[학생 인터뷰] 전재훈 석사과정생, 고속 이미징이 가능한 휴대용 공초점 광학 현미경 시스템 개발

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<연구 내용 관련 대표 이미지>

이번 달에는 최근 “Handheld laser scanning microscope catheter for real-time and in vivo confocal microscopy using a high definition high frame rate Lissajous MEMS mirror” 주제로 연구를 진행하신 정기훈 교수님 연구실의 전재훈 석사과정 학생과 인터뷰를 진행해보았습니다.

Q1. 간단한 자기소개를 부탁드립니다.

안녕하세요. 바이오및뇌공학과 정기훈 교수님 연구실의 석사과정에 재학중인 전재훈입니다.

Q2. 이번에 새로운 compact confocal handheld microscope를 제안하시는 논문을 발표하셨습니다. 해당 연구 분야를 간단하게 소개해주실 수 있나요? 예를 들면 이 분야의 어떤 점이 흥미롭다고 느끼시는지, 혹은 어떤 점이 이 분야의 매력이라고 생각하시는지, 왜 이 분야가 중요한지 등이 궁금합니다!

우선 휴대용 공초점 현미경은 광학적 조직 검사에 활용되기 위한 핵심 기술입니다. 기존의 조직 병리학에 기반한 조직 검사는 환자의 몸에서 암으로 의심되는 조직을 일부 떼어 현미경 검사를 위한 조직 동결, 절편화, 염색 등의 과정을 거칩니다. 이러한 과정을 거친 샘플을 현미경으로 조직의 형태를 분석하여 암을 진단하게 됩니다. 이후 암으로 판정된 조직을 절제할 때는 정상 조직 절제의 최소화 및 완전한 암 제거를 위하여 암 조직 제거 후 조직 검사를 통해 남아 있는 암이 없는지 확인하고 추가 절제하는 과정을 반복하게 됩니다. 이 때 기존의 방법은 불필요한 시간이 상당히 많이 소요되고 이는 감염의 확률을 높인다는 위험이 있습니다. 따라서 별도의 샘플 준비과정 없이 휴대용 현미경을 이용하여 바로 조직을 관찰하는 광학적 조직 검사는 수술에서 불필요한 시간과 인력을 단축시킨다는 장점이 있어 많은 연구가 진행되고 있습니다.

Q3. 이번 논문의 대략적인 내용은 어떤것인가요? 이번 논문에서 새롭게 제시하신 포인트는 어떤것일지 간단히만 설명해주실 수 있을까요?

이번 연구를 간략하게 요약하면 리사쥬 MEMS 미러를 이용하여 고속 이미징이 가능한 휴대용 공초점 시스템과 관련된 연구입니다. 휴대용 현미경을 이용한 광학적 조직 검사에서 고속 이미징은 사용자의 손 움직임 혹은 샘플의 심장 박동에 의한 움직임 등에서 발생하는 동작 잡음에 영향을 받지 않고 양질의 이미지를 획득하기 위해 필요합니다. 동시에 휴대용 상황에서의 편의성을 위하여 소형화 역시 이루어져야 합니다. 본 연구에서는 공초점 시스템에서 레이저 스캐너 부분을 MEMS 공정을 통하여 매우 작은 크기로 구현하였습니다. 또한 고속 이미징을 위하여 양축으로 공진 구동하는 리사쥬 스캐닝 방식을 활용하였습니다. 하지만 기존의 리사쥬 스캐닝은 저전압 그리고 고속으로 이미징 가능하다는 장점이 있지만 스캐닝 밀도와 스캐닝 속도가 서로 트레이드 오프 관계에 있어 양질의 이미징을 위해 시간이 많이 필요하다는 문제가 있었습니다. 이번 연구에서는 이 문제를 리사쥬 스캐닝 미러에서 특수한 공진 주파수의 조합을 통해 고속 고밀도 스캐닝을 가능하도록 하여 기존 시스템들보다 빠른 30Hz 이상의 속도로 이미징이 가능한 시스템을 구현하였습니다. 이후 개발된 시스템을 이용하여 동물 실험을 진행하여 in vivo 이미징까지 검증을 완료하였습니다.

Q4. 이번 연구를 진행하며 가장 까다로웠던, 혹은 힘들었던 부분이 있으셨는지요? 있으셨다면 어떻게 해결해 나가신지도 궁금합니다.

이 연구는 학부생으로 재학중일 때 URP로 진행한 연구로 작년에 동물실험 결과를 추가하여 올해 논문으로 개제된 것이어서 사실상 저의 첫 연구였습니다. 그래서 연구를 처음 시작하는 입장에서 모든 것들 것 새롭고 난관으로 다가왔습니다. 우선 이 연구의 핵심 키워드들인 광학, MEMS, 리사쥬 스캐닝, 조직검사 중에서 조직 검사를 제외하고는 아는 것이 전무하였습니다. 그래서 초반에는 계획에도 없던 물리학과의 광학 수업을 듣고 사용해본 적도 없는 각종 시뮬레이션 툴을 가지고 씨름하느라 고생하였던 기억이 나네요. 처음이라는 핑계를 들어 말해보자면 당시 저에게 하나의 논문을 완성시키기 위한 여러가지 일들, 예를 들면 실험 계획에서부터 데이터 정리, 논문 작성, 리비전 등을 혼자서 할 만한 능력이 전혀 없었습니다. 그래서 상당히 막막하였는데 많은 분들의 도움을 받아 해결할 수 있었습니다. 이미지 프로세싱 부분에서는 저희 연구실에서 창업한 브이픽스 메디칼의 도움을, 동물 실험은 저희 과의 박영균 교수님 연구실의 도움을 받아 혼자라면 단순한 URP 연구로 끝날 수도 있었던 연구를 끝까지 논문으로 마무리할 수 있어 기쁘게 생각합니다.

Q5. 마지막으로 대학원을 계획하고 있는, 혹은 이제 막 입학한 후배들에게 해주실 팁이 있을까요?

제가 학부생일 때 교환학생 서류로 앞으로의 연구 계획이 담긴 자기소개서를 확인받으러 가니 지도 교수님께서 읽어 보시고는 “우리학교 학생들은 너무 일찍부터 자신이 하고 싶은 연구분야를 정하는 것 같아 아쉽다.” 라는 말씀을 하셨습니다. 그 당시 이 말씀을 듣고 일찍부터 그런 것을 정하면 좋은 것 아닌가? 라는 생각을 하였지만 지금 돌이켜보면 어떤 의미인지 조금은 이해가 됩니다. 일찍이 방향을 정하면 물론 다른 이보다 더 먼저, 더 많은 것을 할 수 있을지는 몰라도 반대로 말하면 그 과정에서 자신의 가능성을 오히려 제한하는 것이 아닌가 하는 생각이 듭니다. 그래서 자신의 대학원을 고민하고 계신 분이라면 짧더라도 다양한 연구실에서 다양한 경험을 해보고 충분한 고민 후 선택을 하셨으면 좋겠습니다.

참고: Jeon, Jaehun, et al. "Handheld laser scanning microscope catheter for real-time and in vivo confocal microscopy using a high definition high frame rate Lissajous MEMS mirror." Biomedical Optics Express 13.3 (2022): 1497-1505.

김준희 기자 (jjoon95@kaist.ac.kr)