초록 ▼

□ 연구개요
우리나라 사망원인 1위인 암은 초기에 발견 시 생존율이 높으나 전이 후 생존율은 급격히 떨어진다. 암 전이에 중요한 역할을 하는 순환종양세포는 암환자의 말초혈액에서 발견되는데, 이를 감지하는 것이 암 전이 여부 판단 및 적절한 치료방법 계획에 매우 중요하다. 본 연구과제의 최종목표는 소형 MEMS 스캐너를 기반으로 한 고속/고감도 웨어러블(wearable) 광음향 영상장치를 제작하여 체외 혈액 분석이 아닌 비침습적으로 순환종양세포를 생체 내에서 측정하는 것이다

□ 연구 목표대비 연구결과
- 웨어러

□ 연구개요
우리나라 사망원인 1위인 암은 초기에 발견 시 생존율이 높으나 전이 후 생존율은 급격히 떨어진다. 암 전이에 중요한 역할을 하는 순환종양세포는 암환자의 말초혈액에서 발견되는데, 이를 감지하는 것이 암 전이 여부 판단 및 적절한 치료방법 계획에 매우 중요하다. 본 연구과제의 최종목표는 소형 MEMS 스캐너를 기반으로 한 고속/고감도 웨어러블(wearable) 광음향 영상장치를 제작하여 체외 혈액 분석이 아닌 비침습적으로 순환종양세포를 생체 내에서 측정하는 것이다

□ 연구 목표대비 연구결과
- 웨어러블 광음향 영상장치의 핵심 부품인 초음파 링 트랜스듀서를 제작하여 시스템의 소형화 및 높은 측정 감도를 가지는 것을 확인하였다.
- 실시간 광음향 영상 획득을 위해 빠른속도의 스캐닝 능력을 가지는 MEMS 스캐너를 설계하였고 3D 프린팅 기술을 이용해 제작하는데 성공했다.
- 제작한 링 트랜스듀서와 MEMS 스캐너를 결합하여 32 x 26 x 25 mm³ 크기의 웨어러블 광음향 영상 장치(W-PAM)를 제작하는데 성공하였다. 제작한 W-PAM을 이용해 동물 및 사람의 미세 혈관의 광음향 영상을 획득하는데 성공하였으며, 빠른 영상 속도를 활용해 연속적인 영상촬영을 통해 기능적 영상을 할 수 있음을 보였다.
- 팬텀 테스트를 통해 순환종양세포의 실시간 영상가능성을 확인하였다. 비록 생체내에서 순환종양세포를 관찰하는데는 실패하였으나, 향후 추가 연구를 통해 다양한 광원을 사용하는 등의 노력으로 연구를 계속해 나갈 계획이다.
- 목표달성에 미흡한 부분의 보완을 위해 투명초음파 센서 기반의 웨어러블 바이오 센서를 제작하고 기능성을 확인하였다.
- 또한 최근 활발한 연구가 진행중인 딥러닝 기술을 적용해 고속 광음향 영상을 이용해 구현 가능한 국지화 기반의 초해상도 영상기법의 영상속도를 12배 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 웨어러블 광음향 영상장치를 이용한 순환종양세포 측정방법은 기존의 방법에 비해 높은 정확도로 암 전이 여부를 판단할 수 있어 암 진단 및 치료, 사후 관리에 획기적인 방법을 제시할 수 있을 것으로 예상된다.
- 광학 영상, 초음파 영상과 쉽게 융합할 수 있는 광음향 영상의 특징을 이용해 진단의 정확도를 높일수 있을것으로 예상되며, 실시간 순환종양세포 치료와 같은 분야로 연구를 확장할 수 있을것으로 예상된다.
- 본 연구에서 개발된 웨어러블 광음향 영상장치를 활용해 순환종양세포의 측정 뿐만 아니라 약물 실험과 같은 전임상 연구 및 혈류 분석, 비침습 혈당 측정과 같은 임상분야의 시험 분석에 다양하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 혈액생검이 차지하는 시장은, 2015년 기준글로벌 시장 규모가 16억 달러로 추산되고 매년 22.3% 성장하여 2020년에 45억 달러에 이를 것으로 전망된다.
- 현재 광음향 영상은 주로 전임상 분야에서 3500만 달러의 시장을 형성하고 있으며, 2018년 이후 시장의 가파른 성장세가 예상되며 2022년에는 2억4천만달러에 도달할 것으로 예상된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 배경 ... 4
• 나. 연구의 최종 목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (가) 웨어러블 광음향 영상장치 (W-PAM) 설계 ... 5
• (나) 링트랜스듀서 및 투명초음파 센서 설계 및 제작 ... 5
• (다) 소형 광학계 설계 및 레이저 커플링 ... 6
• (라) 고속 MEMS 스캐너 설계 및 제작 ... 6
• (마) 웨어러블 광음향 영상장치 (W-PAM) 제작 ... 7
• (바) In vivo 영상 테스트 ... 8
• (사) 순환종양세포 팬텀 실험 ... 9
• (아) 사람 손가락 혈류 변화에 따른 광음향 영상 ... 10
• (자) 웨어러블 모바일 광-음향 바이오 센서 ... 10
• (차) 딥러닝을 이용한 국지화 초해상도 영상 획득 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 35