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2.3초만에 고해상도 망막 3차원 이미징 최초 구현
망막의 세포 수준 해상도 이미징 기술은 질병의 조기진단과 망막질환에 대한 이해를 높이기 위해 필수적이다. 하지만, 복잡한 고가의 광학 시스템을 사용하고도 망막의 매우 좁은 영역과 단일 초점면에서 세포 수준 고해상도 이미징이 가능했던 기술을 뛰어넘어 간단한 표준적 광학 시스템을 사용하면서도 2.3초 이내에 한 번의 이미징으로 넓은 망막 영역의 3차원 모든 부분에서 세포 수준 고해상도 이미징을 제공하여 망막질환 임상 및 연구에 새로운 전기를 가져올 기술이 개발되어 화제다.
우리 대학 기계공학과/KI헬스사이언스연구소 오왕열 교수 연구팀이 세계 최초로 사람 망막의 넓은 영역에서 초점 위치뿐만이 아니라 초점에서 벗어난 위치에서도 세포 수준 고해상도 이미징이 가능한 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.
KI헬스사이언스연구소 이병권 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 융합연구분야 선도 저널인 스몰(Small, JIF 15.153) 3월호에 게재됐다. (논문명: Wide-Field Three-Dimensional Depth-Invariant Cellular-Resolution Imaging of the Human Retina.)
망막은 안구의 렌즈를 통해 이미징해야 하기 때문에 안구 렌즈의 수차(예, 난시)로 인해 고해상도 이미징이 어렵다. 기존에는 이를 극복하기 위해 안구 렌즈의 수차를 측정하는 광학 하드웨어와 이를 보정해 이미징 광을 주사하는 광학 하드웨어를 사용하는 적응광학(adaptive optics) 방법이 개발돼왔다. 하지만, 이러한 방법은 복잡하고 가격이 비싼 추가의 광학 하드웨어가 필요할 뿐만 아니라, 단일 초점면에서만 고해상도 영상을 얻을 수 있어, 3차원 고해상도 이미지를 얻기 위해서는 초점 위치를 바꿔가며 여러 깊이에서 반복적으로 이미징을 수행해야만 했다.
오왕열 교수 연구팀은 간단한 일반적인 광학계를 사용해 3차원 망막 영상을 한 번에 얻고, 이 영상 데이터에 존재하는 수차와 초점에서 벗어난 부분에서 영상이 흐려지는 디포커싱(defocusing)을 계산을 통해 제거하는 기술을 개발함으로써 이러한 한계를 극복했다. 또한 연구팀은 초고속 위상안정 3차원 OCT(Optical Coherence Tomography: 광간섭 단층촬영) 시스템을 함께 개발해 전산적 수차 및 디포커싱 제거 기술의 실제 응용 현장에서의 유용성을 확보했다.
오왕열 교수는 “전산적 수차 및 디포커싱 제거 기술이 적용되려면, 망막의 3차원 각 위치에서 산란돼 나온 빛의 세기는 물론 위상 값도 모두 정확히 알아야 한다”며 “넓은 3차원 영역을 고해상도로 이미징하려면 영상 데이터의 양(이미지를 구성하는 픽셀 수)이 매우 커지기 때문에, 초고속으로 3차원 영상 데이터를 획득할 수 있는 기술이 필수적이며, 이에 따라 초고속 위상안정 3차원 이미징 시스템이 반드시 필요하다”고 말했다.
새로 개발된 OCT 이미징 시스템은 기존 OCT 기술들의 위상 불안정 문제를 해결하면서도, 현재 가장 빠른 상용 망막 OCT 시스템보다 20배 이상 빠른 이미징 속도를 제공해, 3mm x 3mm 에 걸친 사람 망막의 3차원 영역을 세포 수준으로 촘촘하게 이미징한 위상안정 영상 데이터(약 100억 개의 3차원 화소(픽셀)로 구성)를 2.3초 만에 획득할 수 있게 했다.
