Press Release
[2013.06.26. News Scrap] 레이저 잡음을 이용한 초고해상도 형광현미경 개발
국내 연구진이 레이저의 간섭무늬를 이용하여 기존 광학현미경 보다 3배 이상 높은 해상도의 초고해상도 형광현미경* 기술을 개발했다. 생물실험에서 흔히 사용하는 형광물질로도 전자현미경 해상도에 근접하는 수준으로 상용성이 높아 주목받고 있다. KAIST 바이오 및 뇌공학과 예종철 교수가 주도하고 민준홍 박사과정 연구원?장재덕 박사(공동 제1저자) 등이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트지(Scientific Reports) 6월 25일자에 게재되었다. 기존 초고해상도 형광현미경의 경우 해상도를 높이기 위해 레이저의 세기를 높이거나 깜빡일 수 있는 형광 표지물질 등을 새로 디자인하는 과정이 필요하기 때문에 물체에 손상을 입히거나 흔히 사용하는 일반적인 형광 표지물질이나 단백질을 사용할 수 없는 것이 단점이었다. 시약을 이용해 형광물질을 깜빡이게 하거나 주기적인 패턴의 조명을 주는 방식이 있었으나 범용으로 이용되기는 어려웠다. 연구팀은 기존 형광현미경에 간단히 스페클* 조명을 적용하여 깜빡이는 형광물질을 새로이 만드는 번거로움 없이 80nm의 분해능을 얻을 수 있는 형광현미경을 고안해냈다. 즉, 영상처리에서 제거해야 할 잡음으로만 간주되어 온 간섭무늬에 담긴 정보를 수집하여 해상도를 높이는 데 이용한 것이다. 형광현미경으로 물체를 관찰하기 위해 기존에는 형광물질이 점멸하도록 하는 방식이 많이 사용됐다. 하지만 연구팀은 물체 대신 조명이 어두워졌다 밝아졌다 하는 방식을 채택함으로써 대상물체에 따라 다르게 형광물질을 디자인해야 하는 번거로움을 극복했다. 스페클 조명이 반복되는 동안에도 형광물질은 제자리에 있고 형광물질의 분포는 전체 영상에서 적은 영역을 차지한다는 사실에 착안하여 신호가 희소할수록 더 좋은 해상도를 얻을 수 있는 압축센싱* 알고리즘을 이용했다. * 압축센싱(Compressive Sensing) 기술 : 신호획득의 기본원리인 나이퀴스트 (Nyquist) 한계에서 논의되는 샘플보다 훨씬 적은 샘플로부터도 신호를 복원할 수 있다는 이론으로 바이오 및 의료영상에서 시공간적 분해능의 한계를 극복하고 영상을 복원할 수 있다. 한편 연구팀은 이번 연구와 관련하여 미국에 특허를 출원 중에 있다. 예 교수는 “기존 생물실험 프로토콜과 현미경 장비를 그대로 사용하여 광학해상도를 극복하는 방식으로 그 응용분야가 넓다”면서, “ICT 분야의 최첨단 신호처리 기법을 이용하여 바이오 영상에서의 난제를 해결한 융합연구의 쾌거라고 할 수 있다”고 밝혔다. < 미래창조과학부 기초연구진흥과 02-2110-2373 2013.6.26. 미래창조과학부 http://www.korea.kr/policy/pressReleaseView.do?newsId=155903603 [2013.02.06] Prof. Ye, IEEE Transaction on Image Processing 편집위원 선임
KAIST 바이오및뇌공학과 예종철 교수가 영상 및 의료영상처리 분야의 저명한 학술지인 ‘IEEE 영상처리 트랜잭션(IEEE TIP, IEEE Transaction on Image Processing)"지 편집위원으로 선임됐다. 예 교수는 2013년 2월부터 2016년 1월까지 3년 간 편집위원으로 활동하면서 의료영상 분야의 논문심사와 편집방향 설정 등에 참여하게 된다. 예종철 교수는 압축센싱(Compressed sensing)을 이용해 높은 분해능을 갖는 의료영상복원 기술을 개발해 자기공명영상(MRI), 컴퓨터 단층촬영(CT), 양전자방출촬영기(PET), 뇌 영상 등에 적용하는 분야를 개척하는 등 의료영상 분야에서 주목할 만한 연구 성과를 낸 점을 인정받았다. 한편, "IEEE TIP"지는 영상처리, 의료영상, 영상 획득, 영상 압축, 출력 등의 분야에서 세계 최고의 권위를 자랑하는 학술지로 1992년 창간됐다. [2012.01.11] 예종철 KAIST 교수팀, 신호 검출 알고리즘 개발 의료영상, 무선통신 등 다양한 분야에 활용할 수 있는 신호검출 알고리즘이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국연구재단은 예종철 KAIST 교수팀이 개발한 신호검출 알고리즘 연구결과가 신호처리 및 정보이론 분야 학술지인 ‘IEEE Transaction of Information Theory’ 1월호(1월12일자)에 게재됐다고 11일 밝다. 예종철 교수팀은 최근 신호처리 분야에서 새로운 신호 획득 기술로 주목받고 있는 압축센싱기술을 이용해 기존 배열신호처리 기법과 결합된 새로운 신호검출 알고리즘을 개발했다. 예 교수팀의 이번 성과는 배열신호처리 분야에서 30년간 해결하지 못한 난제인 가간섭신호문제를 풀고, 해법을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 현대 무선, 의료 및 군용 레이더·센서는 여러개의 소형 안테나와 센서를 배열해 사용하는 경우가 많은데, 이때 안테나로 추적하려는 신호원이 동일한 파형이면 서로 간섭을 일으켜 신호원의 위치를 추적하기 어려웠다. 이 문제는 지난 30년간 근본적으로 해결되지 못했으며, 특히 의료영상분야의 경우 뇌자도와 심자도 등을 이용한 간질·심장질환 분석시 병변으로부터 나오는 신호가 간섭을 일으키면 정밀한 진단이 불가능했다. 예 교수팀은 압축센싱 기술을 이용해 기존의 배열신호처리방법으로 실패한 영역에서 성공할 수 있도록 배열신호처리와 압축센싱을 최적으로 결합할 수 있는 수학적인 조건을 찾아내 새로운 신호검출 알고리즘을 만들어냈다. 예종철 교수는 “이번 연구 결과는 국내 바이오공학 분야 연구진들이 IT 분야의 난제를 해결했다는 점에서 IT·BT 분야를 아우르는 쾌거라고 볼 수 있다”며 “무선통신, 군용 레이더 및 의료영상 등 센서를 사용하는 모든 분야에 사용되는 원천연구인 만큼 파급 효과가 클 것으로 예상된다”고 말했다. 예 교수팀의 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 ‘중견연구자지원사업’의 지원을 받아 수행됐다. 신선미기자 | [email protected] http://www.etnews.com/201201110066 |