의학 분야에서의 비전
임베디드 카메라는 의료용 애플리케이션에 어떤 혜택을 줄까요?
카메라는 이미 오래전부터 우리 일상에서 자리를 잡았습니다. 이는 스마트폰의 카메라나 휴가철 스냅샷을 찍을 때 사용하는 디지털 카메라에만 적용되는 것이 아닙니다. ATM 기기, 톨게이트 요금소, 건물을 지키는 보안 회사, 세극등을 사용하는 안과 의사 모두 카메라에 의존하여 업무를 수행합니다.'
하지만 아무리 관찰력이 뛰어난 사람이라도 임베디드 시스템에 사용되는 매우 작은 카메라가 대부분이기 때문에 쉽게 간과할 수 있습니다. 특히 의학 및 연구 분야에서는 과학자, 의사, 간호사, 환자가 수행하는 중요한 작업에서 매일같이 뛰어난 성능을 발휘하는 카메라가 필요하며, 이 모든 것이 카메라 자체에 초점을 맞추지 않고도 가능합니다.
가상의 Basler 메디컬 센터에서는 임베디드 카메라로 작동하는 진단 및 치료 방법을 전문적으로 다룹니다. 각 "층"에는 서로 다른 전문 의료 분야가 있습니다. 다음은 카메라의 효과적인 성능에 의존하는 애플리케이션을 자세히 살펴볼 수 있습니다.
1층: 시력 검사
1층은 시력 검사 클리닉이 자리잡고 있습니다. 당뇨병성 망막증 또는 시력감퇴 초기 진단은 성공적인 치료 기회를 크게 높일 수 있기 때문에 이 분야의 중요성이 최근 부각되고 있습니다. 현대 의사들은 자유재량에 따라 다양한 진단 기기 및 방법을 보유하고 있습니다.
널리 사용되는 검사 장비 중 하나가 슬릿 램프 현미경(또는 간단히 슬릿 램프)입니다. 이 이름은 반사 현미경으로 추가 조사를 할 수 있도록 눈에 빛을 비춰 주는 슬릿 모양 빔을 의미합니다. 최신 슬릿 램프에는 사진이나 비디오 식별을 문서화하기 위한 내장형 디지털 카메라가 포함되어 있습니다.
의사는 안저 카메라를 사용하여 눈 뒤쪽(또는 '안저')의 고해상도 사진을 촬영합니다. 최신 휴대용 모델은 매우 가볍고 초소형으로 제작되므로 내장 카메라가 필수입니다. 휴대용 기기의 이동성이 향상됨에 따라 이제 가정 방문 시에도 진단을 수행할 수 있어 의사와 환자에게 큰 도움이 됩니다.
피부과는 피부 질환 치료를 전문으로 합니다. 피부암(흑색종)과 같은 질병의 초기 진단은 성공적인 치료에 엄청난 차이를 만들 수 있습니다.
일반적인 진단 절차 하나는 피부확대검사이며 이 진단법은 내장된 카메라를 이용해 수상한 피부 병변을 검사하여 문서화합니다. 이 진단은 색소의 변화를 디지털 방식으로 녹화할 수 있도록 다양한 시점에 걸쳐 수행됩니다. 이미지를 촬영하고 분석하기 위해 특수 소프트웨어가 사용됩니다. 가장 중요한 장점은 소프트웨어에 내장된 이미지를 컴퓨터로 분석하는 것입니다. 녹화된 이미지의 평가를 위한 요구 사항 한 가지는 이미지 캡처를 위한 표준화된 설정입니다. 임베디드 카메라는 조명 및 각도를 포함해 다양한 사진 촬영 조건을 보정해 오랜 시간에 걸쳐 이미지를 비교하는 데 중요한 역할을 합니다. 카메라의 색 충실도 역시 명확한 진단에 중요한 요소입니다.
3층: 실험 기기
의료 센터 삼층에는 실험 기기가 빼곡하게 드러차 있습니다. 평범해 보이는 이들 장치 중 많은 것들에는 측정 과정에 핵심 역할을 하는 첨단 카메라가 포함되어 있습니다.
형광 측정은 이 툴들을 이용해 수행하는 핵심 애플리케이션 중 하나입니다. 여기에는 단백질 양이나 기타 구성 요소의 양을 계량하는 것도 관련됩니다. 카메라가 감지하는 형광의 양이 많을 수록 표본의 단백질 양이 많은 것입니다. 특히 단백질 양이 낮은 표본을 검사할 때는 카메라 센서의 감도가 높아야 합니다. 적절하게 보정되면 카메라는 정밀한 값을 결정할 수도 있습니다.
