수술 없이 뇌 질환 고친다···DGIST, 단일 초음파로 여러 표적 때리는 'AI 렌즈' 개발

고가 장비 대체할 '두께 전용 음향 홀로그램' 기술 확보…동물 실험서 만성 통증 완화 효과 입증

[프라임경제] 국내 공동 연구진이 인공지능(AI)을 활용해 단 한 장의 3D 프린팅 렌즈로 뇌의 여러 부위를 정밀하게 동시 자극할 수 있는 차세대 초음파 기술을 개발했다. 

왼쪽부터 DGIST 황재윤 교수, 이문환 박사, GIST 정의헌 교수, 권혁상 교수. ⓒ DGIST

DGIST 황재윤 교수와 GIST 정의헌·권혁상 교수 연구팀이 협력해 일궈낸 성과다.

기존 초음파 기술은 딱딱하고 굴곡진 두개골을 통과할 때 파동이 왜곡되어 여러 목표 지점에 에너지를 균일하게 전달하기 어려웠다. 

이를 해결하려면 고가의 다채널 장비가 필수적이었으나, 연구팀은 물리 기반 최적화 AI 알고리즘을 도입해 돌파구를 찾았다.

AI가 3D 프린팅으로 제작될 렌즈의 입체적 두께를 정밀하게 직접 설계하도록 하여 오차를 최소화한 것이다.

'두께 전용 음향 홀로그램(TOAH)'으로 명명된 이 기술은 단일 초음파 소자와 얇은 렌즈 하나만으로도 복잡한 3차원 초음파 초점을 형성한다. 덕분에 막대한 비용을 들여 대형 장비를 구축하지 않고도 뇌의 다중 영역에 음파를 골고루 집중시킬 수 있게 되었다.

실험 결과 효과는 확실했다. 쥐의 두개골을 활용한 모의실험에서 기존 방식보다 표적 타격 정확도가 향상됐으며, 에너지 분배의 균형감도 크게 개선됐다. 

특히 에너지 비효율로 발생하던 두개골 발열 부작용을 줄이는 데 성공했다. 만성 통증을 앓는 쥐의 양측 시상 부위를 동시 자극하자 과도한 신경 반응이 억제되며 통증이 완화되는 실제 치료 효과도 증명됐다. 

인체 데이터를 활용한 시뮬레이션에서도 동일한 성능 향상이 입증되어 임상 적용 가능성을 높였다.

황재윤 교수는 인공지능이 직접 설계한 렌즈를 통해 두개골의 방해를 극복하고 다중 뇌 영역을 정밀 제어할 수 있게 된 점을 강조했다. 

이어 향후 퇴행성 및 정신·신경계 질환을 수술 없이 안전하게 치료하는 환자 맞춤형 비침습 플랫폼으로 확장하겠다는 포부를 전했다.

한편, 과기정통부와 한국연구재단의 지원을 받은 이번 연구는 이문환 박사가 제1저자로 참여했으며, 해당 분야 저명 학술지인 'Brain Stimulation'에 게재됐다.