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| ▲ 박기주 교수 (사진=경희대학교 제공) |
[mdtoday=이한희 기자] 초음파를 이용해 혈전과 색전을 잡아둔 후 집속초음파로 혈관 내벽 손상 없이 이들을 파쇄하는 ‘음향 그물’ 기술이 개발됐다.
경희대학교에 따르면 생체의공학과 박기주 교수 연구팀이 초음파를 기반으로 한 ‘음향 그물(Acoustic net)’을 혈관 내 원하는 곳에 비침습적으로 생성해 혈관에 존재하는 혈전과 색전을 잡아둔 후 집속초음파로 혈관 내벽 손상 없이 정밀 파쇄할 수 있는 초음파 기술을 세계 최초로 개발했다.
혈전은 혈관 속에서 피가 굳어진 덩어리를 의미한다. 이 덩어리에 혈관이 막히면 혈전증이 생긴다. 혈전이 떨어져 혈류에 의해 혈관을 타고 흐르는 것은 색전인데 체내의 다른 혈관을 막아 색전증을 유발하기도 한다.
혈전과 색전에 의해 생기는 대표적 질병은 뇌경색, 심근경색, 동맥혈전, 정맥혈전, 폐색전증, 폐경색, 심부정맥혈전증 등이다. 치료 방법은 현재 항응고제 복용, 혈전용해 요법, 혈전 치료술 등이 있다.
항응고제 복용은 보편적 치료 방법이다. 하지만 수개월 동안 복용해야 하고 장기간 복용 시에는 합병증으로 인한 과다 출혈의 위험이 있다.
혈전용해 요법은 정맥이나 동맥에 카테터를 삽입해 약물을 투여하는 방식이다. 혈전용해는 빠르지만 출혈의 위험성이 있다.
혈전 치료술은 혈관 내에 카테터를 삽입해 혈전을 직접 제거하는 방식인데 치료 효과가 빠르지만 침습적 혈전 분해 기술이라 혈관 파열의 위험이 존재한다. 이런 단점 때문에 출혈 위험성이 적고 약물 사용 없이 비침습적 방법으로 혈전과 색전의 치료가 가능한 새로운 방법의 개발이 필요해졌다.
연구팀은 이번 연구에서 서로 직각으로 마주 보는 초음파 트랜스듀서(transducers)에 의해 생성되는 배(antinode)-마디(node)로 이뤄진 정상파(standing wave)에서 배에 의해 발생하는 음향 방사력(acoustic radiation force)을 활용해 색전을 포획했다.
이는 혈관 속에서 혈류의 반대 방향으로 작용하는 음향 방사력의 세기가 혈류에 의한 색전의 항력(drag force)의 세기보다 크다는 점을 활용한 발견이었다. 또한 초음파 음향 그물의 압력 세기 및 주파수를 높이면 더 빠른 유속에서 작은 크기의 색전을 잡을 수 있다.
연구팀은 이 기술을 ‘음향 그물’로 이름 짓고 직경 6mm의 혈관 팬텀 실험환경에서 기술의 효과를 확인했다. 연구팀은 최대혈류속도 6.2cm/s에서 1~5mm 크기의 색전을 초음파 음향 그물을 이용해 성공적으로 포획했다.
이후 집속초음파를 이용해 포획된 색전을 수초 내에 수~수십 마이크론 크기(mm의 1/1000) 이하로 파쇄 했다. 집속초음파를 이용한 색전의 분해는 초음파의 초점에서 발생하는 강력한 캐비테이션(cavitation, 공동현상)을 활용했다.
초음파 음향 그물에서 발생하는 음향 신호를 분석하면 색전이 음향 그물에 포획됐는지 확인할 수 있다.
연구팀이 개발한 음향 그물 기술은 혈전과 색전 제거 시술을 위한 비침습적 정밀 집속초음파 의료기기로서 개발할 수 있다. 혈관 벽에 고착돼 있거나 혈류를 따라 이동하는 혈전의 움직임을 제어하고 혈관의 출혈 없이 파쇄할 수 있는 것이 장점이다.
박 교수는 “연구팀이 개발한 초음파 기반 음향 그물 기술을 이용해 기존의 혈전 제거술을 보조하는 의료기기나 색전을 조기에 진단하고 색전증을 예방하는 의료기기로 활용할 수도 있다”고 말했다.
이어 “기술을 확대하면 유체 내 불순물 제거 분야에도 활용 가능하다. 관련 핵심 초음파 기술은 국내 특허 출원을 완료했으며 상용화를 목표로 동물 실험 단계에서 후속 연구를 계획 중”이라고 전했다.
연구 결과는 음향공학 분야(Acustics) 저널인 ‘Ultrasonics Sonochemistry)’ 6월호에 게재됐다.
메디컬투데이 이한희 (hnhn0414@mdtoday.co.kr)
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