무선초소형카메라로 어두운 곳에서도 고화질 촬영 가능해요 > NEW 영어기초확립

FiLM-Scope는 초소형카메라 수술 장면을 여러 각도에서 동시에 촬영하여 48장의 다중 시점 이미지를 획득합니다. 이렇게 촬영된 이미지는 맞춤형 복원 알고리즘을 통해 고밀도의 3D 모델로 변환될 수 있습니다. 이미지 제공: Clare B. Cook (Duke University). 한 세기가 넘는 기간 동안, 섬세한 수술을 집도하는 외과 의사들은 깊이감을 확보하기 위해 입체 현미경(stereoscopic microscope)에 의존해 왔습니다. 이 장비는 사람의 시각과 같은 원리를 활용하여, 각 눈에 조금씩 초소형카메라 다른 영상을 보여줌으로써 뇌가 삼차원 구조를 인식할 수 있도록 도와줍니다. 이는 연약한 혈관이나 복잡한 뇌 조직처럼 민감한 부위를 다룰 때 필수적인 도구입니다. 최근에는 디지털 디스플레이나 영상 기록 기능 등이 추가되면서 현미경이 현대적으로 발전해 왔지만, 여전히 기본 원리는 두 개의 시점을 뇌가 해석해 깊이를 감지한다는 점에서 같다고 할 수 있습니다.​ 하지만 이 방식에는 분명한 한계가 존재합니다. 직관적인 깊이감을 제공한다는 장점은 초소형카메라 있지만, 외과 의사나 수술 로봇이 시야에서 직접 정밀한 측정값을 얻을 수는 없습니다. 두 장의 영상만으로는 정확한 거리나 형태를 파악하기 어렵고, 특히 조명이 고르지 않거나 표면 반사가 심하고 수술 기구가 시야를 가리는 복잡한 수술 환경에서는 그 어려움이 더욱 커집니다. 이러한 문제 때문에 수술 자동화 기술이나 실시간 피드백 장치의 발전 속도가 더디게 진행되고 있는 실정입니다.​ MRI나 CT와 같은 수술 전 3D 초소형카메라 스캔은 도움이 될 수 있지만, 수술 중에 조직이 움직이거나 변해도 이를 실시간으로 반영할 수는 없습니다. 광간섭 단층촬영(OCT)은 정밀한 실시간 데이터를 제공할 수 있지만, 촬영 범위가 좁고 흑백 영상으로만 출력되어 해석이 쉽지 않습니다. 이러한 한계를 극복하고 실시간으로 작동하면서도 더 정확한 3D 영상을 제공할 수 있는 기술이 필요한 상황에서, 최근 미국 국립보건원 및 듀크대학교 공동 연구진은 새로운 형태의 수술 현미경인 ‘푸리에 초소형카메라 라이트필드 다중 시점 입체 현미경(Fourier lightfield multiview stereoscope)’, 약칭 ‘FiLM-Scope’를 개발했습니다. 관련 연구는 Advanced Photonics Nexus에 발표되었습니다.​ FiLM-Scope는 하나의 고성능 렌즈를 통해 초점을 맞춘 뒤, 격자 형태로 배열된 48개의 초소형 카메라를 동시에 작동시킵니다. 각 카메라는 수술 부위를 조금씩 다른 각도에서 촬영하여 동일한 장면의 고해상도 이미지(각각 1,250만 화소)를 총 48장 생성합니다. 이 장비는 약 28 x 37 밀리미터 크기의 넓은 초소형카메라 시야를 확보할 수 있으며, 22마이크론(㎛) 단위의 미세한 디테일까지 포착할 수 있습니다. 초당 최대 120프레임의 고속 영상 스트리밍도 가능합니다.​ 이렇게 얻은 다중 시점 이미지는 특수 설계된 알고리즘으로 실시간 처리되어 정밀한 3D 지도로 재구성됩니다. 이 알고리즘은 사전에 학습된 데이터나 모델 없이 스스로 연산하는 ‘자기 지도 학습(self-supervised)’ 방식으로 작동해, 최대 1센티미터 깊이 범위에서 11마이크론 수준의 정밀도로 표면 형상을 복원할 수 있습니다. 한 초소형카메라 프레임에 여러 시점의 정보가 동시에 담기기 때문에 현미경 자체를 이동시키지 않고도 디지털 방식으로 줌인하거나 시야를 이동할 수 있어, 수술 과정이 훨씬 매끄럽고 효율적으로 진행될 수 있습니다. 일반 영상 데이터를 정밀한 3D 측정 데이터로 전환할 수 있다는 점에서, FiLM-Scope는 수작업 미세수술은 물론 로봇 수술 분야에서도 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대됩니다. 이렇게 유연하면서도 데이터가 풍부한 3D 영상 기술은 고정밀 시각화가 필요한 초소형카메라 재료 과학이나 마이크로 가공 같은 분야에서도 큰 가치를 발휘할 수 있을 것입니다.​기사 출처 : New surgical microscope offers precise 3D imaging using 48 tiny cameras​국제 광학 및 포토닉스 학회인 SPIE(The International Society for Optics and Photonics)가 출판하는 모든 콘텐츠는 신원데이터넷을 통해 만나실 수 있습니다.하단 링크를 클릭하시어 신원데이터넷의 다양한 콘텐츠 정보를 확인해 보세요!인문사회, 경영경제, 과학기술 등 전 세계학술정보를 e-Journal, e-Book, 초소형카메라 DB로 공급​