초록 ▼

□ 연구개요
⦁ 스펙클 변화 광 간섭 신호를 이용하여 안구 내 망막의 구조 및 조직 상태 변성을 정밀하게 관찰할 수 있는 기술을 개발하고, 특히 레이저 망막 광응고술 시 발생되는 망막 층 미세 조직의 변성 과정을 실시간 관찰 가능한 전임상 모니터링 기술을 연구하고자함. 이를 위하여 1차년도에는 고속 안구용 광 간섭 단층 영상 시스템 구축, 스펙클 변환 알고리즘 개발과 검증을 진행함. 2차년도에는 치료용 레이저의 영상 시스템 동기화를 진행하고, GPU 프로세스를 활용한 실시간 스펙클 추출 연구를 진행함. 3차년도에는 개발된 시스

□ 연구개요
⦁ 스펙클 변화 광 간섭 신호를 이용하여 안구 내 망막의 구조 및 조직 상태 변성을 정밀하게 관찰할 수 있는 기술을 개발하고, 특히 레이저 망막 광응고술 시 발생되는 망막 층 미세 조직의 변성 과정을 실시간 관찰 가능한 전임상 모니터링 기술을 연구하고자함. 이를 위하여 1차년도에는 고속 안구용 광 간섭 단층 영상 시스템 구축, 스펙클 변환 알고리즘 개발과 검증을 진행함. 2차년도에는 치료용 레이저의 영상 시스템 동기화를 진행하고, GPU 프로세스를 활용한 실시간 스펙클 추출 연구를 진행함. 3차년도에는 개발된 시스템의 성능 최적화와 스펙클 시뮬레이션을 진행하였으며, 살아있는 동물에서 검증 실험을 진행하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
⦁ 안구용 고속 광 간섭 단층 영상 시스템 구축-100nm 대역의 대역폭과 100kHz의 속도를 가지는 고속 광간섭영상 시스템을 구축함. 이를 활용하여 최대 1.25 mm 깊이 영상, 각각 4.5와 12.19μm의 깊이와 측방향 해상도를 가지는 시스템을 개발함.
⦁ 스펙클 변화 측정 알고리즘 개발-고속으로 초당 획득된 100개의 B-scan 단층 영상을 활용하여 스펙클 변화 알고리즘 개발 완료.
⦁ 치료용 레이저와 광간섭 단층 영상 시스템 동기화-개발된 고속 광 간섭 단층 영상 시스템의 프로브단과 망막 치료용 레이저의 동기화를 위하여, Hot mirror를 활용한 공동 광경로 제작함. 공동 광경로 광 간섭 레이저와 치료용 레이저의 빔은 공동 샘플 스캐너를 통하여 영상 획득 및 치료 프로세스 진행함.
⦁ 스펙클 변화 신호 실시간 프로세스 개발-GPU와 CPU를 병렬프로세싱을 활용하여, 스펙클 신호를 실시간 추출 가능한 프로세싱 파트를 개발함. 이를 활용하여 스펙클 신호를 고속으로 추출함. 본 병렬처리프로세싱을 실시간 카테터 추적 영상에 적용하여 최대 40 frames/sec의 영상 출력을 구현함.
⦁ 시스템 안정화 최적화-망막 광 간섭 영상 시스템의 Dispersion을 보정을 통하여, 망막 내 단층 영상 보정 및 영상 최적화, 영상 촬영 시 시각화 빔을 적용하여, 스캔 범위 시각화.
⦁ 레이저 치료 조사 최적화와 광 간섭 영상 시스템 최적화-COMSOL 시뮬레이션 방법을 활용하여 조직 내 시간에 따른 열분포에 대해서 시뮬레이션을 진행함. 또한 망막 내 ICG 주입을 통하여 망막 층별 민감도를 향상 시킴. 딥러닝 기술을 활용하여 스펙클 영상 예측과 최적화 진행함.
⦁ In vivo/Ex vivo 동물 망막 실험 검증-인간의 눈과 유사한 크기의 돼지 적출 안구를 활용하여, 개발된 치료용 레이저와 광 간섭 영상 시스템의 성능 검증함. 치료용 레이저 작동 시스펙클 변화 감지 확인. 살아 있는 토끼 모델에서 레이저 조사 시 망막의 스펙클 변화를 감지함. 또한, 암세포 모델에서 레이저 조사 치료에 대한 모니터링을 검증함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
⦁ 인구 고령화, 스마트폰 사용 증가 등으로 인하여 망막 관련 질병이 급증가하고 있으며, 특히, 3대 성인 실명 질병 중 2가지가 망막의 이상으로 발생되는 황반변성과 당뇨망막병증으로 지속적인 관심이 필요함. 고령화 사회가 심화되고 있는 한국에서는 막대한 사회적 비용의 소요가 예상이 된다. 이와 같이 국내외적으로 안과 관련 치료 및 진단 장비의 수요는 증가하고 있으며, 특히 망막 관련 질병은 높은 빈도로 증가하고 있음. 본 연구를 통하여 새롭고 안전한 치료 모니터링 방법 확립이 가능함을 보임.
⦁ 안과 진단 및 치료 모니터링 영상 기술, 피부암 레이저 암치료 모니터링 영상 기술, 오가노이드 제작 과정 및 품질 검증 고품질 영상 기법으로 활용가능함.
⦁ 광 간섭 단층 영상과 다른 광 영상 기술 간의 융합을 통한 다중 고속 광 영상 시스템으로 활용 가능, 고속 영상 처리 기술을 활용한 차세대 영상 복원 딥러닝 기술 활용, 레이저 응고 치료 모니터링 기술의 적용을 통하여 생 체내 열 변화 모니터링 기술로 활용, 생체 장기 모사체인 오가노이드의 제작과 결과 평가를 위하여 광 단층 구조와 조직 상태 평가방법으로 활용 가능함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 34