생명물리학과 박별리 교수 연구팀, ‘바늘’ 대신 빛과 초음파로 갑상선암 진단한다

- 빛과 초음파를 이용한 ‘똑똑한’갑상선암 진단법 개발

▲ (왼쪽부터) 박별리 교수, 김철홍 교수, 임동준 교수

생명물리학과 박별리 교수 연구팀이 포항공과대학교 김철홍 교수 연구팀 및 카톨릭대 서울성모병원 임동준 교수 연구팀과 함께 광음향(Photoacoustic)을 기반으로 조직검사 없이 갑상선암을 더 정확하게 판별하는 새로운 영상 기술을 개발했다고 밝혔다.

일반적으로 갑상선암 진단은 초음파 검사를 먼저 시행한 뒤, 악성이 의심되는 결절(혹)에 발견되면 바늘을 이용해 조직을 채취하는 방식으로 진행된다. 그러나 초음파만으로는 양성과 악성을 구별하는 정확도가 낮아서 실제로는 암이 아닌 결절도 불필요하게 조직검사를 받는 경우가 많다. 그 결과 환자는 신체적·심리적 부담을, 의료진은 진단 정확성에 대한 고민을 떠안게 된다.

▲ 갑상선 결절에 레이저로 광음향 신호를 발생시키고 초음파 센서로 광음향 신호를 획득하는 모식도

악성 결절은 대사 활동이 활발해 산소 포화도가 낮은데, 이 점에 착안해 레이저(빛)를 쬐었을 때 적혈구가 내는 미세한 초음파 신호로 혈액 산소포화도를 측정하고, 이를 통해 양성 또는 악성 여부를 판별하는 방식이다. 그러나 이 방법만으로는 갑상선암의 다양한 유형을 판별하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 갑상선 유두암 환자 45명, 여포성 종양 환자 32명, 양성 결절 환자 29명 등 총 106명의 데이터를 활용했다. 이들의 광초음파 영상에서 산소포화도, 분포의 비대칭도(왜도), 스펙트럼 기울기 등 다양한 매개변수를 추출하고, 이를 머신러닝(AI) 기법으로 분석해 새로운 진단 체계인 ‘ATA-Photoacoustic(ATAP)’ 점수를 고안했다.

연구 결과, 악성 결절을 찾아내는 민감도는 97%로 매우 높게 유지됐다. 동시에 양성 결절을 불필요한 검사 대상에서 제외하는 특이도는 38%로, 기존의 초음파 진단(17%)보다 두 배 이상 향상됐다. 이는 불필요한 검사를 줄여 환자의 부담을 줄이고, 의료비 절감 효과까지 기대할 수 있음을 보여준다.

생명물리학과 박별리 교수는 “후속 연구를 통해 기술의 완성도를 높이고 대규모 임상 검증을 이어가 실제 의료 현장에서 활용할 수 있는 의료기기로 발전시키겠다”라고 포부를 밝혔다.

이 연구는 교육부·한국교육재단 대학중점연구소사업, 과학기술정보통신부 재원으로 지원된 뇌과학선도융합기술개발사업, 글로벌융합연구지원 사업, 범부처전주기의료기기연구개발 사업, BK21FOUR 프로젝트 사업의 지원으로 수행되었으며 국제학술지 Science Advances에 2025년 8월 27일에 게재되었다.

※논문명: Smarter biopsy decisions in thyroid nodules via dual-modal photoacoustic and ultrasound imaging

※저널명: Science Advances

※논문링크: https://DOI: 10.1126/sciadv.ady6173