Breaking News
Medical Findings
향상된 3D 이미징, 뇌 질환 치료에 도움된다
2019-09-05 13:53:08
허성환
텔아비브대학 연구진이 뇌의 2D 및 3D 이미지를 향상시킬 수 있는 새로운 소프트웨어를 개발했다(사진=위키미디어커먼즈) 

[메디컬리포트=허성환 기자] 이스라엘 텔아이브대학의 연구진이 뇌 질환 치료에 도움이 되는 상용 하드웨어 및 오픈소스 소프트웨어, 파이사이트(PySight)를 개발했다. 

파이사이트는 뇌와 기타 조직의 2D 및 3D 이미징을 신속하게 향상시킬 수 있다. 빠른 3D 이미징 솔루션과 진보된 현미경을 조합하면 과학자들이 인간 외의 역학을 더 깊이 이해할 수 있을 뿐만 아니라 뇌졸중, 간질, 치매 등 뇌와 관련된 질환에 대한 새로운 치료법을 발견하는 데 도움이 된다.

이들의 연구 내용은 광학 연구 저널인 옵티카(Optica)에 게재됐다.

병원의 레이저 스캐닝 장치에 파이사이트를 통합할 수 있다(사진=셔터스톡) 

광범위하고 빠른 3D 이미징 

사이언스데일리에 따르면 연구진은 파이사이트가 레이저 스캐닝 현미경의 액세서리로 사용될 수 있다고 설명했다. 파이사이트는 혁신적인 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로, 사람의 뇌에서 일어나는 신경 활동의 2D 및 3D 이미지 품질을 향상시킬 수 있다.

다광자 현미경 검사는 인체 조직의 심도 있는 이미지를 생성할 수 있는 레이저 기반 이미징 절차로 뉴런, 혈관, 기타 세포의 활발한 활동 패턴을 고품질 이미지로 촬영하는 데 사용된다. 이 기술은 형광 프로브를 자극해 광자 방출을 추출하고 그중 일부가 2D 및 3D 이미지를 만드는 데 사용된다.

과학자들은 전체 범위의 뉴런 활동을 캡처할 때는 광자 현미경을 사용해 더 빨리 이미지를 만들어야 하는데, 이때 이미지를 형성할 수 있는 광자의 수는 더욱 적어진다. 노출 시간이 짧은 사진을 찍는 것과 마찬가지다. 

이에 따라 이미지를 분석하기가 어려워진다. 숙련된 현미경 전문가들은 이런 문제를 해결하기 위해 검출기 판독 기술인 광자 계수를 사용한다.

그러나 이를 구현하기 위해서는 광범위한 전자 관련 지식과 맞춤형 구성 요소가 필요하기 때문에 광자 계수가 널리 채택되지 않는다. 또한 상용 광자 계수 솔루션은 3D 이미징에 필요한 것처럼 빠른 이미징을 수행하는 데는 적합하지 않다. 

그러나 텔아비브대학 연구진이 만든 파이사이트로 이런 문제가 해결됐다.

파이사이트는 감도가 향상됐으며 설치 및 사용이 쉽다. 전문가가 광자 현미경을 사용해 환자의 신체를 찍은 이미지에서 악성 세포를 신속하게 식별하는 데 도움이 된다. 파이사이트의 독창적인 3D 이미지 재구성 방법은 라이다(LIDAR)의 성능을 혁신할 수 있을 것으로 예상된다.

단일 광자 검출

옵티컬소사이어티 저널에 실린 내용에 따르면 이 통합 기술은 발견된 광자 수에 따라 증가하는 데이터 스트림을 생성하기 때문에 높은 시공간 해상도를 제공한다. 하드웨어는 각 픽셀 또는 3D 복셀의 빛을 계속 유지한다. 이는 광자가 없어 밝기가 0일 때도 마찬가지다.

연구에 참여한 파블로 블린더는 "파이사이트는 각 광자의 정확한 검출 시간만 저장하므로 연구진은 시공간 해상도를 손상시키지 않으면서도 장시간에 걸쳐 대량의 이미지를 빨리 만들어낼 수 있다"고 설명했다.

연구진은 또한 이 3D 이미징 도구가 비용 효율적이라고 말했다(사진=셔터스톡)

다차원 이미지를 재구성할 때 각 광자가 언제 검출기에 닿는지는 알 수 없다. 중요한 것은 광자의 출처가 어디인지 아는 것이다. 블린더는 "시스템을 멈추고 다른 스캐닝 요소의 동기화를 방지하는 것은 더 까다롭다"고 말했다.

그는 소프트웨어가 광자가 스캐닝 요소에서 나오는 타이밍 신호와 동시에 리스트를 읽고 각 광자의 원 출처를 샘플에서 찾은 다음 마지막으로 '3D 영화'를 생성한다. 이는 다차원 이미지를 재구성하기 위해 3차원 이상으로 확장될 수 있다.

멀티 스케일러는 광자가 도달하는 시간을 생성하는 장치로 100피코초의 정밀도로 시간을 기록한다. 또 다른 중요한 요소는 기성품인 공명축 스캐닝 렌즈다. 이 렌즈는 초점면을 초당 수백, 수천 번 변경한다. 이 스캐닝 렌즈는 뇌 내부의 다양한 위치까지 빠른 속도로 레이저를 쏴 뇌를 스캔하고 제속적으로 3D 이미지를 재구성하는 데 도움이 된다.

블린더는 이번 연구에 사용된 멀티 스케일러로는 아직 결과를 해석하기가 쉽지 않기 때문에 실제 신경 영상을 보는 데는 적용되지 않았다고 말했다. 또 바이오 이미징을 위해 공명축 스캐닝 렌즈를 사용하려면 맞춤형 하드웨어가 필요하다.

파이사이트는 보다 손쉽게 두 구성 요소에서 나온 출력물을 3D 이미지로 전환한다. 이 소프트웨어는 오픈 소스이기 때문에 일반인들에게도 무료로 제공된다. 3D 이미징을 위한 기술적 장벽이 허물어진 것이다. 또한 파이사이트의 일반 응용 프로그램 인터페이스는 다른 하드웨어 장치에서 나온 유사한 광자 검출 시간 목록을 묘사하는 데 사용될 수 있다.

오늘의 베스트 5