특허 개요
본 특허는 살아있는 조직을 촬영할 때 초점이 흔들리지 않도록 초점 가변 렌즈(ETL)로 초점 평면을 실시간 조절하는 생체 내 이미지 촬영 기술입니다. 공초점 현미경에서 1차원 스캐닝(1D scanning)으로 얻은 연속 이미지를 이용해 축방향 움직임을 추정하고, 심전도 게이팅(ECG gating)을 기준으로 구동 신호를 만들어 ETL의 초점을 조직 움직임에 동기화시킵니다. 그 결과 조직에 직접 닿지 않고도 움직임을 보상하면서 연속 촬영을 수행할 수 있습니다.
- 핵심 기능
먼저 공초점 현미경으로 한 방향 스캐닝 이미지를 얻어 생체 샘플의 축방향 움직임 패턴을 추정합니다. 이후 심전도 신호를 트리거로 삼아 ETL의 초점 평면을 그 움직임에 맞게 이동시켜, 움직이는 동안에도 초점이 맞는 이미지를 계속 획득합니다.
- 차별 강점
기존의 조직 직접 접촉 방식은 혈류를 방해할 수 있고, 대물렌즈 구동 방식은 장치가 커지며, ECG gating만으로는 움직임이 있는 구간의 연속 촬영이 어렵습니다. 본 특허는 ETL과 1차원 스캐닝을 결합해 비접촉 방식으로 움직임을 추정·보상하므로, 시스템 대형화와 시간 해상도 손실 문제를 함께 줄인 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 생체 내 현미경, 심혈관 연구, 세포 추적 연구, 면역 연구, 종양 연구에 활용 가능하며, 움직임 보상이 필요한 다양한 생체 영상 실험으로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 현미경 부착형 움직임 보상 모듈, 생체 영상 장비, 연구용 광학 계측 시스템으로 제품화할 수 있습니다.
연구 개발 단계
실험예에서 미러 샘플과 정상 Balb/c 쥐 경동맥을 대상으로 무보상 모드와 ECG 트리거 보상 모드를 비교해 움직임 추정과 초점 보상 가능성을 확인했습니다. 다만 상용 현미경 부착형 소형 모듈화와 다양한 조직·장기에서의 범용성은 아직 추가 검토가 필요합니다.
- 시료: 정상 Balb/c 쥐 경동맥, 미러 샘플
- 비교군: 무보상 모드, ECG 트리거 보상 모드
- 검증 조건: 256x256, 27.7FPS, 1AU, 488nm, 1～1.5mW, ETL 55.4Hz, 200um, 40～100Hz
현재 성과
쥐 경동맥에서 초점 평면을 동적으로 따라가게 해 무보상 상태의 초점 불일치가 8.45um 수준이던 것을 1um 이내로 맞춘 결과를 제시했습니다. 살아있는 조직에서 심박에 따른 축방향 흔들림을 줄여 연속 촬영 가능성을 높인 점이 핵심 효과입니다.
미러 샘플로는 반복 모션 추정 가능성을 확인했고, 쥐 경동맥에서는 ECG 트리거 보상 모드로 움직임을 보정했습니다. 상관 계수 0.5 초과 이미지 비율은 무보상 11.6%에서 보상 후 44.5%로 제시되었습니다.
조직 직접 접촉으로 고정하는 방식이나 대물렌즈 자체를 구동하는 방식과 달리, ETL과 1차원 스캐닝을 결합해 비접촉으로 움직임을 추정·보상합니다. 심전도 신호를 트리거로 사용해 움직이는 순간에도 연속 촬영을 유지하는 구성이 신규성의 핵심입니다.
상용화까지 남은 부분
생체내 실증이 쥐 경동맥 중심으로 제시되어 있어 다양한 조직·장기에서의 범용성 추가 검증이 필요함
상용 현미경 부착형 소형 모듈로의 통합 설계와 제품화 수준의 패키징 검토가 필요함
움직임 추정·보상 알고리즘의 최적화와 장기 운용 신뢰성 확보가 추가로 필요함
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
초점 가변 렌즈를 이용한 동적 초점 움직임 보상을 통해 생체 내 이미지를 촬영하는 방법, 장치 및 시스템
10-2023-0044700 (2023.04.05)
미등록 (심사 중)
유홍기 (한국과학기술원), 장민석 (한국과학기술원), 김진원 (한국과학기술원), 송준우 (한국과학기술원)
한국과학기술원; 고려대학교 산학협력단