광주과학기술원(지스트)은 의생명공학과 김재관 교수팀과 대구경북과학기술원(디지스트) 이기준 교수팀·중국 남통대학교 성명수 교수팀이 심뇌혈관질환의 예방과 관리를 위한 혈류 속도의 실시간 측정 및 분석을 기존보다 400배 이상 빠르게 할 수 있는 알고리즘을 개발했다고 9일 밝혔다.

심뇌혈관질환의 실질적인 예방과 관리를 위해서는 환자의 혈류를 지속적으로 측정해야 하는데 ‘확산 상관 분광법’은 조직 내 혈류 속도 변화를 피부 절개나 손상 없이 측정할 수 있는 방법 중 하나로 무표지 측정이 가능하고 상대적으로 시스템의 비용이 저렴하며 같은 측정 시간 내에 더 많은 데이터를 얻을 수 있 는 높은 시간 해상도를 가진다는 장점이 있다.

하지만 확산 상관 분광법을 이용한 기존의 혈류 측정 및 분석은 측정된 신호를 물리적 모델과 비교해 혈류 정보를 얻어내기 때문에 실시간 분석 및 관찰이 어렵고 분석에 적지 않은 메모리 용량이 필요해 가용 메모리 용량이 작은 저가형 프로세서를 이용한 확산 상관 분광법 개발에 어려움이 있었다.

연구진은 수치 적분 기반의 새로운 알고리즘을 통해 혈류 분석에 필요한 시간과 과정을 획기적으로 줄일 수 있음을 확인했다.

수치 적분 기반의 알고리즘은 측정된 신호를 바로 수치 적분 기반 식에 적용해 혈류 변화를 측정한다. 측정 신호를 물리적 모델과 비교하는 과정이 생략돼 빠른 계산이 가능할 뿐만 아니라 저용량의 램을 가진 저비용 시스템에도 적용이 가능해진다.

시뮬레이션 결과 연구팀의 알고리즘(평균 소요시간: 12.02마이크로초)은 기존 알고리즘(평균 소요시간: 4960마이크로초)보다 400배 이상 빠른 계산 속도를 보였다.

지스트 김재관 교수는 “확산 상관 분광법 시스템에서 측정된 상관 함수를 물리 모델과 비교하는 과정을 통해 혈류 정보를 얻어내는 것이 일반적인데, 이번 연구에서는 상관 함수의 수치 적분을 통해 혈류 정보를 얻어내 확산 상관 분광법의 계산 시간과 전체 시스템 비용을 줄일 수 있음을 증명했다”고 말했다.

김 교수와 디지스트 이기준 교수가 주도하고 중국 남통대학교 성명수 교수와 오윤호 박사과정 학생(공동 제1저자)이 수행한 이번 연구는 컴퓨터 과학 이론 및 방법 분야의 권위적인 학술지인 ‘Computer Methods and Programs in Biomedicine’(컴퓨터 과학 이론 및 방법 분야 상위 11%, 영향력 지수 7.027)에 최근 온라인으로 게재됐다'

지스트 관계자는 "새로 개발된 알고리즘이 심뇌혈관질환의 임상에 적용될 경우 저비용·고효율의 혈류 변화 분석과 치료에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.