오왕열 교수는 “현재 병원에서 사용되는 망막 OCT 시스템과 동일한 간단한 광학계를 사용하면서도, 피험자 망막의 다양한 깊이 위치에 존재하는 망막 신경섬유층, 광수용세포층 등 여러 층의 미세구조를 모두 세포수준의 해상도로 보여줄 수 있어, 실제 망막질환 임상 및 연구 현장에서 매우 유용하게 사용될 것” 이라고 강한 기대를 보였으며, “전산적 수차 및 디포커싱 제거 기술뿐만 아니라, 이 기술 적용에 필수적인 초고속 위상안정 OCT 기술 개발에 주도적인 역할을 한 이병권 박사의 기여가 절대적이었다”라며 공을 돌렸다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
2023.05.03
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박재선 석박사통합과정, 모나코-ITER 박사후연구원 펠로우십 선정
〈 박 재 선 석박사통합과정〉
우리 대학 물리학과 박재선 석박사통합과정(지도교수 : 원자력및양자공학과 최원호 교수)이 모나코-ITER 박사후연구원 펠로우십(Principality of Monaco/ITER Postdoctoral Fellowships)에 최종 선정됐다.
모나코-ITER 박사후연구원 펠로우십은 ITER에서 근무할 박사후연구자들을 지원하기 위한 프로그램으로 2008년 1월 모나코 공국과 ITER 국제기구 사이에 체결된 후 매 2년마다 전 세계에서 총 5명만 선발하는 경쟁력 높은 프로그램이다.
선발된 박사후연구원은 2년 동안 ITER 국제기구에 근무하며 분야를 선도하는 뛰어난 핵융합 연구자들과 협업하며 연구 과제를 수행하게 된다.
1985년에 처음 시작된 국제열핵융합로(ITER) 프로젝트는 핵융합에너지 개발을 위한 공동연구를 목적으로 현재 대한민국, 유럽연합, 미국, 중국, 일본, 러시아, 인도의 총 7개 회원국이 금액을 분담해 참여하는 초거대 규모의 과학 프로젝트이다.
우리나라는 ITER 장치의 총 건설비용(약 200억 유로)의 9.1%를 부담하고 있다. ITER 핵융합실험로는 프랑스 남부 프로방스 알프코트다쥐르(provence-alpes-côte d'azur) 지역 약 42헥타르의 부지에 2025년 최초 플라즈마 발생을 목표로 건설 중이고, 현재 세계 각국 약 800여 명의 인력이 함께 근무하고 있다.
선발된 박사후연구원은 ITER에서 근무하는 동안 국제공무원 신분을 인정받아 다양한 혜택을 받게 된다. 박재선 학생은 2019년 초부터 ITER에서 근무를 시작할 예정이다.
2018.05.02
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오왕열 교수, 영상왜곡 없는 3차원 관상동맥 내시현미경 시스템 개발
〈 오 왕 열 교수 〉
우리 대학 기계공학과 오왕열 교수 연구팀(KI 헬스사이언스 연구소)이 영상왜곡 없이 관상동맥 내부를 정확히 이미징할 수 있는 관상동맥 내시현미경 시스템을 개발했다.
이 시스템으로 생체 관상동맥 내부 3차원 미세구조를 단일 심박 내에서 초고속 및 고해상도로 촬영했고 단일 심박 내에서 고해상도로 이미징 하는데 성공했다.
연구팀은 이 시스템을 사용해 인간과 비슷한 돼지 심장의 관상동맥 이미징에 성공함으로써 급성 심근경색으로 대표되는 관상동맥 질환의 정확한 진단 및 치료에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다.
연구 결과는 심혈관분야의 임상저널인 ‘미국심장학회 학술지(JACC Cardiovascular Imaging : Journal of American College of Cardiology Cardiovascular Imaging)’ 5월호에 게재됐다.
돌연사의 가장 큰 원인인 급성 심근경색은 심장표면에 존재하면서 심장근육에 혈액을 공급하는 관상동맥(coronary artery)이 좁아지고 막혀 심장박동이 중지돼 갑작스럽게 사망하는 질환이다.
따라서 급성 심근경색을 예측하는 것은 매우 중요하며 이를 위해서는 의료진이 정확하게 진단할 수 있는 자료가 필수적이다.
광단층영상기술(OCT, Optical Coherence Tomography) 기반의 혈관 내시경은 현재 가장 높은 해상도의 심혈관 내부 영상을 제공하고 있다. 하지만 통상적으로 초당 100장 정도를 촬영하기 때문에 관상동맥 전체의 영상을 획득하는데 최소 3~5초가 소요된다.
