[학생 인터뷰] 권재명 석사과정 학생, 3D 생체 이미징 기술 개발 및 구강 스캐너에로의 적용

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<연구 관련 내용 대표 이미지>

이번 학생 인터뷰에서는 3D 생체 이미징을 개발하고 이를 구강 스캐너에 접목시켜 구강 모형의 3차원 이미징을 수행한 권재명 석사과정 학생을 인터뷰하였습니다.

1. 안녕하세요, 간단한 자기소개 부탁드립니다.

안녕하세요, 저는 정기훈 교수님 연구실에서 석사과정을 밟고 있는 권재명입니다. 학부 또한 바이오및뇌공학과를 졸업하였고 광학 및 MEMS를 이용하여 biomedical device를 개발하는 것에 흥미를 느껴 본 연구실로 진학하였습니다. 연구실에 대해 궁금한 점이 있으신 분은 이메일 주시면 얼마든지 답변해 드리겠습니다 (kwon_jae_myeong@kaist.ac.kr).

2. 네, 이번에3D 생체 이미징 기술에 대해 연구하셨는데, 3D 생체 이미징 기술이 필요한 이유가 뭔가요?

3D 생체 이미징은 영상 획득 방법과 촬영 방법에 따라 다양하게 나뉘지만, 카메라 기반 장치의 경우 구강 스캐닝과 내시경 등에 쓰여 여러 진단과 치료의 효율을 높이고 있습니다. 이번 인터뷰에서는 제가 관심 있게 진행한 구강 스캐닝에 관해 설명해 드리겠습니다. 임플란트 등의 치과 치료를 진행할 때 정확한 보철물을 제작하기 위해 구강의 3차원 구조를 획득하는 과정이 필요합니다. 전통적으로는 알지네이트 등의 ‘인상재’라는 물질을 환자의 구강에 직접 넣어 본뜬 것을 바탕으로 석고 모형을 제작하고, 이를 다시 레이저 스캐너를 통해 디지털화합니다. 이러한 작업 방식은 인상재가 환자에게 구토감과 같이 불편함을 유발하고, 석고 모형의 변형, 파손, 보관, 이송 등의 시간이 오래 걸리고 비효율적인 문제가 있습니다. 이때, 구강 내부를 3차원 카메라로 촬영하여 즉시 디지털화한다면 기존 인상 채득 방법이 가진 문제를 모두 해결하면서 AI 보조 진단, 가상 수술 진행, 치과 연구 데이터베이스 구축 등 치과 치료의 새로운 패러다임을 가져올 수 있습니다. 이 외에도 내시경의 경우 조직이 거의 붉은 색으로만 보이는 상황에서 내시경 촬영 중 물체의 크기를 정확하게 판단하기 어려워서 3차원 내시경을 이용하는 경우 암 진단 정확도를 높이고 수술 시간을 단축하는 효과가 있습니다.

3. 자세한 설명 감사합니다. 기존의 구강 스캐너가 가졌던 기술적 한계와, 어떤 핵심 기술 혹은 핵심 아이디어를 통해서 그 한계를 극복하셨는지 설명해주세요.

기존의 구강 스캐너는 주로 삼각 측량법, 공초점 스캐닝 등의 방법을 이용하여 거리 정보를 획득합니다. 하지만, 이러한 방법의 경우 두 대 이상의 카메라가 필요하거나, 복잡한 광학계가 필요하는 등 기구의 소형화가 어렵고 움직이는 광학 소자에 의해 동작 잡음 (motion artifact)이 발생하는 한계가 있습니다. 구강 스캐너는 환자의 입 안에 기구를 넣어 이용하고, 사용자가 한 손으로 들고 사용하기 때문에 소형화 및 동작 잡음이 실용성 측면에서 중요합니다. 따라서, 이러한 한계를 극복하기 위해 제가 진행한 연구에서는 구강 스캐너에 최초로 라이트필드 카메라를 적용하였습니다. 라이트필드 카메라는 일반 카메라의 구조에서 이미지 센서 앞에 마이크로렌즈 어레이만을 추가한 간단한 구조이기 때문에 3차원 이미징 시스템에 적합합니다. 하지만 실용적인 성능을 갖는 구강 스캐닝용 라이트필드 카메라를 제작하기 위해서는 기존 공정 방법으로는 제작하기 어려운 큰 f 값 (f-number; 초점 거리와 렌즈 직경의 비율)을 갖는 마이크로렌즈 어레이 제작이 필요했습니다. 따라서, 마이크로렌즈 어레이가 PDMS에 잠긴 고체 잠입 마이크로렌즈를 제안 및 제작하여 해당 문제를 해결하고 라이트필드 카메라를 이용한 구강 스캐너를 제작할 수 있었습니다. 이를 이용하여 구강 모형의 3차원 이미징을 성공적으로 수행하였습니다.

4. 이번 연구의 한계점이나 앞으로 연구하고 싶은 분야가 있다면 설명해주세요.

제작한 구강 스캐너의 완성도 및 이미지 프로세싱의 수준이 제품화된 제품과는 아직 차이가 있기 때문에 완성도를 높이는 연구에도 관심이 있습니다. 또한, 앞으로는 3D 카메라뿐만 아니라 현미경에도 라이트필드 이미징을 적용하여 기존 3차원 현미경이 갖는 한계를 극복하는 실시간 3차원 조직 모니터링에 대한 연구를 진행해보고 싶습니다.

지금까지 카이스트 바이오및뇌공학과 정기훈 교수님 실험실의 석사과정 권재명이었습니다. 인터뷰에 응해주셔서 진심으로 감사드립니다!

김세훈 기자(sehun6215@kaist.ac.kr)