기본 콘텐츠로 건너뛰기

딥러닝을 이용한 스마트폰 현미경


(Image of a blood smear from a cell phone camera (left), following enhancement by the algorithm (center), and taken by a lab microscope (right). Credit: .Ozcan Research Group/UCLA)


 앞서 여러 차례 소개한 것처럼 스마트폰을 진단 기기로 사용하려는 연구가 여기 저기서 진행 중입니다. 일부는 FDA 승인을 받아 의료 현장에서 사용되고 있는데, 간편하게 외래나 병실에서 휴대용 기기로 사용할 수 있고 의료 기기 이용이 제한되는 상황에서도 사용할 수 있다는 장점이 있기 때문입니다. 


 UCLA Samueli School of Engineering의 연구자들은 스마트폰과 3D프린터로 출력한 간단한 현미경 어댑터 (3D-printed microscope attachment), 그리고 딥러닝 기법을 이용해서 폐 조직 및 혈액 현미경 검체를 보다 고해상도 이미지로 변경하는 연구를 진행했습니다. 


 100달러 미만의 간단한 어댑터와 스마트폰을 이용해서 세포의 이미지를 얻는 것은 앞서 소개드린 것처럼 이제는 그렇게 어려운 일이 아닙니다. 하지만 이렇게 얻은 이미지는 대개 의료용으로 사용하는 현미경에 비해 이미지가 열악해서 최종 진단용으로 사용하기엔 적합하지 않습니다. 의료 기기 사용이 매우 제한적인 가난한 지역에서는 이것만으로도 어느 정도 의미가 있겠지만, 더 개선해야 할 필요가 있습니다. 


 UCLA의 연구팀은 딥러닝이 그 해결책이 될 수 있다고 보고 현미경과 스마트폰으로 찍은 이미지를 대조해 딥러닝 기법으로 이미지 퀄러티를 높이는 연구를 진행했습니다. 저해상도 사진이나 영상을 더 고해상도로 복원해주는 딥러닝 연구는 이미 상당히 진행되었기 때문에 이를 의료 목적으로 이용하려는 것입니다. 


 그 결과 위에서 보는 것처럼 상당히 향상된 현미경 이미지를 얻을 수 있게 되었습니다. 여전히 최종 진단은 현미경으로 보고 판단해야 하겠지만, 간단한 신속 진단 목적이나 의료기기 사용이 어려운 장소에서 유용하게 사용될 수 있을 것 같습니다. 


 개인적인 생각은 스마트폰으로 사진을 찍어 이를 전송한 후 서버에서 처리하는 방식으로 다양한 이미지를 처리하고 도움을 얻을 수 있기 때문에 앞으로 이런 방식의 서비스가 등장하지 않을까 생각합니다. 다만 환자의 의료 정보라는 민감한 정보를 다루기 때문에 보안 문제 해결이 선행되어야만 할 것입니다. 


 참고 


Yair Rivenson et al. Deep Learning Enhanced Mobile-Phone Microscopy, ACS Photonics (2018). DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00146




댓글

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

렘 수면이 식이 패턴에 영향을 준다?

  ( Using a techniqu e called optogenetics, the activity of cells in the brain can be specifically suppressed with light pulses. Credit: Pascal Gugler / Insel Gruppe )  수면 중 빠른 안구 운동이 발생하는 렘 (REM) 수면은 아직도 그 기능이 완전히 밝혀지지 않았지만, 수면에서 매우 중요한 부분이라는 사실은 확실합니다. 렘 수면은 꿈과 관련이 깊으며 전체 수면 시간이 부족하지 않더라도 렘 수면 시간이 짧으면 다음날 집중력이 떨어지고 많이 피곤하게 됩니다. 아마도 렘 수면 시간 동안 여러 가지 기능과 작업이 이뤄짐을 시사하는 결과입니다.   베른 대학교 ( University of Bern )의 과학자들은 쥐를 이용한 동물 모델을 통해서 렘 수면이 식이 패턴에 미치는 영향을 조사했습니다. 연구팀은 렘 수면이 외측 시상하부 ( lateral hypothalamus)에 영향을 주어 식욕을 조절할 수 있다는 증거를 발견했습니다. 외측 시상하부는 모든 포유류에서 볼 수 있는 시상하부의 작은 핵으로 식욕을 조절하는데 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 과거 과학자들은 렘 수면 동안 외측 시상하부가 활성화되는 것을 확인했지만, 렘 수면이 실제 식욕을 조절하는지에 대해서는 알지 못했습니다. 렘 수면 동안 외측 시상하부만 차단할 방법이 없었기 때문입니다.   연구팀은 빛으로 살아있는 세포를 조절하는 기술인 광유전학 (optogenetic) 방식으로 렘 수면 중인 쥐의 외측 시상하부 활동을 차단했습니다. 그 결과 쥐의 식욕이 저하되는 것을 확인할 수 있었습니다. 불과 하루 간 차단만으로도 4일 정도 효과가 지속될 정도로 식욕에 대한 영향이 컸습니다. 이는 렘 수면이 식욕을 적절하게 유지하는 데 도움을 준다는 점을 시사합니다.   사실 최근에 다이어트에 대한 수요가 폭발해서 ...

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

  ( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis )  신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다.   워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인  PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다.   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133  연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...