적은 이미지만으로 고해상도 3D 이미지 빨리 얻는다

IBS, 초고속 이미징 구현 '광학현미경' 기술개발
측정 횟수 줄이고 빠른 시간 내 고해상 이미지 확보
적은 양의 측정 이미지만으로 생체조직을 고해상도 이미지로 빠르게 획득할 수 있는 새로운 광학 현미경이 개발됐다. 앞으로 질병의 실시간 조기 진단에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장(고려대 물리학과 교수) 연구팀이 측정 횟수를 대폭 줄여 초고속으로 이미징할 수 있는 광학현미경 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

일반적인 생체 조직은 광 산란 현상이 심하고, 매우 복잡한 광학 수차(완벽한 상을 만들지 못하는 현상)를 유발하기 때문에 조직 깊은 곳에 있는 대상물에 대해 고해상도 이미징을 얻는 데 한계가 있다.

연구팀은 독자적으로 개발한 알고리즘을 적용해 생체조직과 같은 선형 매질의 반사행렬 측정 속도를 획기적으로 줄이고, 빛 산란에 따른 잡신호를 줄였다. 또한 반사 행렬의 시간 역전 행렬을 이용하는 방법으로 복잡한 광학 수차를 보정했다.

이를 토대로 원래 필요했던 측정 이미지 개수의 2%만 사용하면서 쥐의 뇌 조직 내부의 매우 가느다란 '마이엘린' 신경섬유 3차원 구조를 초고속으로 이미징하는 데 성공했다. 아울러, 깊이별 측정 이미지 개수를 대폭 줄여 데이터 획득 시간을 3.58초로 앞당겼고, 수평 해상도 0.45㎛, 수직 해상도 2㎛ 의 회절 한계 분해능의 고해상도 이미지를 복원할 수 있었다.

연구팀은 광학현미경 기술을 의료 현장에 적용할 수 있도록 현미경을 소형화하는 연구를 진행할 계획이다.

이호준 연구원은 "기존 반사 행렬 측정 속도 한계를 극복했기 때문에 초고속 3차원 이미징을 통해 보다 빠른 진단과 신경과학 연구 발전에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '라이트: 사이언스 앤 애플리케이션스(지난달 14일자)' 온라인에 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr