슈퍼컴퓨터를 이용해 신체 전체의 혈류를 확인할 수 있는 소프트웨어가 개발돼 심혈관질환 진단 및 치료에 도움될 것으로 전망된다.
미국 듀크대학교 연구팀은 “슈퍼컴퓨터가 신체 혈액 순환을 시뮬레이션 할 수 있다”며 “실제 몸의 혈액순환을 정확히 반영할 수 있어 심혈관질환 진단 및 치료에 도움될 것”이라고 말했다.
연구팀이 개발한 소프트웨어는 심장이 수축하면서 펌핑된 혈액이 신체를 고리의 형태로 순환한다고 밝힌 17세기 물리학자 윌리엄 하비의 이름을 따서 ‘하비’ 라고 명명했다. 하비는 환자의 신체 전체를 CT(컴퓨터 단층촬영·Computed Tomography)와 MRI(자기공명영상 ·Magnetic Resonance Imaging) 를 통해 재구성한 3D 구조물을 만들 수 있게 설계됐다. 신체를 스캔해 1mm이상 직경의 모든 동맥들을 3D로 구현할 수 있다.
연구팀은 하비를 통해 오차범위 9 마이크론(0.009mm) 내의 범위에서 1mm보다 직경이 큰 동맥들의 흐름을 분석했다. 연구팀이 정확성을 확인하기 위해 가상의 3D로 구현한 대동맥 혈류와 실제 혈류를 비교했더니 통계상 유의한 차이가 나타나지 않았다. 플라스틱으로 만든 대동맥을 통해 흘려보냈을 때의 혈류와 실제 신체 내 혈류 흐름과 동일하게 나타났다. 심지어 하비가 구현해낸 시뮬레이션은 맥박에 따라 움직였고, 심장에 의해 펌핑돼 순환되는 혈액의 움직임을 정확히 흉내 냈다. 혈액의 흐름과 박동성, 모두 정확하게 구현해낸 것이다.
혈관 중 대동맥을 고른 이유에 대해 연구팀은 “대동맥은 혈관 중 가장 크고, 다른 혈관에서 볼 수 없는 난류 등 이상 상황을 대동맥의 혈류에서 볼 수 있다. 대동맥 혈류흐름을 구현해 낼 수 있다면 다른 신체 어느 곳에서도 가능하다고 판단했기 때문”이라고 밝혔다.
연구팀은 이번 연구를 통해 심혈관질환이 있는 환자가 스텐트나 수술적 접근 등을 시도할 때 유용하다고 했다. 다른 변화 있을지 미리 시뮬레이션을 돌려 수술효과를 예측할 수 있으며, 심혈관질환 여부를 판단하는 기준이 될 수 있다는 것이다. 연구팀은 “심혈관질환 치료를 달리할 때마다 혈관 형태를 반영할 수 있도록 시뮬레이션을 바꿀 수 있다”며 “그동안 국소적인 범위 내에서 혈액흐름과 박동 등의 정보를 수집했으나 하비를 통하면 몸 전체의 혈류 정보를 알 수 있다”고 설명했다.
해당연구를 이끈 아만다 랜들스 박사는 “몸 전체를 스캐닝하는 것은 쉽지 않은 작업이지만 이를 통해 동맥순환에 대한 정보를 얻을 수 있다”며 “혈관의 기하학적 구조를 보여주는 표면적인 망 형태의 정보를 얻어 무엇이 혈액이고 무엇이 혈관 벽인지 결정할 수 있다”고 말했다. 하비를 통해 혈류 모델을 구현해내면, 혈액을 시뮬레이션한 혈관을 통해 흘려보내 치료효과를 가늠할 수 있다는 것이다.
이번 연구는 미국 캘리포니아에 위치한 로렌스 리버모어 국립 연구센터의 후원으로 진행됐으며, 최근 미국물리학회(American Physical Society)에서 발표됐다.