이 사이 발생한 수차례의 심장 박동은 혈관의 반복적인 수축 및 팽창을 일으키고, 이는 정상적인 혈관도 마치 좁아진 것처럼 울퉁불퉁하게 보이는 영상왜곡으로 이어져 진단의 정확도가 떨어지게 된다.
연구팀이 개발한 단일 심박 주기 내 3차원 관상동맥 OCT 이미징 기술은 이러한 문제를 해결할 수 있는 핵심 기술이다. 초당 500장 촬영하는 고속 관상동맥 및 심박을 모니터링해 가장 움직임이 적은 영역을 자동적으로 포착 후 이미징을 수행하는 기술을 개발했다.
이를 통해 심장 박동으로 인한 영상 왜곡 없이 7센티미터 길이의 관상동맥을 0.7초 사이에 촬영해 내부 고해상도 영상을 확보할 수 있었다.
오 교수 연구팀은 고려대구로병원 김진원 교수 연구팀과의 협력을 통해 사람의 관상동맥과 비슷한 크기를 갖는 돼지 관상동맥의 단일 심박 내 초고속 3차원 이미징에 성공했다.
연구팀은 “이번 연구 결과를 통해 국내에서 개발한 세계 최고의 기술이 병원과의 긴밀한 협력을 통해 실제 임상에서의 한계를 극복하고 유용성을 인정받았다”고 밝혔다.
오 교수는 “심혈관 내 플라크 형태 분석과 스텐트(stent : 혈관 확장을 위해 혈관에 삽입하는 구조물) 삽입 등에 유용하게 사용 가능할 것으로 기대된다”며 “환자에 적용하기 위해 식약처 승인을 받기 위한 과정을 준비 중이다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 단일심박 초고속 관상동맥 OCT로 획득한 돼지 관상동맥의 길이방향 영상
그림1. 관상동맥 OCT로 영상으로부터 얻은 관상동맥 3차원 구조 복원 영상
2016.08.04
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김현식 학생, 국내 첫 IEEE 박사과정 업적 상 수상
우리 학교 전기및전자공학과 김현식(지도교수 조규형) 박사과정 학생이 국제전기전자공학회(IEEE) 반도체회로분야(SSCS)에서 국내 최초로 ‘박사과정 업적 상(Predoctoral Achievement Award)’을 수상한다.
시상식은 내년 2월 미국 샌프란시스코에서 개최되는 국제고체회로학회(ISSCC)에서 거행되는데 김 씨는 1,000달러의 상금을 받는다.
이 상은 1983년 제정된 이래 국제전기전자공학회 반도체회로분야 회장을 역임한 UC버클리 번하드 보서(Bernhard Boser) 교수, 국제전기전자공학회 고체회로학술지 편집장인 미시건대학 마이클 플린(Michael Flynn) 교수 등 세계적인 석학들이 수상한 바 있다.
이 상은 전 세계에서 반도체회로를 전공하는 박사과정 학생을 대상으로 국제논문, 학업성적, 연구 성과, 추천서 등을 바탕으로 선발한다.
김 씨는 국제고체회로학회와 국제전기전자공학회 등에서 총 15편의 국제저널 및 국제학회 논문을 발표했다. 또 35건의 국내외 특허를 출원하고 삼성전자 휴먼테크논문대상 3년 연속(2회 연속 금상)으로 받은 점을 인정받았다.
2013.12.17
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"즐거운 대학생활" 교과목 개설
[사진] 우리학교 신입생들이 "즐거운 대학생활" 첫 수업을 듣고 있다.
우리학교가 이번 봄학기에 처음 개설한 ‘즐거운 대학생활(Happy College Life)’이란 교과목이 눈길을 끈다.
이 교과목은 신입생들이 팀워크, 봉사 및 참여활동 등 다양한 활동을 통해 삶의 가치를 찾으며 즐거운 학교생활을 할 수 있도록 마련됐다. 신입생들의 생활을 가장 잘 이해하는 2학년 학생들이 지난해 12월부터 직접 프로그램을 기획했다.
