광학 영상을 이용한 암세포 정복 시대를 연다_지능형융합시스템전공의 예성준 교수 연구실

안녕하세요. 서울대학교 융합과학기술대학원 뉴스레터 기자 형지원입니다.
저는 뉴스레터에서 대학원과 융기원에서 진행중인 연구에 관한 기사를 담당하고 있습니다.

서로간의 연구에 대해서 접근할 수 있는 기회가 적지만 뉴스레터를 통해 연구 내용을 공유하고보다 융합을 잘 할 수 있도록 도움이 되는 섹션이 되기를 바랍니다.

첫 출발로 소개드릴 연구는 융합과학기술대학원 지능형융합시스템학과 예성준 교수님의 연구실에 있는 박사과정 김휘영 연구원님의 연구입니다. 김휘영 연구원님께서 광학 영상을 이용하여 영상유도 방사선 치료를 하기 위한 시스템 개발에 관한 연구를 하고 계시는데요. 자세한 내용을 한번 살펴보도록 하겠습니다.

Development of an optical-based image guidance system

: Technique detecting external markers behind a full facemask,

    Medical Physics, 38(6), 2011

서울대학교 의과대학 방사선의학물리 연구실

박사과정 김휘영

I. 방사선 치료란 무엇인가?

뢴트겐(Roentgen, 1845-1923)이 1895년 X선을 발견한 이후, 현대 의학의 진단과 치료에서 방사선은 빼놓을 수 없는 중요한 수단으로 이용되고 있습니다. 방사선은 흔히 말하는 X-ray 혹은 CT(Computed Tomography) 영상으로서 진단에 주로 활용되었습니다. 그리고 아직 대중들에게는 흔히 알려지지는 않은 분야이지만, 치료용 선형가속기(LINear ACcelerator, LINAC, Figure 1)를 이용하여 진단에 쓰이는 것보다 더 큰 에너지의 방사선을 암세포에 집중적으로 조사함으로써 암 치료 목적으로도 활용할 수 있습니다.

Figure 1 서울대병원 방사선종양학과에 도입된 최신 첨단 방사선 치료기기

  

II. 의학 물리 연구 동기와 목적

앞서 소개한 방사선 치료의 목표는 고 에너지의 방사선을 암세포 부위에만 집중적으로 조사하고 주위의 정상 세포들에는 최소한의 선량을 전달하는 것입니다. 이러한 목표를 달성하기 위해 의학 물리학자(Medical Physicist)들은 많은 과학적 방법들을 제안했습니다. 영상유도방사선치료(Image-Guided RadioTherapy, IGRT)는 그 중 하나로서, X-ray 혹은 광학 영상을 이용하여 방사선 치료 시 환자의 고정된 자세와 환자 내부의 암세포 위치를 정확하게 파악함으로써 환자의 암세포에만 정확한 양의 방사선을 조사하는 최신 기술입니다.

III. 연구내용

제가 Medical Physics 지에 2011년 게재한 논문(Figure 2)은 광학 영상을 이용하여 영상유도 방사선 치료를 하기 위한 시스템을 개발한 내용을 정리하여 발표한 것입니다. 특히 두경부암(Head&Neck cancer) 환자는 암세포 주위에 침샘, 안구 등 중요한 손상위험 장기(Organ At Risk, OAR)가 위치하는 경우가 많으므로 더욱 정확한 치료가 요구됩니다. 본 연구는 두경부암 환자에 대해, 환자 얼굴에 3개 이상의 적외선 마커(IR marker)를 부착하고 스테레오 카메라로 영상을 획득하여 각 마커의 3차원 위치정보를 계산하여 최종적으로 환자가 치료를 위한 정확한 고정(set-up)이 되었는지를 확인하는 것을 목표로 하고 있습니다(Figure 3).

본 연구로써 광학 영상을 이용하여 1mm 수준의 정확도로 환자의 고정을 확인할 수 있는 시스템을 개발하였습니다. 본 시스템은 기존의 X-ray 기반의 시스템보다 3차원 적으로 정확한 환자의 위치정보를 제공하며, 무엇보다 불필요한 추가적인 방사선 피폭을 줄이는 방법이라는 데에 의미가 있습니다.

Figure 2논문 Title capture

Figure 3 논문에서 제안한 system의 schematic

  

IV. 앞으로의 계획

앞으로는 영상유도 방사선 치료에서 더 발전한 형태인 적응 방사선 치료(Adaptive RadioTherapy, ART)에 대한 연구를 진행할 것입니다. 적응방사선치료는 획득한 환자 영상을 분석하는 데에서 그치지 않고 매 치료 시 달라지는 환자의 위치정보뿐 아니라, 내부 장기 위치와 모양의 변화까지 분석하여 초기의 치료 계획을 수정한 환자 맞춤형 방사선 치료를 하는 것입니다. 이러한 치료방법이 개발된다면 보다 부작용이 적고 효과적인 방사선 치료를 하여 암 환자의 치료와 삶의 질 개선에 도움이 될 것으로 기대합니다.

V. 연구원 소개

이름: 김휘영

Email: astaria82@gmail.com
Homepage: http://rplab.snu.ac.kr/

- 서울대학교 대학원 의과대학 방사선응용생명협동과정 박사과정 재
- KAIST 전산학과 졸업
- 서울과학고등학교 졸업

관심분야
의학물리(Medical Physics)
영상유도 방사선치료(Image-guided RadioTherapy)
적응 방사선 치료(Adaptive RadioTherapy)