이 놀라운 X선 기술은 암을 조기에 발견하는 데 도움이 될 수 있다.

연구진은 일반 스캔으로는 볼 수 없는 세부 사항과 구조를 드러내는 컬러 초분광 엑스선을 개발했습니다. 이 기술은 보안 검색, 제조 정밀도, 그리고 암 탐지에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 출처: Shutterstock

1800년대 후반 독일 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 음극선관 실험을 하던 중 엑스선을 발견했을 때, 이는 과학과 의학에 큰 변화를 가져온 획기적인 발견이었습니다. 그 기본 개념은 오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다. 하지만 샌디아 국립 연구소 연구팀은 다양한 금속과 그 금속이 방출하는 빛의 색깔을 활용하는 더 나은 방법을 발견했다고 생각합니다.

"이것은 다중 금속 표적을 이용한 컬러 초분광 X선 이미징, 줄여서 CHXI MMT라고 합니다."라고 광학 엔지니어이자 프로젝트 책임자인 에드워드 히메네즈는 말했습니다. 히메네즈는 재료 과학자 노엘 콜린스, 전자 엔지니어 코트니 소비넥과 함께 미래의 X선을 개발하기 위해 협력해 왔습니다.

콜린스는 "이 새로운 기술을 통해 우리는 본질적으로 흑백으로만 구분되던 기존 방식에서 관심 있는 재료와 결함을 더 잘 식별할 수 있는 완전히 새로운 색상의 세계로 전환하게 될 것입니다."라고 말했습니다.

연구팀은 텅스텐, 몰리브덴, 금, 사마륨, 은 등 다양한 금속의 작고 패턴화된 샘플을 사용하여 이를 달성할 수 있다는 것을 발견했습니다.

X선 생성의 기본

이 개념을 이해하려면 X선 생성의 기본 원리를 이해해야 합니다. 전통적인 X선은 단일 금속 표적, 즉 양극에 고에너지 전자를 충돌시켜 생성됩니다. 이 X선은 빔 형태로 전달되어 대상이나 물질을 향해 조사됩니다. 뼈와 같이 밀도가 높은 조직은 X선을 더 많이 흡수하는 반면, 근육이나 장기와 같이 밀도가 낮은 조직은 더 많은 X선을 통과시킵니다. 검출기는 이 패턴을 기록하여 이미지를 생성합니다.

시간이 지나면서 엑스선 기술은 발전했지만, 기본 개념은 동일하게 유지되어 해상도와 선명도가 제한됩니다.

새로운 유형의 X선 이미지

샌디아 연구팀은 X선 초점을 더 작게 만들어 이러한 한계를 해결하고자 했습니다. 초점이 작을수록 이미지는 더 선명해집니다.

그들은 빔보다 전체적으로 더 작은 패턴의 금속 점이 있는 양극을 설계하여 초점을 효과적으로 줄임으로써 이를 달성했습니다.

하지만 팀은 한계를 넓히고 개념을 한 단계 더 발전시키고 싶다고 결정했습니다.

"각 점마다 다른 금속을 선택했습니다."라고 소비넥은 말했다. "각 금속은 특정 '색'의 X선을 방출합니다. 에너지 판별 검출기와 결합하면 밀도 정보를 제공하는 개별 광자를 세고 각 광자의 에너지를 측정할 수 있습니다. 이를 통해 샘플의 원소 특성을 분석할 수 있습니다."

그 결과, 연구팀은 혁신적인 이미지 선명도와 물체의 구성에 대한 더 나은 이해를 갖춘 컬러 이미지를 얻을 수 있다고 밝혔습니다.

히메네스는 "우리는 해당 물체의 모양과 정의를 더욱 정확하게 표현하게 되었고, 이를 통해 전례 없는 측정과 관찰이 가능해졌습니다."라고 말했습니다.

광범위한 응용 프로그램

연구팀은 이를 공항 보안과 품질 관리부터 비파괴 검사와 첨단 제조까지 광범위한 용도로 활용할 수 있는 X선 기술의 주요 발전으로 보고 있습니다.

그들은 또한 그 영향으로 의학적 진단이 개선되기를 바라고 있습니다.

"이 기술을 사용하면 재료 간의 미세한 차이도 볼 수 있습니다."라고 히메네스는 말했습니다. "이 기술이 암과 같은 병변을 더 잘 식별하고 종양 세포를 더 효과적으로 분석하는 데 도움이 되기를 바랍니다. 유방 촬영술은 병변이 자라기 전에 포착하는 것입니다. 유방 조직에서는 서로 다른 점들을 식별하기 어렵지만, 컬러화를 사용하면 더 선명한 빔과 더 높은 해상도의 이미지를 얻을 수 있어 시스템의 미세 석회화 감지 능력이 향상됩니다. 이 과정에 참여하게 되어 정말 기쁩니다."

콜린스는 "여기서부터 우리는 혁신을 계속할 것입니다."라고 말했습니다. "우리는 위협을 더 빨리 파악하고, 질병을 더 빨리 진단하며, 더 안전하고 건강한 세상을 만들고자 합니다."

이 팀은 최근 기술력을 인정받아 R&D 100 어워드를 수상했습니다. 샌디아에서 6개 팀이 수상했습니다. R&D 100 어워드 출품 영상과 사운드바이트를 보려면 클릭하세요.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250920214314.htm