소형화된 THz 내시경을 이용한 In-vivo 생체 측정에 관한 연구

Abstract

21세기를 맞이하여 의학의 눈부신 발달로 사람들의 평균수명이 점점 연장되면서 현대의 사람들은 건강히 오래 사는 방법에 많은 관심을 가지고 있다. 생명과 관련한 대부분의 중대한 질병의 경우, 질병의 조기 발견이 치료에 있어 매우 중요한 요인이 된다. 중대한 질병들 가운데 암은 특히, 그 질병의 조기 발견이 매우 중요한 질병중의 하나이며 조기 진단을 하였을 경우 생존율이 매우 높아진다.

본 논문에서 암식별에 뛰어난 광섬유가 결합된 테라헤르츠 (THz) 내시경을 설계, 제작하고 그 특성에 대해서 보고하였다. 광섬유를 이용하여 펨토초 레이저를 유도하였으며 광전도 방식을 사용하여 THz파를 발생하고 검출하였다. 반사된 THz파를 측정하였을 때 전통적인 THz 분광학에서 측정된 신호와 거의 유사한 신호 대 잡음비와 스펙트럼을 얻었다. 제작된 THz 내시경의 크기는 (2mm X 4mm) X 6mm로 사람의 몸에 삽입할 수 있을 정도로 소형화 되었다. 제작된 THz 내시경이 실제 응용 분야에 적용이 가능함을 확인하기 위하여 기존에는 측정할 수 없었던 입안 벽 세포와 혀, 손바닥, 물에 반사된 THz파를 측정하여 그 결과를 비교하였다. 입안 벽과 혀에서 반사된 신호는 물에서 반사된 신호와 유사한 결과를 나타내었으며 손바닥에서 반사된 신호는 지방의 함유량이 많아서 나머지 결과들과 구분되는 신호를 나타내었다. 실험 결과로부터 제작된 THz 내시경이 서로 다른 생체를 구분할 수 있음을 보였으며 이는 제작된 내시경이 사람 몸에 삽입되어 충분히 암을 식별할 수 있음을 간접적으로 보였다.

THz 내시경 외에 기존의 검이경과 결합하여 중이염을 객관적으로 진단할 수 있는 또 하나의 의료 진단 장치인 THz 검이경을 설계, 제작하여 연구하였다. THz파는 수분과 쉽게 상호 작용하여 유생 분자 내에 있는 물의 함유량을 구분할 수 있다. 중이염의 대부분은 물과 고름으로 이루어져 있고 따라서 제작된 THz 검이경으로 고막의 뒤에 있는 수분을 측정함으로써 기존의 의사의 임상적 경험과 광학적인 방법으로 진단하던 중이염을 객관적인 측정결과에 기초하여 정확히 진단할 수 있음을 보였다. 실제 고막을 모델링한 유전체 박막과 쥐 피부를 이용하여 시뮬레이션과 실험을 진행하였으며 그 결과들로 제작된 THz 검이경이 중이염을 진단할 수 있음을 증명하였다.

THz 파의 생체 의학(bio-medical) 분야로서의 잠재력은 늘 인정 받아왔으나 실제 의료 현장에 적용 가능한 THz 의료장치는 거의 없었다고 할 수 있다. 본 논문은 실제 의료현장에 적용이 가능할 만큼 뛰어난 THz 의료 장치를 개발 하였고 특히 THz 검이경은 2017년 안에 상용화가 가능할 것으로 기대되며 상용화 될 경우 매우 큰 파급력이 있을 것으로 예상된다.