[뉴스웍스=문병도 기자] 이흥노 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 교수 연구팀이 무작위 파장 간섭과 수학적 최적화 기법을 활용하여 기존보다 4배 향상된 새로운 초음파 이미징 기법을 개발했다. 

0.25㎜ 간격의 나일론 와이어를 구분할 수 있는 고해상도 초음파 이미지를 촬영할 수 있게 되었다.

진단 초음파 시스템은 MRI(자기공명영상법), CT(컴퓨터단층촬영) 등 다른 진단에 비해 저렴한 방법으로 인체 내부의 장기 이미지를 획득 할 수 있어 병원에서 많이 사용되고 있다.

초음파 시스템 장치의 트랜스듀서에서 나온 초음파 파동은 인체로 전달되며, 인체의 조직에 의해 부분적으로 반사된다. 반사된 파동을 측정하고 이를 아날로그-디지털 변환기로 변환함으로써 초음파 영상을 디지털 이미지로 저장할 수 있다.

촬영방식에는 일반적으로 국소 부위에 초음파를 집중시키는 빔포밍 방식이 널리 사용되고 있으며, 최신의 초음파 영상 장비들은 이 방식을 활용하여 최대 1㎜ 분해능의 초음파 영상을 제공할 수 있다.

연구팀은 기존의 빔포밍 방법이 아닌 인위적으로 생성한 초음파 파동의 무작위 간섭과 수학적 최적화 방법을 사용하여 높은 공간 분해능을 달성했다. 

랜덤 패턴으로 여러 번에 걸쳐 방사된 초음파 파동은 이를 반사시키는 물질을 만났을 때 다양한 무작위 패턴을 생성하게 된다.

무작위 패턴은 미리 측정한 임펄스 응답과 수학적 최적화를 이용한 복구방법을 활용하여 이미지 영상으로 복구할 수 있다.

이같은 방법을 사용하여 기존의 빔포밍 기반 방법에 비해 4배 향상된 0.25㎜의 해상도를 시뮬레이션 상에서 달성했다.

그리고 제안된 방법이 0.25㎜ 간격의 나일론 와이어를 성공적으로 구분 가능함을 실험을 통해서 증명하였다.  

이흥노 교수는 "보다 선명하고 깨끗한 화질의 초음파영상장치를 만드는데 크게 기여 할 것으로 기대된다”고 말했다.

한국연구재단 재원으로 도약연구지원사업의 지원으로 수행되고 니파벨  석박사통합과정학생이 참여한 이번 연구결과는 초음파 영상분야 저명학술지 ‘IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control’에 2020년 4월 8일자 온라인으로 게재됐다.