 효과 모니터링 기법 개발

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국내 연구진이 광영상 기술을 이용, 초음파 뇌 자극 효과를 모니터링할 수 있는 기법을 개발했다. 파킨슨병, 강박장애 등 뇌질환 치료의 첨단 의료 기술 가운데 하나인 초음파 뇌 자극 기술의 발전에 기여할 것으로 기대된다. 

광주과학기술원(GIST·총장 문승현)은 김재관 융합기술원 의생명공학과 교수팀이 광학고유신호이미징(OISI)을 이용, 초음파 뇌 자극 조건과 효과를 모니터링할 수 있는 기법을 개발했다고 24일 밝혔다. 

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그동안 뇌질환 치료 기법의 하나로 전기 자극과 자기장 자극이 사용돼 왔지만 뇌 심부나 특정 부위를 자극하기 어렵다는 단점이 있었다. 또 뇌 자극 효과를 관찰하기 위해 뇌파측정법(EEG)이 가장 많이 활용되고 있지만 공간 해상도가 낮고, 기능성자기공명영상(fMRI), 양전자방출단층촬영(PET) 장비는 고가로 전 임상 단계에서 사용하기에는 제약이 따랐다.

김재관 교수팀은 빛을 뇌에 쏘아 반사되는 빛을 측정함으로써 뇌 혈액의 산소 포화도와 혈액량 정보를 영상으로 획득하는 OISI 기법으로 초음파 뇌 자극의 효과를 분석했다. 초음파 자극 시 주파수에 따라 뇌 자극 효과 유무를 관찰했으며, 같은 주파수에서도 펄스 반복 주기에 따라 뇌 혈역학 변화가 나타난다는 것을 확인했다. 

김재관 GIST 교수팀이 분석한 뇌 혈역학 신호 영상. PC1은 초음파 자극 시 뇌 전체에서 일어나는 혈역학 신호를 보여주고 PC2는 뇌의 특정영역에서 자극으로 인한 뇌 혈역학 신호가 변화되는 것을 나타낸다.

김재관 GIST 교수팀이 분석한 뇌 혈역학 신호 영상. PC1은 초음파 자극 시 뇌 전체에서 일어나는 혈역학 신호를 보여주고 PC2는 뇌의 특정영역에서 자극으로 인한 뇌 혈역학 신호가 변화되는 것을 나타낸다.

또 고차원의 데이터를 저차원의 데이터로 변환시키는 주성분분석법(PCA)으로 각 성분에 따라 뇌혈역학 신호가 다르고, 초음파 자극 시 혈류 속도 변화가 발생한다는 사실을 규명했다.

김 교수는 “초음파 뇌 자극 기술은 비침습 형태면서도 뇌 특정 부위를 자극할 수 있어 파킨슨 병, 중증우울증, 강박장애 등과 같은 뇌 질환 치료에 효과가 있다”면서 “이번 연구 결과가 앞으로 초음파 뇌 자극 기술 개발 및 최적화에 큰 도움이 될 것”이라고 설명했다.

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김한식 기자 hskim@etnews.com