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2018. 10
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폐 기관지 인공지능 분할 기법 개발
Improvement of fully automated airway segmentation on volumetric computed tomographic images using a 2.5 dimensional convolutional neural net
19. Oct. 2018. https://doi.org/10.1016/j.media.2018.10.006
최근 딥러닝을 이용한 인공지능이 CT나 MRI 등 의료영상 분석 기술개발이 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다. 그중 폐기관지를 CT를 이용해서 측정하려는 것은 아주 오랫동안 연구되어왔지만, 기존의 방법으로 해결이 되지 않은 난재로 알려져 왔다. 폐는 공기에 있는 균이나 알러지를 일으키는 여러 물질들과 싸우는 면역반응이 일어나는 곳으로, 폐 기관지벽의 두께를 측정함으로써 이런 면역반응을 알아내려고 했지만, 폐기관지는 프렉탈 분지를 하여서, 복잡성을 가지고 있고, 크기가 아주 큰 것에서 영상에 보이지 않는 매우 작은 크기로 줄어들며, 호흡이나 심장의 움직임에 취약하여, 기관지벽을 측정하는 것이 의료영상 분석분야에서 난제로 여겨져 왔다.
서울아산병원 융합의학과 김남국 교수가 이끄는 의료영상지능실현연구팀(MI2RL)은 10여년동안 기도영상측정을 연구하였고, 최근 딥러닝을 이용한 인공지능기법으로 사람의 도움없이 2분 정도에 수백장의 흉부영상에서 기관지 분할을 할 수 있는 기술을 국내 의료영상 스타트업 회사인 코어라인소프트와 공동으로 개발하여, 의료영상처리저널중에 제일 좋은 저널중에 하나인 Medical Image Analysis (IF 5.356)에 게재하였다고 밝혔다. 흉부 CT 의료영상에서 자체 설계한 2.5D CNN (Convolutional NeuralNet)을 학습하여, 기관지의 기도내경을 정확하게 분할하는 인공지능 네트워크를 개발하였다. 그 결과 김 교수팀은 사람이 분할하는 것 대비 약 90%의 정확도로 기도벽을 정확하게 3D 이미지로 구현해냈다.
본 성과는 국내 연구팀의 인공지능기반 의료영상 처리실력이 국제적으로 인정 받았다는데 의의가 있다. 의료영상 분할이란 단층으로 촬영된 CT(컴퓨터단층촬영)나 MRI(자기공명영상) 같은 진단용 의료영상에서 체내 장기들과 원하는 객체 등의 경계선을 명확하게 그려서 구분해내는 것을 말한다. 분할된 의료영상들을 종합하면 몸 속 구조를 3차원으로 구현해낼 수 있어, 의료진이 진단, 치료 계획을 더 정확하게 수립하거나 치료 반응 등을 빨리 평가 할 수 있다. 또한 시각적인 자료를 바탕으로 환자나 의료진에게 쉽게 설명 또는 필요한 정보를 전달 할 수 있다. 특히 기도벽 분할을 사람이 직접 하게 되면 일주일정도 걸리고 단순하고 지루해서 하기 어려운 일이다. 따라서 기존에는 특정 부분만 측정하는 식으로 활발하게 시행되지 않았는데, 인공지능(AI)을 활용하면 2분내에 폐안에 기관지를 분할하고 기관지벽의 두께를 측정할 수 있게 되었다.
김남국 서울아산병원 융합의학과 교수는 “기도영상 분할은 의료영상처리 분야에서 난제로 다루어져 왔으나, 폐질환의 중요한 영상 바이오마커로 사료되어 국내외에서 활발하게 연구되고 있다”면서, “서울아산병원 의료영상지능실현연구팀의 기술성과로 이 분야에서 국제적으로 가장 권위있는 저널에 출간하게 되었고, 향후 이를 기반으로 국내외 의료영상 분야 및 산업화를 선도할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다. 본 연구는 국제 학술지인 Medical Image Analysis (IF: 5.356) 온라인에 개제되었다.
융합 의학과 김남국 교수
Electrical stimulation of cells in the nasal passages produces sweet fragrances and chemical odors
By Eliza Strickland
17 Oct 2018
Imagine a virtual reality movie about the Civil War where you can smell the smoke from the soldiers’ rifles. Or an online dating site where the profiles are scented with perfume or cologne. Or an augmented reality app that lets you point your phone at a restaurant menu and sample the aroma of each dish. The researchers who are working on “digital smell” are still a very long way from such applications—in part because their technology’s form factor leaves something to be desired. Right now, catching a whiff of the future means sticking a cable up your nose, so electrodes can make contact with neurons deep in the nasal passages. But they’ve got some ideas for improvements.
This digital smell research is led by Kasun Karunanayaka, a senior research fellow at the Imagineering Institute in Malaysia. He started the project as a Ph.D. student with Adrian Cheok, now director of the institute and a professor at the City University of London, who’s on a quest to create a “multisensory Internet.”
Karunanayaka says most prior experiments with digital smell have involved chemical cartridges in devices that attach to computers or phones; sending a command to the device triggers the release of substances, which mix together to produce an odor.
Working in that chemical realm, Karunanayaka’s team is collaborating with a Japanese startup called Scentee that he says is developing “the world’s first smartphone gadget that can produce smell sensations.” They’re working together on a Scentee app that integrates with other apps to add smells to various smartphone functions. For example, the app could link to your morning alarm to get the day started with the smell of coffee, or could add fragrances to texts so that messages from different friends come with distinct aromas.
But Karunanayaka’s team wanted to find an alternative to chemical devices with cartridges that require refilling. They wanted to send smells with electricity alone.
For his experiments, he convinced 31 volunteers to let him stick a thin and flexible cable up their noses. The cable was tipped with both a tiny camera and silver electrodes at its tip. The camera helped researchers navigate the nasal passages, enabling them to bring the electrodes into contact with olfactory epithelium cells that lie about 7 centimeters above and behind the nostrils. These cells send information up the olfactory nerve to the brain.
Typically, these olfactory cells are stimulated by chemical compounds that bind to cell receptors. Instead, Karunanayaka’s team zapped them with an electric current.