크레딧: Alexandre Dizeux

Physics for Medicine Paris 연구소(ESPCI Paris-PSL, Inserm, CNRS)의 2건의 연속 연구는 심장과 뇌의 두 기관 전체에서 실시간으로 혈류를 관찰할 수 있게 하는 비침습적 3D 초음파 영상의 발전을 강조한다.  이 연구는 JACC Cardiovascular Imaging 에 게재되었으며 eBioMedicine 의 표지에 실렸다 .

장기는 적절한 기능에 필수적인 복잡한 혈관 네트워크에 의해 공급된다. 일부 영상기술은 이 혈관 네트워크에 대한 전체적인 관점을 제공하지만, 처음으로 초고속 3D영상을 통해 직경이 몇 마이크로미터에 불과한 큰 동맥에서 가장 작은 혈관으로의 혈류를 관찰할 수 있다.

몇 년 동안 Physics for Medicine Paris 연구소는 비침습성, 비이온화 초음파 영상 분야의 세계적인 리더였다. 이 연구소는 초고감도 도플러 이미징(uDoppler)과 2D의 초음파 국소화 현미경(ULM)의 개발과 함께 지난 10년 동안 혈관 이미징에서 큰 발전을 이루었다. 

이 기술은 이미 신경과학 연구에서 수많은 응용 프로그램을 가지고 있는 뇌 영상 분야의 Iconeus(실험실의 연구 결과로 생긴 신생기업)에 라이선스되었다. PhysMed의 연구원은 ULM을 3D로 배포하여 중요한 이정표에 도달했다. 3차원적 측면 덕분에 연구자들은 설치류의 심장과 뇌의 초해상도 이미지를 기관 전체의 규모로 얻었다.

이러한 미세 해상도에서 이러한 위업을 달성하기 위해 과학자들은 미세한 기포를 주입하고 높은 이미징 속도로 그 위치를 모니터링한다. 이를 통해 혈류 및 채널 크기에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있으므로 장기의 전체 혈관 활동을 재구성할 수 있다. 장기 기능에 대한 기본 지식을 제공하는 것 외에도 이 기술은 다양한 심혈관 병리학에 대한 귀중한 정보를 제공하고 다양한 치료의 효과를 측정할 수도 있다.

기술적 도전

팀은 또한 몇 가지 기술적 과제를 극복해야 했다. 예를 들어 심장의 경우 이미지에서 호흡과 심장 박동과 관련된 움직임을 보정할 수 있는 이상적인 측정 창을 찾아야 했다. 뇌의 경우 두개골에 의해 유도된 신호 왜곡을 수정하기 위해 후처리 알고리즘을 구현해야 할 수도 있다. 또한 2D에서 3D 이미징으로의 전환은 수집된 데이터의 양이 엄청나게 증가함을 의미한다. 수집 1분 동안 처리할 데이터의 양이 1테라바이트의 정보를 초과한다.

인간 클리닉으로의 이전을 고려하기 전에 과학자들은 센서, 전자 및 데이터 처리 방법을 최적화하여 기술을 더욱 향상시킬 것이다. 그러나 연구팀은 3D 초음파 현미경의 과학적 원리와 기술적 타당성이 입증됐다고 확신한다.