생체조직의 물리적 특성 영상화

 

The goal is to develop math-based medical imaging techniques to expand our ability to visualize the electro-mechanical tissue property inside the human body. Develop imaging methodologies, mathematical models, rigorous mathematical analysis and computational algorithms on tissue property imaging for biomedical applications.

 

생체 내부 조직의 물리적(전자기적, 기계적) 특성의 가시화에는 다른 의료영상법들에 비하여 매우 복잡한 이론적 해석과 정교한 영상복원 알고리즘의 개발이 필요하다. 인체 내부의 물성을 영상의 형태로 추출하기 위해서는 인체 내부에 해당 물리적 특성에 의해 변조되는 물리량(electrical current/magnetic field, mechanical vibration)을 인가한 후, 적절한 계측방식(전극 또는 코일, MRI, ultrasound, optics)을 이용하여 인체 조직의 물리적 특성이 반영된 데이터를 얻어야 한다. 이때, 측정된 데이터는 인가한 물리량과 생체 물성의 parameter를 반영한 편미분방정식(Maxwell's equations, Elasticity equation)에 기초한 수리모델로 해석되어질 수 있다. 이렇게 측정한 데이터로부터 인체내부의 물리적 특성을 영상화하는 방법은 역문제로 표현되는데, CT, MRI등의 기존의 의료영상기술과는 달리 비선형 구조를 가지고 있기에 다루기 매우 어렵다. 새로운 영상 방식이 의료 진단용으로 활용되기 위해서는 repeatability, robustness뿐만 아니라 공간분해능, 실시간성, 편리성, 비침습성, 차별성등을 모두 고려해야한다.

 

생체조직의 전기적, 기계적 물성은 도전율, 탄성률등으로 기술할 수 있고, 이들 값은 질병의 진전 정도에 따라 큰 폭으로 변한다. 생체조직의 전기적, 기계적 물성에 관한 영상은 기존의 단층촬영법 (CT, MRI, PET)으로 얻을 수 없고, 생체 내에서 직접적인 계측이 불가능함으로 수리모델에 기초를 둔 역문제를 풀어야 한다. 생체내부의 물성을 영상의 형태로 추출하는 기술은 의료영상 분야 중에서도 최첨단 분야이며, 수학-공학-의학기반의 다학제적인 전문지식이 필요로 한다. 기존의 영상의 한계를 극복하기위해서는 수리과학을 통한 정교한 해석과 수리 모델링/ 프로그래밍 능력뿐만 아니라 의료진과 소통능력을 동시에 갖춘 연구진이 필요하다. 생체 조직의 물성 특징에 관한 의료영상 신기술은 우리 몸의 내부를 촬영하는 새로운 방법을 제공하여, 지금까지는 볼 수 없었던 구조 또는 현상들을 볼 수 있게 한다. 초기 단계 종양조직의 영상화, 신경활동의 직접적인 영상화, 전자기 치료기술의 최적화, 생체전자기 신호원 영상법의 개선 등에 이용할 수 있다.