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윤석찬 연구실
부산대학교 의생명공학부
윤석찬 교수
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윤석찬 연구실

부산대학교 의생명공학부 윤석찬 교수

윤석찬 연구실은 산란과 수차가 심한 생체 조직 및 두개골 환경에서 고해상도 영상을 획득하기 위한 계산광학·적응광학·반사행렬 기반 광학 이미징 기술을 연구하며, 비표지 심층 생체 이미징, 실시간 3차원 현미경, 두개골 투과 뇌 영상화 등 의생명공학 응용에 초점을 맞춘다.

대표 연구 분야
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복잡한 산란 매질에서의 심층 광학 이미징 thumbnail
복잡한 산란 매질에서의 심층 광학 이미징
주요 논문
5
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1
article
|
gold
·
인용수 25
·
2023
Computational conjugate adaptive optics microscopy for longitudinal through-skull imaging of cortical myelin
Yongwoo Kwon, Jin Hee Hong, Sungsam Kang, Hojun Lee, Yonghyeon Jo, Ki Hean Kim, Seokchan Yoon, Wonshik Choi
IF 15.7
Nature Communications
Myelination processes are closely related to higher brain functions such as learning and memory. While their longitudinal observation has been crucial to understanding myelin-related physiology and various brain disorders, skull opening or thinning has been required to secure clear optical access. Here we present a high-speed reflection matrix microscope using a light source with a wavelength of 1.3 μm to reduce tissue scattering and aberration. Furthermore, we develop a computational conjugate adaptive optics algorithm designed for the recorded reflection matrix to optimally compensate for the skull aberrations. These developments allow us to realize label-free longitudinal imaging of cortical myelin through an intact mouse skull. The myelination processes of the same mice were observed from 3 to 10 postnatal weeks to the depth of cortical layer 4 with a spatial resolution of 0.79 μm. Our system will expedite the investigations on the role of myelination in learning, memory, and brain disorders.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-35738-9
Microscopy
Myelin
Skull
Conjugate
Neuroscience
Optics
Biology
Anatomy
Physics
Central nervous system
2
article
|
gold
·
인용수 36
·
2023
Tracing multiple scattering trajectories for deep optical imaging in scattering media
Sungsam Kang, Yongwoo Kwon, Ho‐Jun Lee, Se‐Ho Kim, Jin Hee Hong, Seokchan Yoon, Wonshik Choi
IF 15.7
Nature Communications
Multiple light scattering hampers imaging objects in complex scattering media. Approaches used in real practices mainly aim to filter out multiple scattering obscuring the ballistic waves that travel straight through the scattering medium. Here, we propose a method that makes the deterministic use of multiple scattering for microscopic imaging of an object embedded deep within scattering media. The proposed method finds a stack of multiple complex phase plates that generate similar light trajectories as the original scattering medium. By implementing the inverse scattering using the identified phase plates, our method rectifies multiple scattering and amplifies ballistic waves by almost 600 times. This leads to a significant increase in imaging depth-more than three times the scattering mean free path-as well as the correction of image distortions. Our study marks an important milestone in solving the long-standing high-order inverse scattering problems.
https://doi.org/10.1038/s41467-023-42525-7
Scattering
Tracing
Computer science
Physics
Ray tracing (physics)
Optics
3
article
|
gold
·
인용수 29
·
2022
High-throughput volumetric adaptive optical imaging using compressed time-reversal matrix
