국내 연구진이 강력한 집속초음파를 이용해 외과적 수술 없이 몸 안의 종양 등을 제거하는 치료를 할 때 표적 주변의 조직까지 파괴되는 문제가 발생하는 원인을 밝혀냈다.

한국과학기술연구원(KIST)은 24일 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀이 집속초음파를 이용해 종양 조직을 제거할 때 표적 주변의 조직까지 파괴하는 2차 미세기포가 발생하는 원리를 규명, 수술 정확도를 높일 수 있는 기반을 마련했다고 밝혔다.

박 박사팀은 지난해 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용해 열에 의한 신체 손상 없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있는 원리를 밝혀낸 바 있다.

강력한 초음파를 받은 목표 지점에서는 수증기 기포가 생겨나는데, 이 1차 기포의 운동에너지에 의해 목표한 종양 조직이 물리적으로 파괴된다. 하지만 목표 지점뿐 아니라 주변에서도 원인을 알 수 없는 2차 미세 기포가 생성돼 원치 않는 부위까지 파괴되는 현상이 나타났다.

연구팀은 이번 연구에서 1차 수증기 기포에 의해 전방위로 산란한 초음파와 지속해서 입사되는 집속초음파 사이의 간섭으로 2차 미세 기포가 발생하고, 이 미세 기포가 목표 지점 주변 조직들을 파괴한다는 사실을 밝혀냈다.

시뮬레이션을 통해 1차 기포에 의해 산란한 초음파와 계속 입사되는 집속초음파 사이에 간섭이 일어나는 범위를 파악하고, 이를 초고속카메라로 촬영한 2차 미세기포 실제 생성 위치와 비교한 결과 서로 일치하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 이 연구는 2차 미세 기포 생성 원리를 설명하는 것뿐만 아니라 그 범위를 예측해 더 안전하게 표적 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시한 것이라고 밝혔다.

박기주 박사는 "초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후 초음파 산란효과에 의해 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 밝혀냈다"며 "초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만 물리적으로 파쇄할 수 있는 초정밀 집속초음파 수술 기술로 발전돼 향후 임상에 적용되길 기대한다"고 말했다.

이 연구 결과는 음향분야 국제학술지 '초음파학 음향화학'(Ultrasonics Sonochemistry) 최신호에 게재됐다.