신입생들은 필수 교과목인 즐거운 대학생활Ⅰ,Ⅱ를 봄 학기와 가을 학기에 각각 수강한다.
950여명의 신입생들은 30개 반으로 편성되고, 수업은 매주 목요일 저녁 7시부터 8시까지 실시된다.
학생들은 반별 봉사활동을 자율적으로 기획하고 수행하며, 운동경기, 유명인사 초청 강연, 기숙사 파티, 가요제 등 다양한 프로그램에 참여한다.
담임교수, 생활사감과 지도선배가 각 반을 맡아 학생들에게 보다 적극적으로 다가갈 수 있도록 했다. 이들은 상호 보완적인 역할을 하며 신입생들과 눈높이를 맞춘다.
젊은 교수로 선정된 담임교수(Academic Advisor)는 ‘즐거운 대학생활’ 강의를 담당하면서 수강지도, 애로사항 상담, 진로 상담 등을 한다. 또, 학부생으로 이뤄진 각 담임교수 아래의 수업조교(Teaching Assistant)들은 담임교수와 학생 사이에 느껴질 수 있는 거리감을 줄여주고 학생들의 전반적인 생활 관리를 한다.
생활사감(Resident Advisor)은 학생의 성적, 개인 환경, 잠재력 및 소질 등을 종합적으로 판단하여 신입생을 선발한 입학사정관들로 구성했다. 생활사감은 선발한 학생들에 대한 모니터링을 실시하며 진로 및 대인관계 등에 대한 생활지도를 맡게 된다.
신입생들을 위해 자발적으로 지원한 지도선배(Proctor)들은 신입생과 같은 기숙사에 상주하면서 학생들의 학업과 생활 관리를 해준다. 지도선배는 딱딱한 ‘선배님’보다 친근한 ‘형, 언니’로 다가갈 수 있도록 학부생들로 선발되었다.
또한, KAIST는 ‘즐거운 대학생활’ 교과목 운영지원 뿐만 아니라 학업, 대학생활, 진로상담 등 신입생들의 학교생활을 효과적으로 지원하기 위해 ‘새내기지원실’을 최근 신설했다.
2011.02.14
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김성엽 박사, 울산과학기술대 조교수 임용
우리학교 출신의 김성엽 박사(지도교수: 기계공학과 임세영 교수)가 2009년 11월부로 울산과학기술대학교(UNIST) 기계신소재공학부 조교수에 임용됐다. 김성엽 박사는 과학고를 졸업한 뒤 KAIST에 입학했으며, 기계공학과 학사, 석사, 박사과정을 이수하고 2006년 8월 박사학위를 받았다. 그 후 박사후 연구원으로 2007년 12월까지 근무했으며, 2008년 1월부터 2009년 9월까지는 콜로라도 대학교(Univ. of Colorado)에서 박사후 연구원(Post Doctoral Researcher)으로 재직했다.
김성엽 교수 약력
Educations
o B.S. in Mechanical Engineering at KAIST, 1998. 8.
o M.S. in Mechanical Engineering at KAIST, 2000. 8.
(Thesis: Analysis of Wrinkling Membranes by Meshfree Method)
o Ph.D. in Mechanical Engineering at KAIST, 2006. 8.
(Thesis: Rare Event Calculations for Nanosystems: Diffusions, Dislocations and Configurational Changes of CNTs)
Work Experiences
o Post Doctoral Researcher at KAIST (2006.9 ~ 2007.12)
o Post Doctoral Researcher at University of Colorado (2008. 1 ~ 2009. 9)
o Assistant Professor at the School of Mechanical and Advanced Materials Engineering (MAME),
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) (2009. 11 ~ )
Research Interests
o Nanoscale Materials and Mechanics
o Nanoscale Computational Schemes
o Multiscale Simulation Schemes
o Multiphysics Phenomena at Nanoscale
Ongoing Research Topics
o Vibrational Character of Metal Nanowires and Graphene
o Intrinsic Stability of Metal Nanowires
o Acoustic Wave Dispersion on Graphene
o Application of Graphene to Mass(or Pressure) Sensor
o Adhesion between Graphene and Substrate on the Bulge Test
Lectures: (Spring, 2010)
o Solid Mechanics (undergraduate)
o Continuum Mechanics (graduate)
2009.12.01
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