Hojun Lee, Seokchan Yoon, Pascal Loohuis, Jin Hee Hong, Sungsam Kang, Wonshik Choi
IF 23.4
Light Science & Applications
Deep-tissue optical imaging suffers from the reduction of resolving power due to tissue-induced optical aberrations and multiple scattering noise. Reflection matrix approaches recording the maps of backscattered waves for all the possible orthogonal input channels have provided formidable solutions for removing severe aberrations and recovering the ideal diffraction-limited spatial resolution without relying on fluorescence labeling and guide stars. However, measuring the full input-output response of the tissue specimen is time-consuming, making the real-time image acquisition difficult. Here, we present the use of a time-reversal matrix, instead of the reflection matrix, for fast high-resolution volumetric imaging of a mouse brain. The time-reversal matrix reduces two-way problem to one-way problem, which effectively relieves the requirement for the coverage of input channels. Using a newly developed aberration correction algorithm designed for the time-reversal matrix, we demonstrated the correction of complex aberrations using as small as 2% of the complete basis while maintaining the image reconstruction fidelity comparable to the fully sampled reflection matrix. Due to nearly 100-fold reduction in the matrix recording time, we could achieve real-time aberration-correction imaging for a field of view of 40 × 40 µm<sup>2</sup> (176 × 176 pixels) at a frame rate of 80 Hz. Furthermore, we demonstrated high-throughput volumetric adaptive optical imaging of a mouse brain by recording a volume of 128 × 128 × 125 µm<sup>3</sup> (568 × 568 × 125 voxels) in 3.58 s, correcting tissue aberrations at each and every 1 µm depth section, and visualizing myelinated axons with a lateral resolution of 0.45 µm and an axial resolution of 2 µm.
https://doi.org/10.1038/s41377-021-00705-4
Computer science
Optics
Matrix (chemical analysis)
Pixel
Voxel
Frame rate
Scanner
Reduction (mathematics)
Algorithm
Computer vision
정부 과제
3
과제 전체보기
1
2023년 3월-2027년 12월
|1,072,334,000
메타물질과 초음파 기술의 융합을 통한 두개골 투과 뇌 영상화 원천 기술 개발
□ 메타물질과 초음파 기술의 융합을 통한 두개골 투과 뇌 영상화 원천 기술 개발 및 임상 검증ㅇ 두개골 투과 메타물질 원천 기술 개발 ㅇ 두개골 투과 초음파 반사 행렬 측정 및 산란 보정 뇌 영상화 원천기술 개발ㅇ 메타초음파 뇌 영상 통합 시스템 개발 및 임상 평가
메타초음파
메타물질
두개골 투과
초음파 집속
뇌 영상화
2
2023년 2월-2027년 2월
|93,645,000
비침습 3차원 생체 이미징을 위한 반사 모드 광 회절 단층촬영
살아있는 인체 조직과 같이 형광 표지자 염색이나 투과 모드의 측정이 불가능한 시료의 깊은 곳의 비침습적(noninvasive) 생체내(in-vivo) 고해상도 광학 이미징 획득을 위해서는 비표지(label-free) 반사 모드 영상 기술이 필요하다. 그러나 기존의 광 결맞음 단층영상(optical coherence tomography, OCT)과 같은 반사...
바이오이미징
정량 위상 현미경
광 회절 단층 촬영
광 결맞음 현미경
적응 광학
3
2023년 2월-2027년 2월
|84,281,000
비침습 3차원 생체 이미징을 위한 반사 모드 광 회절 단층촬영
살아있는 인체 조직과 같이 형광 표지자 염색이나 투과 모드의 측정이 불가능한 시료의 깊은 곳의 비침습적(noninvasive) 생체내(in-vivo) 고해상도 광학 이미징 획득을 위해서는 비표지(label-free) 반사 모드 영상 기술이 필요하다. 그러나 기존의 광 결맞음 단층영상(optical coherence tomography, OCT)과 같은 반사...
바이오이미징
정량 위상 현미경
광 회절 단층 촬영
광 결맞음 현미경
적응 광학
최신 특허
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상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2019수차를 야기하는 샘플 내의 타겟 오브젝트를 이미징하기 위한 초점 스캔 방식의 이미징 장치1020190137258
등록2018샘플 내의 타겟 오브젝트를 측정하기 위한 고속 이미징 시스템1020180118096
전체 특허

수차를 야기하는 샘플 내의 타겟 오브젝트를 이미징하기 위한 초점 스캔 방식의 이미징 장치

상태
등록
출원연도
2019
출원번호
1020190137258

샘플 내의 타겟 오브젝트를 측정하기 위한 고속 이미징 시스템

상태
등록
출원연도
2018
출원번호
1020180118096