의학 분야에서의 비전

임베디드 카메라는 의료용 애플리케이션에 어떤 혜택을 줄까요?

카메라는 오래 전부터 우리 일상 생활에 깊이 파고들었습니다. 이것은 단순히 휴가지에서 스냅샷을 촬영하기 위해 사용하는 스마트폰 카메라나 디지털 카메라에만 적용되는 것이 아닙니다. ATM 기기, 통행료 징수소, 빌딩을 보호하는 보안 업체 및 슬릿 램프를 사용하는 안과 의사 모두 카메라에 의지해 작업을 수행합니다. 하지만 이러한 장치에는 아주 작은 카메라들이 임베디드 시스템에 사용되기 때문에 우리들 중 아주 꼼꼼한 사람들조차 상당수의 장치를 간과하고 넘어갈 수 있습니다. 특히 의학 및 연구에는 과학자, 의사, 간호사 및 환자들이 매일 수행하는 주요 작업에서 카메라에 시선을 끌지 않으면서도 우수한 성능을 발휘하는 카메라가 필요합니다. 가상시나리오를 가정한 병원인 Basler 의료 센터에서 우리는 임베디드 카메라를 통해 동작하는 진단 및 치료를 전문으로 합니다. 각 “층”에는 전문적이고 다양한 의료 분과가 자리잡고 있습니다. 다음은 효과적인 카메라 성능에 의존하는 애플리케이션에 대한 자세한 내용을 보여줍니다.

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. 의사들은 눈의 기부(‘안저’)에 대한 고해상도 사진을 촬영하기 위해 안저 카메라를 사용합니다. 신형 휴대용 모델들은 아주 가볍고 초소형으로 제작되어야 하기 때문에 결국 임베디드 카메라는 필수입니다. 휴대용 장치의 휴대성을 높이면 왕진 중에도 진단을 할 수 있어 의사 및 환자들에게 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. 전체적인 관찰을 위해 수술실의 통제실에는 관찰자가 언제든 다양한 각도에서 모든 수술실 활동을 관찰할 수 있는 모니터들이 설치되어 있습니다. 해당 이미지를 전달하는 카메라들은 대개 수술대 위에 배치된 좌우로 움직일 수 있는 거치대에 부착된 초소형 카메라입니다. 환자에 대한 수술은 교육이나 상담을 위해 생중계하거나 녹화할 수 있습니다. 수술 현장에서 임베디드 카메라가 있는 장치는 높은 해상도에 일반적인 병원의 살균 방법을 지원할 수 있어야 합니다. 지난 십 여년 동안 최소침습수술(minimally invasive surgery)과 같은 기술은 의사가 수술 방법과 시점을 결정하는 데 혁신을 가져왔습니다. 환자의 복부를 크게 절개하는 대신 외과의는 이제 열쇠 구멍 크기의 절개만으로 환자의 장기에 접근할 수 있습니다. 체내에서의 방향 확인을 위해서는 내시경에 내장된 아주 작은 임베디드 카메라가 라이브 이미지를 제공합니다. 대부분의 경우 내시경은 외과의가 비디오 초점에 외과용 메스를 위치시키도록 할 수 있는 툴과 같은 필요한 툴과 짝을 이루어 사용됩니다. 환자의 안전을 보장하기 위해 이러한 카메라들의 신뢰도가 아주 높아야 하는 이유를 이해하는 것은 어렵지 않습니다. 최대한 넓은 FOV를 제공하기 위해 내시경 카메라에는 대개 곡률이 높은 렌즈가 사용됩니다.

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 수 년 사이, 연구원들은 환자의 체내에 주입되면 종양에 달라붙는 종양 특이성 항원을 개발해왔습니다. 이 항원들이 형광 마커와 결합되면 종양이 표시되도록 할 수 있습니다. 한 가지 문제는 종양의 이차원 이미지에서는 공간적 구조나 부피에 대한 정보를 조금밖에 얻을 수 없다는 것입니다. 이로 인해 연구원들은 O형 암에 다섯 대까지 카메라를 결합하고 작동이 시작되면 검사 대상 피사체 주위를 회전하는 생물발광단층촬영(bioluminescence tomography) 기술 개발에 집중해왔습니다. 다섯 대의 카메라들은 회전하면서 다양한 시각에서 종양 이미지를 녹화합니다. 그런 다음, CT에 사용되는 것과는 다른 복잡한 재구성 알고리즘을 통해 종양의 3D 모델이 생성됩니다.

미래에 대한 전망

카메라가 의학 분야에서 차지하는 역할이 점점 더 커질 것으로 예상되기에 우리의 의료 센터는 앞으로도 계속 발전할 것입니다. 이미 확인한 바와 같이 임베디드 카메라는 이미 의학에서 핵심적인 위치를 차지하고 있고 앞으로 더 많은 애플리케이션에 활용될 것으로 기대됩니다. 놀라운 미래를 기대해도 좋을 것입니다!

이들 소형 카메라에 대한 기대치는 매우 높습니다. 뛰어난 이미지 품질 및 신뢰도를 넘어 색 충실도를 유지하고 내구성이 좋아야 합니다. 카메라가 갈수록 작아지기 때문에 카메라 사용 기기 역시 휴대성이 점점 더 좋아질 것입니다. 이것은 다시 침대에서 못 일어나는 환자들을 포함해 새로운 애플리케이션의 세계를 열것입니다.