환자에게서 종양이 발견되면 효과적인 치료 방법을 세우기 전에 먼저 특징을 규정해야 합니다. 종양 세포에 대한 평가는 이 과정에서 중요한 부분입니다. 과거에는 병리학자가 현미경으로 세포 단면을 검사했었습니다. 결과를 바탕으로 의사는 발견된 세포가 건강한 세포인지 아니면 이상 세포인지 판단해야 합니다. 디지털 슬라이드 스캐닝은 완전히 새로운 검사 방식을 개척했습니다. 세포 단면은 내장된 고해상도 카메라를 이용해 스캔합니다. 병리학자는 이제 더 이상 현미경으로 검사하지 않고 컴퓨터에서 고해상도 이미지를 검토합니다. 장점은 확실합니다. 이제 의사는 수상한 부분에 의견을 추가하고 이미지의 특정 지점을 측정하거나 분할할 수 있습니다. 컴퓨터 도움 진단(Computer-aided diagnostics)은 병원성 조직을 감지하는 데 사용할 수도 있습니다.
4층: 수술실
Basler 의료 센터의 4층에는 수술실이 있습니다.
오버뷰(overview)를 유지하기 위해 수술실의 제어 센터에는 관찰자가 다양한 각도에서 언제든지 어떤 수술실에서든 활동을 추적할 수 있는 모니터가 있습니다. 이러한 이미지를 제공하는 카메라는 일반적으로 수술대 위에 설치된 회전식 암에 장착된 초소형 장치입니다. 그런 다음 환자 수술 장면을 실시간으로 전송하거나 교육 또는 상담 목적으로 녹화할 수도 있습니다. 수술 현장에 카메라가 내장된 장치는 해상도가 높아야 하며 표준 병원 소독 방법과도 호환되어야 합니다.
지난 10년 동안 최소 침습 수술과 같은 기술은 의사의 수술 방법과 시기를 혁신적으로 변화시켰습니다. 이제 외과의는 환자의 복부를 크게 절개하는 대신 열쇠 구멍 크기의 구멍을 통해 환자의 장기에 접근할 수 있게 되었습니다. 내시경에 내장된 작은 내장형 카메라가 체내의 방향을 파악하기 위해 실시간 이미지를 제공합니다. 대부분의 경우 내시경은 필요한 도구와 짝을 이루며, 예를 들어 외과의가 보는 비디오의 초점이 메스에 맞춰질 수 있도록 해줍니다. 이러한 카메라는 높은 신뢰도를 지녀야 하는데, 이는 환자의 안전 보장을 생각해 보면 쉽게 이해할 수 있습니다. 내시경 카메라는 일반적으로 최대한의 시야각을 제공하기 위해 고도로 곡면화된 렌즈를 사용합니다.
5층: 연구
일상적인 병실에서 실제 사용되는 것과 달리 Basler 의료 센터의 이 맨 위층은 연구용입니다. 의료용 애플리케이션으로 갈수록 더 작은 카메라들이 선호되고 있어 이곳은 매우 바쁘게 움직입니다.
최근 몇 년 동안 연구자들은 환자의 체내로 들어가 종양에 부착되는 종양 특이적 항원을 개발했습니다. 이러한 항원을 형광 마커와 결합하면 종양을 볼 수 있습니다. 한 가지 문제는 종양의 2차원 이미지가 종양의 공간 구조나 부피에 대한 정보를 거의 제공하지 않는다는 것입니다. 이 때문에 연구자들은 검사 대상 주위에 원을 그리며 회전하는 O자형 팔에 최대 5대의 카메라가 통합된 생체 발광 단층 촬영에 주목하게 되었습니다. 5개의 카메라는 종양이 움직일 때 다양한 시점에서 종양의 이미지를 기록합니다. 컴퓨터 단층 촬영(CT)에 사용되는 것과는 다른 복잡한 재구성 알고리즘을 통해 종양의 3D 모델을 생성합니다.
미래에 대한 전망
의료 분야에서 카메라의 역할이 더욱 커질 것으로 예상되는 만큼 당사의 의료 센터는 앞으로 더욱 성장해 나갈 것입니다. 앞서 살펴본 바와 같이 임베디드 카메라는 이미 의료 분야에서 핵심적인 위치를 차지하고 있으며 앞으로 더 많은 분야에서 활용될 것으로 예상됩니다.
이 작은 카메라에는 많은 기능을 지니고 있습니다. 매우 뛰어난 이미지 품질과 신뢰성 외에도 견고하면서도 색 충실도를 유지해야 합니다. 카메라가 점점 더 작아짐에 따라 카메라를 장착한 디바이스의 휴대성도 더욱 향상될 것입니다. 이는 침대에 누워 있는 환자를 치료하는 등 새로운 잠재적 어플리케이션의 세계를 열어줍니다.
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