심장혈관 내부의 실시간 3D 이미지를 제공하는 단일칩 장치

미국 조지아텍 대학에서 카테터(체강 또는 내강이 있는 장기 내로 삽입하기 위한 튜브형의 기구)를 삽입할 때 심장과 관상동맥의 주변 혈관에 대해 예전보다 개선된 실시간 3차원 이미지 기술을 개발했다. 새로운 방식의 장치는 외과의사가 심장수술을 집도할 때 전보다 쉽게 진행할 수 있게 도울 것이며 혈관이 막힌 환자에겐 더욱 희소식이 될 것이다.

기존 심장의는 심장 수술을 진행할 때 심혈관 단편의 형상 이미지만을 보고 집도해야만 했다. 만약 환자의 혈관이 막혔다면 현재 시스템으로는 전후와 측면을 볼 수 없었다. 하지만 이번에 개발된 단일칩 장치는 심장과 혈관 내부를 모두 볼 수 있도록 개발됐다.

이 장치는 3차원 혈관초음파(IVUS)와 심장 초음파(ICE) 이미지를 제공할 수 있는 미리 준비된 CMOS 기술을 도입하고 CMUT 어레이를 장착했다. 듀얼-링 어레이는 56개의 초음파 전송부와 48개의 수광부로 이뤄졌다. 이 도넛 모양의 어레이는 직경 1.5㎜에 불과한 작은 크기에 가이드 와이어가 지나가는 Micron 센터홀로 구성돼 있다. 또한 파워세이빙(Power Saving) 회로는 동작이 필요하지 않을 때 센서를 작동시키지 않게 해서 20밀리볼트의 작은 파워만으로도 사용이 가능하다.

단지 13개의 케이블로 이미지 도출
인체 내에 발생하게 되는 열을 최소화할 수 있게 설계된 이 초음파 변환기는 20㎒로 기능한다. 혈관 내에 동작하는 이미지 장치는 높은 주파수에서 동작하기 때문에 인체의 바깥에서 동작하는 장치보다 더 선명한 이미지를 제공할 수 있다.

이 인체 내 혈관에서 기능하는 장치는 작고 유연해서 혈관 내를 돌아다닐 수 있고 피 속에서도 제기능을 발휘한다. 이를 위해서는 초음파 정보를 투과하고 수광을 하는 많은 요소들이 필요하다. 외부기기에 정보를 보내려면 많은 케이블이 필요하지만 그러려면 사이즈에서 한계가 드러나게 된다.

Degertekin 교수의 연구팀은 각 부품들을 소형화하고 프로세싱 장치를 프로브에 장착해 단지 13개의 케이블을 가지고 임상학적으로 유용한 이미지를 얻을 수 있게 만들었다.

심장내부, 관상동맥, 주변 혈관으로부터 예전보다 더 선명한 실시간 3차원 이미지를 제공하는 단일칩 카테터 기반 장치를 개발한 것이다. 아직은 테스트 중인 이 시스템은 미래에 자기공명장치(MRI) 하에 심장에서 시술할 수 있도록 개발하고 있다. 또한 400마이크론 직경의 가이드선 위에 올려놓을 수 있을 정도로 크기를 더욱 줄이기 위해 노력 중이다.

막힌 혈관에 보다 쉽게 접근할 수 있을 것
이 장치는 초음파 트랜듀서(Transdu- cer)를 1.4㎜ 단일 실리콘 칩 내에 장착시켜 사용한다. 온칩 시그널 프로세싱 장치는 혈관 내를 잘 돌아다닐 수 있도록 13개의 작은 케이블로부터 수백 개도 넘는 데이터를 전송할 수 있도록 돕는다. 보다 개선된 이미지는 기존 방식 대비 훨씬 더 많은 정보를 제공할 수 있다.

아직 개발 중인 싱글칩 기반의 실시간 3차원 이미지는 초당 60프레임의 데이터를 제공하며 상용화 준비를 위해 동물을 대상으로 실험을 진행하고 있다.

출처 | I-Micronews(www.i-micronews.com)